浅谈六氟化硫开关柜在海洋平台的应用

张晓宇

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

海洋石油平台空间紧凑，设备密集，通常设计选用小型化、轻型化的设备，以节约投资。随着海上油气田开采规模的增大，平台电站容量、电压等级不断提高，供配电设备数量不断增多。此时，配电柜的布置要占用很大空间，对平台配电间的设计会带来很大影响。与普通空气绝缘开关柜（以下简称“空气开关柜”）相比，六氟化硫气体绝缘开关柜（以下简称“六氟化硫开关柜”）具有尺寸小、重量轻的特点，可显著减少平台配电间面积，节约投资。目前，海洋石油绥中36-1项目、黄岩1-1项目等多个项目已使用六氟化硫开关柜。

1 六氟化硫开关柜简要介绍

六氟化硫（Sulfur hexafluoride），分子式SF6，常温常压下为无色、无味、无毒、无腐蚀性、不燃烧、不爆炸的气体。

六氟化硫具有良好的化学稳定性和热稳定性，卓越的电绝缘性和灭弧性能。相同条件下，其绝缘能力为空气的2.5倍，灭弧能力为空气的100倍，热传导性能是空气的2～5倍，被广泛应用于高压电器工业。

六氟化硫开关柜通常由电缆室、断路器室、母线室和二次仪表室等隔室组成。电缆室主要用于外部一次电缆连接，并安装有避雷器等元器件；断路器和母线均置于密闭的六氟化硫气体中，以提高电气绝缘性能；二次仪表室主要用于二次电缆连接，并安装有综合保护装置等。

和普通空气开关柜相比，六氟化硫开关柜具有以下优点：

（1）体积小。六氟化硫开关柜仅为空气开关柜体积的1/5～1/4，如35 kV、1 250 A、25 kA开关柜，某厂商空气开关柜尺寸为1 200 mm×2 800 mm×2 500 mm（宽×深×高），而其六氟化硫开关柜尺寸仅为600 mm×1 340 mm×2 400 mm（宽×深×高），六氟化硫开关柜体积仅为空气柜体积的23.0%，大大减小了占地空间和配电间面积。

（2）可靠性高。海洋平台环境恶劣，多盐雾、霉菌、湿气、凝露。六氟化硫开关柜高压部分全封闭，完全避免了外界环境气候对开关柜的影响。

（3）维护工作量少。和空气开关柜相比，六氟化硫开关柜维护工作量大大降低。其中高压部分完全封闭在六氟化硫气体中，免维护；断路器操作机构在气室外，维护起来非常方便。

（4）安装、操作方便。六氟化硫开关柜采用模块化设计，现场装配工作量小。同时，采用智能化控制保护单元，集保护、控制、计量、监测、通讯功能于一体，界面友好，操作简便。

2 主流厂商六氟化硫开关柜比较

海洋平台进行电力外输时，通常将系统电压升高至35 kV，设计选用额定电压为40.5 kV的开关柜。目前，40.5 kV六氟化硫开关柜市场上较知名的进口品牌主要有：西门子8DA10、ABB ZX2以及施耐德WSG。各个厂商的六氟化硫开关柜在结构、型式上略有差异，根据各厂商公开的技术样本等资料，本文梳理了其六氟化硫开关柜的主要区别，具体如表1所示。

表1 不同厂商六氟化硫开关柜比较

3 六氟化硫开关柜在海洋平台应用时需关注的几点问题

3.1 空间合理度

在实际项目中，具体选用空气开关柜还是六氟化硫开关柜，应结合系统电压等级、中高压配电柜数量、房间面积、项目投资费用等因素统筹考虑，对不同方案下的技术、经济指标进行综合分析比较后，确定最终方案。

3.2 房间监控（故障气体泄漏监测）

由于事故状态下，六氟化硫在高温电弧作用下分解会产生有毒的、具有腐蚀性的气体，为安全起见，海洋平台目前对六氟化硫开关柜设计采取以下安全措施：

（1）将六氟化硫开关柜集中在独立的房间内（高压开关间），房间设置专门的通风系统。

（2）房间的HVAC设计除满足普通开关间设计要求外，增加强制排风机。强制排风机在正常情况下为关闭状态，只有在报警工况或人员进入房间之前开启进行强制排风。

（3）房间内设置含氧量探测仪、六氟化硫气体探测仪，在房间门口和中控室设有报警装置。

（4）房间的强制排风机与仪表探测报警装置实现联锁控制，当房间进风口有可燃气报警时，按照火气系统逻辑关闭进风机及风闸。

（5）在房间门口显著位置设置警示牌：“人员进入房间前至少抽风15 min”。强制排风机的启动开关需设置在警示牌旁边。

与此同时，还应该按照有关规程规定定期对六氟化硫压力表和密度继电器进行校验；定期对六氟化硫气体微水含量和泄漏量进行检测，发现不合格时，应及时处理。处理时六氟化硫气体应予回收，不得随意向大气排放，以免污染环境或造成人员中毒事故。具体应参考GB/T 8905—2012《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》和GB/T 28537—2012《高压开关设备和控制设备中六氟化硫（SF6）的使用和处理》中有关要求。

3.3 泄压孔位置

部分厂商六氟化硫开关柜泄压孔设置在盘柜背部，短路事故发生时一旦气体泄漏可能对盘后正在进行检修、巡视作业的人员造成伤害，应建议厂商将泄漏气体导入柜体顶部泄压，或直接将开关柜设计为柜体顶部泄压，以最大程度降低对人员可能造成的伤害。

3.4 一次电缆连接

六氟化硫开关柜外接一次电缆采用插接型式，电缆插接时要求竖直连接。陆地六氟化硫开关柜安装时底部有电缆沟，进出线较为方便。海洋平台甲板底部有结构梁格，在详细设计阶段进行六氟化硫开关柜布置时，必须核实开关柜电缆进线孔、避雷器和PT安装孔与结构梁格位置，结构梁格应按照开关柜宽度进行设计，以避免进线孔、安装孔等与甲板底部结构梁格碰撞，造成后期施工阶段安装困难甚至无法安装等问题。

3.5 柜体底座设计

在进行六氟化硫开关柜底座设计时，不仅要满足接线高度要求，还要满足避雷器、PT等元器件安装和拆卸高度要求以及零序CT安装空间要求。由于外接动力电缆需要竖直插接，选用的穿心式零序CT尺寸往往较大，设计六氟化硫开关柜底座时应格外注意。通常，海上平台六氟化硫开关柜底座设计为300 mm高槽钢底座。另外，为避免零序CT安装不便问题，对于系统接地电流较高的设计，可以考虑采用综保自合成零序电流的方案。

4 结语

与传统的空气绝缘开关柜相比，六氟化硫开关柜具有尺寸小、重量轻的特点，可大幅减少海洋平台配电间面积，具有显著优势。同时，也应关注到，六氟化硫在常温下是一种温室气体，在短路事故下可能分解产生有毒的、具有腐蚀性的气体，因此在设计使用时应严格遵守有关操作规程的规定，避免对环境的污染和对人员的伤害。目前，新型绝缘技术不断涌现，如压缩空气绝缘开关柜、固体绝缘开关柜，已经有相关产品问世，后续可持续关注，待技术成熟后在海洋平台设计使用。