2008年第11期 内蒙古石油化工
37
探讨GIS、HGIS在发电厂配电装置的应用
刘海东1,王秀红2
(1.内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司;2.内蒙古电力设计院,内蒙古呼和浩特 010020)
Ξ
摘 要:本文阐述了GIS及HGIS的概念,介绍了GIS及HGIS的技术特点、先进性及工程应用情
况。通过与传统敞开式配电装置(AIS)的综合技术经济性能比较,并结合工程的具体情况,说明了GIS及HGIS的高可靠性及技术先进性。是值得在发电厂配电装置中广泛应用的开关设备。
关键词:发电厂配电装置;GIS;HGIS;AIS;应用 目前我国高压配电装置主要有两大类,一类是常规敞开式配电装置(AIS),由单一功能的单元组成,单元之间采用架空线连接,空气绝缘。另一类是气体绝缘金属封闭配电装置(GIS),利用SF6气体的高绝缘性能,将断路器(CB)、隔离开关(DS)、电流互感器(CT)、电压互感器(VT)、避雷器(LA)等多种设备以及主母线、分支母线组合在一起。这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中,在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体,也称SF6全封闭组合电器。SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)具有体积小、技术性能优良的特点。气体绝缘金属封闭组合电器(HGIS)介于常规敞开式配电装置和气体绝缘金属封闭配电装置之间,是以SF6断路器为核心,集隔离开关、接地开关、电流互感器为一体的SF6气体绝缘开关,是包括一次设备和就地保护控制柜的完整开关回路系统。HGIS是常规配电装置新的设计理念及新的设计方案。HGIS具有占地面积小,综合经济效益高等特点。
1 220kV及500kV配电装置中GIS及HGIS的应用情况
目前,GIS及HGIS设备在我国各地区应用较为广泛,其中在变电站项目的应用多于在发电厂配电装置中的应用(表2)。
表2HGIS设备的应用序号
123456710
目前,我国HGIS设备的应用多为变电站,发电
厂中的应用较少。下表为HGIS在变电站中的应用情况。
表1序号
123456710111213141516
GIS设备在发电厂中的应用
工程名称出现电压等级制造厂投用日期
MG
1990199119911996199819992000200420042004200520052006200620032005
石洞口二厂500kV秦山一期220kV北仑一期500220kV蒿屿电厂500kV宝钢电厂110220kV北仑二期500220kV秦山二期500kV广西北海电厂220kV山西华泽铝电厂220kV北京大唐王滩电厂220kV福建大唐宁德电厂220kV河北国华黄骅发电厂220kV山西大唐太原第二热电厂220kV华电昌吉热电二期220kV大庆宏伟热电厂220kV大同第一热电厂220kV
三菱
ABBALSTOM
三菱
东芝三菱西开电气西开电气西开电气西开电气西开电气西开电气西开电气山东泰开山东泰开
工程名称福州水口电站广东西江电站广东东莞电站广东龙山电站广东青山电站广东番蜀电站安徽宣城电站湖北咸宁电站河南安阳电站山西太原清徐变电站
出现电压等级制造厂投用日期
500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV西开电气三菱三菱三菱三菱三菱三菱西开电气平开东芝
ABB2001200420042004200420042005200520052005
由表1可以看出,2000年之前我国发电厂配电装置中GIS设备全部为进口产品。随着我国经济实力的不断增强,国产GIS设备的日趋完善,2000年之后,我国发电厂配电装置中GIS的采用越来越普遍,且多为国产设备。HGIS设备自从上个世纪末ABB公司首先推出(其产品名称简称为PASS)以来,三菱公司、西门子公司、ALSTOM公司也陆续推出了MITS、HIS、GIM、Hm等产品。2002年12月份,当时的国电公司在广东珠海针对ABB的PASS召集了全国电力系统有关专家召开了技术研讨会。并在2003年3月份发文(生产输电函2003-28号)明确在国内推广使用此类产品。近三年,我国某些地方受不能选用AIS、投资又较紧张不能选用GIS的电站,HGIS得到了广泛的应用。
