关于高性价比组合式电器设备开发策略探讨

肖 军

（广东电网公司佛山供电局,528000）

关于高性价比组合式电器设备开发策略探讨

肖 军

（广东电网公司佛山供电局,528000）

高性价比组合式电器设备制造技术在不断进步和发展，40多年来，各高性价比组合式电器设备生产厂家围绕着提高经济性和可靠性这两个主要目标，在元件结构、组合形式、制造工艺以及使用和维护方面进行了大量研究、开发。随着大容量单压式SF6断路器的研制成功和氧化锌避雷器的应用，高性价比组合式电器设备的技术性能与参数已超过常规开关设备，并且使结构大大简化，可靠性大大提高，为高性价比组合式电器设备进一步小型化创造了十分有利的条件。

高性价比；组合式；电器设备；开发策略

高性价比组合式电器设备（gas insulated substation）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。高性价比组合式电器设备由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，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，故也称SF6全封闭组合电器。高性价比组合式电器设备设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。高性价比组合式电器设备不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，高性价比组合式电器设备的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。

1 高性价比组合式电器设备概述

组合式电器设备的定义是：全部或者部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有绝缘性能和灭弧性能优异的SF6（六氟化硫）气体作为绝缘和灭弧介质，故也称SF6全封闭组合电器。GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。

2 高性价比组合式电器设备的安装

为了保证高性价比组合式电器设备安装的顺利进行，在施工设计阶段，设计人员需要认真考虑以下两个方面的问题，否则会给高性价比组合式电器设备的安装带来许多困难。

首先是高性价比组合式电器设备的起吊方式。目前户内高性价比组合式电器设备的安装及起吊的荷载条件大多采用电动单梁桥式起重机。起重机起吊速度有两档，低速档主要用于设备就位时的调整。两档协调应用。如公伯峡 330kV高性价比组合式电器设备工程、棉花滩220kV高性价比组合式电器设备工程及一些电压等级更高的电站均采用这种起吊方式，实践证明是行之有效的。

其次是高性价比组合式电器设备设备基础的预埋方式。通常高性价比组合式电器设备的载荷条件、留孔及预埋要求均由制造商提供，但基础的预埋方式是由设计方根据制造商提供的基本资料来确定的。目前较常用的基础预埋件有槽钢和螺栓两类。其中预埋螺栓的施工较简单，但调节性差，若螺栓遇到楼板钢筋，则需要调整螺栓位置，并在需要与之连接固定的设备支架上重新开孔，然后对开孔进行防锈处理。而预埋槽钢则不存在上述问题，因此应用较多。

上述两方面应在设计中注意。在高性价比组合式电器设备安装期间，往往需要设计方代表在现场，此时设计人员应该了解高性价比组合式电器设备安装过程中的三大要素：即清洁度、密封性和真空度。因为高性价比组合式电器设备的结构特点决定了安装过程本身就是控制高性价比组合式电器设备运行后质量的最后一个关键阶段。

大量的安装实践证明，保证清洁度是高性价比组合式电器设备总装和现场安装中最首要的任务。国内高性价比组合式电器设备安装现场的场地情况通常较差，为了防止起灰尘，安装前第一次清洁时应在场地洒水并用水揩净，在空气静止48h后才开始安装。作为电极的铝管在加工过程中难免会存在着表面毛刺和铝屑，这些微粒都是耐压实验中放电的来源，因此要特别注意保证铝导体的清洁。这就要求一方面强化对导体加工过程的清洁检查，防止出现死区；另一方面在总装前制造商应增加导体振动清洁的新手段，尽量把空心体内部死角的残留物清理出来，或者对安装前的导体做类似局部放电试验以检查出残留的铝屑和金属丝。某些国产高性价比组合式电器设备产品由于管理不严，出厂时高性价比组合式电器设备内还残留有杂物，加之许多安装现场管理不严，灰尘漫天，更增加了确保清洁度的难度，所以必须严格要求，精心施工。万家寨高性价比组合式电器设备就是因为高性价比组合式电器设备内杂物引起试验时三次放电，不得不又拆开进行局部清理，既增加了工作量，又影响了工期，这个教训值得引以为戒。

除上述两个关键因素外，真空度的要求是总装和安装过程中的第三个控制因素，是控制SF 6含水量的重要保证措施，它不仅能减少SF6气体本身的水分，也可减少罐内其它物体( 绝缘体、密封体)内所含的水分，一般要求在充入SF6气体之前真空度要达到133Pa，再继续抽真空30min。水分对高性价比组合式电器设备运行的影响关键在于：如果没有将SF6气体控制在0℃以下，则在温度变化时绝缘体表面会形成凝露，所附着的水珠和SF6电弧产物发生反应生成HF等低氟化物，从而导致沿面的绝缘材料和金属表面劣化。如果将SF6露点的允许值控制在较低值，则在温度变化时绝缘体表面凝结的不是水珠而是冰晶，它对绝缘性能几乎没有影响。因此，在IEC及国际上均有规定：充入高性价比组合式电器设备的新气体在额定密度下其露点不应超过－5℃。

