ais与gis

1.GIS技术的进步

从上世纪60年代GIS问世以来,GIS一直处于发展之中,在保持高可靠性的同时,减少材料用量和降低成本。同时在GIS的基础上,最新演变出H-GIS(MTS)即复合式GIS。

GIS的进步主要表现在:

1)断路器技术的发展在增大容量的同时减少断口数是提高断路器和GIS技术经济指标的最主要措施。减少断口数能简化结构,提高靠性,同时减少SF6气体用量和排放量。目前550kV SF6断路器已由双断口发展到单断口。日本三己开发出550kV63kA/50KA单断口SF6断路器,我国最新也开发出550kV 4000A 50KA 单断口SF6断路器。

(2)GIS在壳体结构上从分相式-三相共筒式-复合化。

GIS的壳体从分相式发展到三相共筒式,使GIS进一步小型化。目前国际上已做到300kV全三相共简化,550kV母线三相共筒化。复合化是将多个元件运合在一个充气筒内,如将断路器和母线复合为一个充气筒内,又将隔离开关、接地开关、避雷器和电豆互感器由原来多个气筒复合为一个气筒。这样做可使GIS小型化、轻量化。

(3)元件的多功能化,如将隔离开关和接地开关复合成三工位隔离/接地开关,可省略电气操作联锁,不存在DS和ES间各种误操作,显著提高了运行可靠性。(4)铝合金铸造和加工技术的发展使外形和体积最小化。GIS壳体有钢板卷制、铝板焊接和铸铝结构,以铝合金铸造气密性最好,且能按绝缘要求优化需壳形状。

(5)使用智能化监控和诊断工具以延长维修周期,并避免不必要的工作。GIS智能化技术可对GIS进行在线检测,及早发现故障,防患于未然,又可对GIS进行状态监视,变'定期维护'为'状态维护'。这样做大大提高了运行可靠性,同时大大节省了维护费用,因而智能化会带来巨大技术经济效益。因此GIS二次控制从传统的电磁机械式走向智能化,这是电网自动化的需要,也是提高GIS可靠性的需要。2.复合式是合开关设备兴起(MTS)(H-GIS)

高压开关设备按其绝缘可分为三种类型:(1)空气绝缘的敞开式开关设备(AIS);(2)气体绝缘金属封闭开关设备(GIS);(3)混合技术开关设备(MTS)。MTS是继AIS和GIS之后出现的特别适用于超高压和特高压的开关设备。

AIS以优化投资成本为特征:GIS以最小的空间需求为特征;MTS则以可靠性极高的单线布置为特征。

混合技术开关设备(Mixed TechnologiesSwitchgear-MTS)是基于敞开式开关设

备组合及气体绝缘金属封闭开关设备组合的组合式开关设备。MTS可分两类:一类为敞开式组合电器;另一类为H-GIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear)即复合式GIS。敞开式组合电器是以敞开式元件组合形成的开关设备,基本型号为ZCW。复合式GIS(H-GIS)是三相空气绝缘且不带母线的单相GIS。基本型号为ZHW。国内将H-GIS亦称为准GIS,简化GIS等。

空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)以瓷套作为设备外壳及外绝缘,优化了投资成本。但占地面积大旦因设备外露部件多,易受气候环境条件的影响,不利于系统的安全及可靠运行。而GIS H-GIS在减少占地面积方面具有明显的优势,而且GIS H-GIS的功能元件封闭在气体绝缘壳体内,因而抵御外界环境影响能力较强。GIS 是属于可靠性高、兔(少)维护的开关设备,它占地面积最小,但由于配置大量的金属封闭母线,使得造价昂贵,而H-GIS的造价介于AIS和GIS之间。

相对GIS,H-GIS(或MTS)只将一相断路器、隔离/接地开关、CT等集成为一组模块,整体封闭于充有绝缘气体的容器内,而对发生事故机率极低的母线,则采用常

规方式(敞开式)进行布置,也就是说,H-GIS(或MI别是一种不带充气母线的相间

空气绝缘的单相GIS,因而,使得现场结构清晰、简洁、紧凑、安装和维护方便、运行可靠性高。相对AIS,MTS将隔离开关和接地开关封闭在充气的壳体内,这样就避免了户外隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、腐蚀等4大问题。又由于隔离开关与接地开关合一简化了结构,大大缩小了尺寸。这种三工位隔离开关与接地开关,不存在常规隔离开关与接地开关间各种可能的误操作,因此可省略他们之间的电气操作联锁,使运行的可靠性大大提高。