Ξ
收稿日期:2007-03-14
47
2 GIS及HGIS的制造情况
内蒙古石油化工 2008年第11期
故障扩大时,还有压力释放装置。因此设备运行非常可靠,维护工作极少。
3.1.2 GIS最大特点是紧凑,占地面积小。以双母线接线6回进出线配电装置为例,220kV屋内型GIS平均每间隔占地面积121m2,普通中型、断路器单列布置配电装置,平均每间隔占地面积1073m2,为前者占地面积的9倍。电压愈高,节约用地效果愈明显。
3.1.3 由于金属外科接地,故不产生电晕和无线电干扰,地面静电场强小,对运行人员更安全,对周围环境无影响。
3.1.4 GIS为模块结构。模块部件已在工厂组装、调试好,现场安装和调试工作少。本体的控制、保护和信号回路随GIS配套供应,大大减少了现场接线工作。因此不仅施工快速,而且质量有保证。
3.1.5 采用GIS后相对减少了设计工作量,加快项目进度。
3.1.6 GIS设备布置重心低,具有良好的抗地震性能。
由于具有上述优点,GIS在我国被广泛用于沿海,空气污秽,人口稠密,场地狭窄,地震和高海拔地区。
3.2 HGIS的优点
3.2.1 可靠性高。由于HGIS大量采用SF6气体绝缘技术,主要元件均组合在封闭的壳体内,大大减少外露的带电部分,而外露的部分故障率低,基本具备了GIS的运行可靠性高、环境适应能力强,耐地震能力强的特点。并且HGIS的主要元件采用与GIS相同的元件,成熟可靠。
3.2.2 HGIS采用模块化设计,布置方便灵活,可用于各种主接线。尤其适用于32CB方式的设计,直线连接结构紧凑,设备占地面积小。3.2.3 最少的故障影响范围。通过最佳的气体隔离(断路器与隔离开关为相互气室)单元、通过在断路器两侧设置波纹管,实现了检修的高灵活性。故障断路器可以用隔离开关与系统隔离,在不影响母线及线路停电下,检修断路器。不致因局部故障而造成需大面积停电进行检修。
3.2.4 现场安装工期短。HGIS在厂内按现场情况完整装配,并进行出厂试验,整块运输,使现场安装调试工作量减少。由于HGIS每间隔就地配置一个控制柜,与敞开站相比,控制电缆数大大减少,不须维修清理触头表面,不须清扫套管,减少维护工作量。
3.2.5 综合成本低经济性好。以一个半断路器接线方式为例,HGIS价格约为GIS产品的65%～75%左右,而其占地面积仅为AIS的55%～65%左右。3.3 GIS、HGIS、AIS的技术经济比较
断路器是GIS中最重要的设备之一,由于SF6
气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能,因而SF6气体绝缘断路器具有尺寸小、重量轻、开断容量大、维护工作量小等优点。目前SF6断路器最高工作电压已达765kV,开断电流已达80kA,额定电流已达12kA。国内西开电气生产的500kVGIS的断路器在灭弧室结构上于罐式断路器完全一致,该断路器采用压气式灭弧,该断路器的断口并联陶瓷电容器体积小,每极电容器可承受(680+318)kV1min,每极电容器还可承受2X550kV32h。GIS的断路器除了采用压气式灭弧室外,还出现了采用旋弧式和自能吹弧式灭弧室的新型SF6断路器。SF6和真空灭弧技术的确立和发展,新型材料及多种触头形式(自动触头、多点触头等)的出现,使开关的开通和通流能力大大提高。灭弧结构中利用了电弧能量或开断电流产生的磁场,不仅降低了开关的机械应力,而且减小了灭弧结构的径向尺寸,成为当前的发展方向。灭弧方式的改进意味着操作能量的减少,机械性能的改善,外型尺寸更为紧凑,维护工作随之减少,工作更加安全可靠。断路器断口正在减少,减少断口数量、简化结构是550kV及以上GIS的断路器的发展方向,目前世界上只有三菱550kVGIS为单断口结构,在中国已有208个断路器间隔的供货记录(包括550kVHGIS产品),其他国家的产品均为双断口结构。我国750kV示范工程中采用的韩国晓星公司的800kVGIS为双断口结构。