3 高性价比组合式电器设备的试验

根据有关资料统计，SF6设备的绝缘事故有2/3都发生在未进行现场耐压试验的设备上。加拿大安大略水电局的运行经验表明，高性价比组合式电器设备的事故不仅多发生在未做现场绝缘试验的设备上，而且多发生在安装后投入运行的最初4个月内，这类事故约占总事故的67%。第一年事故率为0.53次/年·间隔，之后为0.06次/年·间隔。北美地区的调查报告认为，高性价比组合式电器设备运行后头一年事故率为4次/所·年，一年以后为0.1次/所·年。因此，高性价比组合式电器设备经工厂装配、运输和现场安装之后，在投运前进行绝缘试验是十分必要的。

4 高性价比组合式电器设备的外壳接地问题

一点接地方式与多点接地方式是组合式电器设备的两种外壳接地方式，其中一点接地方式指的是在组合式电器设备外壳的每个分段中一端绝缘，而另一端则用一点接地的方式。从结构层面看，串联的壳体之间通常置于法兰盘处绝缘，而对地之间则在壳体支座处缘绝缘。一点接地方式的优点在于：1）由于长时间没有外壳电流通过，故而外壳的温升较低，损耗较小；2）由于缺少电流流入基础部位，故而土建钢筋内没有温升。另外，一点接地方式也存在一系列缺点，主要体现为可靠性能较差，其原因在于组合式电器设备事故时不接地端外壳感应电压较高，外界的磁场较强，当导体中流过的电流较大时，易造成外壳钢筋发热。因为一点接地方式的缺点较明显，所以在设计组合式电器设备时通常不会采用该方式。

5 高性价比组合式电器设备设计中有待完善的工作

近年来，我国在组合式电器设备工程设计方面突飞猛进发展，然而受多方面原因的影响，要求设计人员在设备接口标准设计方面仍需努力研究。设备接口标准既是制造商的制造依据，又是整个设计过程的依据，为此落实好该方面工作至关重要。

笔者认为，开展设备接口标准设计研究关键着力于两大方面，即解决伸缩节的设置问题与明确组合式电器设备接地线的材料和尺寸。对于前者，要求明确选用进口组合式电器设备时对伸缩节的技术要求。伸缩节的功能在于吸收组合式电器设备母线热胀冷缩、设备间的安装调整、基础伸缩缝的位移及地震和操作引起的位移量，所以其关键配置在于母线和各设备、变压器进线及线路出现的连接等位置。特别注意的是由于水电站的厂房内的厂坝间存在诸多伸缩缝，而各条伸缩缝的伸缩量也难以准确测出，为此则需在组合式电器设备的招标设计内明确对伸缩节的要求。就进口组合式电器设备来说，国外常见对其伸缩节的看法始终未能够形成统一意见，其中部分厂家认为土建伸缩缝与伸缩节关系不明显，而另一部分认为应满足设计要求的水平位移与垂直位移。对于后者，国外制造商认为，组合式电器设备室应尽可能运用铜接地网与铜接地引线，其原因在于铜的导电性与耐腐蚀性远远较好于钢的导电性与耐腐蚀性，然而因为铜的自身成本与焊接成本远远高于钢的自身成本与焊接成本，为此国内诸多电站更倾向于运用钢接地网与钢接地线。现阶段，我国绝大多数超高压组合式电器设备都以铜接地引线为主，为规避钢与铜直接接触发生化学腐蚀现象的发生，要求采用特殊的方式连接铜引线与钢接地网。

综合以上方面，要求相关机构投入大量的人力、财力及物力资源用于深入研究组合式电器设备设计相关事项，制定更加切实可行的相应的标准，从而为开发出高性价比组合式电器设备提供有力依据。

[1] 颜楠楠,周琴,杨建平,李骏.1000kV特高压电力变压器试验标准比较分析[J].上海电机学院学报.2014(02)

[2] 张小勇,王建生,李强,钟磊,郝宇亮,陈楠.特高压设备绝缘试验所面临的技术挑战[J].高压电器. 2014(02)

肖军（1971.12--），男，江苏镇江人，电力专业本科，工程师，负责电力设备品控管理工作。研究方向：电力设备监造，设备缺陷处理。

On the development of cost-effective modular electrical equipment Strategies

Xiao Jun
(Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation,528000)

Combined electrical equipment manufacturing technology continues to progress and development, 50 years,each modular electrical equipment manufacturers around the economy and improve the reliability of these two main objectives,device structures,combinations,used in the manufacturing process as well as and maintenance carried out extensive research and development.With the development of large-capacity singlepressure SF6 circuit breakers success and MOA applications,technical performance and parameters of modular electrical devices over conventional switching devices,and so greatly simplify the structure,greatly improved reliability for modular electrical further miniaturization of devices has created very favorable conditions.

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