在1000kV级GIS中,前苏联1200kVGIS为4断口结构,而日本安装在新楱名1000kV变电站内的1100kVGIS只需要2个断口(BIL为2250kV,由三菱、日立、东芝公司各生产一相)。国内西高、沈高、平高东芝三大开关厂目前生产的550kVGIS都是双断口产品,其中,西高将推出单断口的新产口(样机已通过KEMA型式试验)。GIS中断路器的操动机构,根据我国各大电网公司的运行经验,对550kV及以上GIS中断路器的操动机构一般均选用液压或弹簧机构,不选用气动机构。因为气动机构结构复杂,气体管道内容易结露。对液压机构则应采用新一代无外露管道,模块化整体结构的形式。HGIS中使用的断路器等设备均采用了成熟的GIS技术。3 GIS、HGIS的特点及与AIS的技术经济比较
与普通屋外配电装置比较,GIS、HGIS各有其优点。
3.1 GIS的优点
3.1.1 所有电器设备密封与接地的金属外科内,设备外绝缘不受外界污秽环境影响。固定导体的盘式绝缘子又把各设备分割在不同气室内,因此设备之间也互不影响。每一气室均设有压力表,监视绝缘介质(SF6)气压。当压力增高或降低时有警报。断路器
2008年第11期 刘海东等 探讨GIS、HGIS在发电厂配电装置的应用
比较表
序号
1
57
比较项目可靠性
GISAISHGIS
可靠性高。与敞开设备相比,设
备全部密封在SF6气室内,大大改善设备运行环境
周期长(10～15年)实现少(免)维护。
采用预安装技术,并在工厂采用了预安装,整套设备在出厂前安装调试,缩短安装周期。但土建基础较复杂
模拟量和开关节点输出,接口方便。
节约大量设备支架和基础,节省土建费用。主母线停电时间较短
可靠性低可靠性高。具有GIS最主要特点。周期长(10～15年)实现少(免)维护。
采用预安装技术,并在工厂采用了预安装,整套设备在出厂前安装调试,土建基础简单,安装方便,安装周期短。同左节约大量设备支架和基础,节省土建费用。
主母线停电时间较短
2检修周期定期进行检修维护。设备分散供应,施工安装时间长。同左3施工安装保护和监控系统接口设备支架(户外布置)扩建的方便性
4
5多
主母线停电时间较长
二次电缆最长。平时工作量大,检修空间大,便于检修。最多(最弱)少相同
1.5～1.560.61
6
7二次电缆节约二次电缆,电缆最少。平时工作量少,但需解体检修时工作量大且复杂,检修空间小。最少(最强)最多相同
0.81～0.841.34
节约二次电缆,电缆较少。平时工作量与GIS相当,检修空间大,便于检修。很少(很强)较少相同
11
8运行维护外绝缘部位耐污秽能力内绝缘部位及密封部位产品主要技术参数
设备占地面积比价格比
910111213
4 GIS、HGIS的布置
配电装置的布置是由电气一次系统图,出线回路的数量以及可利用的场地所决定的。GIS分为户内和户外型。国外制造厂家提供的550kVGIS产品在户内与户外的布置上有两种不同观点:欧洲制造厂家主要提供户内产品,以西门子公司为代表;日本制造厂家主要提供户外产品,以三菱、东芝公司为代表。550kVGIS外形尺寸高大,典型产品每个间隔的长×宽×高为12m×6m×8m。如果考虑户内布置方案,则需要高大的厂房,因此我国在500kV配电装置内的550kVGIS现在都采用户外布置的方案。800kVGIS更是如此,不设GIS厂房,它直接布置在户外。我院设计的项目,220kV及以下的GIS一般为户内布置,但结合工程的具体情况,也有布置于户外的。其中国投昔阳安平发电厂就是利用其空冷场地,
将GIS布置在空冷平台下,进出线利用空冷支柱,这
样即节省了场地,又节约了GIS厂房及进出线结构等方面的投资。5 结束语
由于经济发展快,土地资源少,随着经济建设和电力工业的快速发展,近年来变电站采用GIS的越来越多了。因此,从设计、安装、运行维护、检修等各方面不断地加以总结,才能使GIS设备发挥更大的作用。
[参考文献]
[1] 电力工程电气设计手册.
[2] SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)[M].北
京:中国电力出版社,1999.
[3] 气体绝缘金属封闭开关设备技术条件DLT
617-1997[S].