对于变电站来说,H-GIS的优势在于:(1)MTS开关设备完全解决了户外隔离开关运行可靠性问题。同时由于各元件组合,大大减少了对地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的30~50％)。这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率,有助于提高运行的可靠'性:(2)由于元件组合,缩短了设备间接线距离,节省了各设备的布置尺寸。相对于传统的AIS,大大缩小了高压设备纵向布置尺寸,减少占地面积达40~60％;(3)由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现场施

工安装的方式,现场施工安装更为简单、方便。同时减少了变电站支架、钢材需用量。又由于基础小,工程量少,混凝土用量少,大大减少了基础工作和费用开支;(4)由于MTS模块化,非常灵活,特别适用于老式变电站的改造。MTS正是适应欧洲50年代和60年代老电站需要改造而兴起。MTS减少了老变电站升级改造的施工难度和投资规模,同时提高了可靠性。

目前国内三家大型企业(西开电气、平高集团和新沈高)正在积极研制1100kVGIS 和H-GIS(MTS)。

高压等级越高,越能显示出H-GIS的优势。根据广东的经验,H-GIS相比GIS具有明显的价格优势。如550kV一间隔设备费用约为720万美元(2002年到岸价),而H-GIS一间隔约为183万美元(横沥站2002年DDV价),约为GIS一间隔价格的1/4,同时GIS扩建麻烦,而H-GIS不带母线,分相布置,当一相断路器需维护或扩建时,只需断开与三相母线的连接线,因此H-GIS相比GIS占有价格低和扩建维修的优势。H-GIS与AIS相比,H-GIS综合费用比AIS虽贵些,但它的技术经济指标优越,特别减少了套管数量(约为AIS的50％),支柱绝缘子数(约为其20％),设备支架数(为其209b),占地面积(为其60％),安装工作量(为其50％),维护工作量(为其20％)等。

550kVMTS在国外都有生产和使用。国外以日本为例,三菱和东芝都在生产MTS 产品。三菱550kVMTS从1973年开始已有19座变电站在运行,至今已有194台供货记录。1979年日本关西电力公司的500kV西播变电站技运10间隔

550kV/4000A/5。KA的MTS,至今运行没有发生任何问题。1987年日本东京电力公司的500kV的变电站,扩建的5号主变电站工程选用Mm以来,没有发生任何故障。2004年、2005年国家电网公司和南方电网公司又在多个500kV变电站选用了MFTS开关设备。我国即将开工建设的1000kV特高压输变电试验示范工程,其中有的变电站将选用1100kV MIS。

我国现运行的550kVMTS设备中已有三菱、东芝和西开电气产品。2001年西开ZHW-550型产品在福建水口电厂投运。

3.GIS在我国发展势头强劲

GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的英文简称。

GIS在我国发展势头强劲。产量大幅增加。据统计2005年550kVGIS的产量为107间隔,而上年仅为8间隔,因此增长13.38倍。252kVGIS的产量为2899间隔,上年仅为2280间隔,同比增长27.1596。GIS生产厂家猛增,国企、合企、民企一起上。据笔者不完全统计,现生产和研制GIS厂家约有20多家,计有:西安西开高压电气股份有限公司、平高集团、上海华通开关厂有限公司、新东北电气(沈阳)高压开关有限公司、北京北开电气股份有限公司、西安高压电器研究所电器制造厂,泰开集团有限公司、正泰电气股份有限公司、上海西安高压电器研究所有限公司,如泉高压电器有限公司、平高一一东芝高压开关有限公司、上海西门子高压开关有限公司、Areva集团公司、益和电气集团股份有限公司、上海平开华明高压开关有限公司、北京华东电气股份有限公司、山东鲁能恩翼帕瓦电机有限公司、维奥输配电(广州)有限公司、江苏现代南自电气有限公司、泰山恒信开关集团、湖北永鼎开关有限公司、天水长城开关厂等。

在这20多个生产厂家中,首先都生产」6kVGIS,也有的生产到252kVGIS。在生产553kVGIS厂家中,外企(合企)主要有ABBSienms、Arewa、东芝、AE Power 等企业。国企主要有西开高三电气和新沈高。在2006年中国名牌产品中,西开夏压电气和新沈高的72.5kV及以上气体绝缘金属玄旬开关设备(GIS)被评为'中国名牌产品'。目前言主占国内市场相当大份额,如占550kV断路器和GIS市场的80％,占252kVGIS市场的50％,占126kV GIS市场的30％。但随着国企实力的增强和民企的崛起,这种局面会得到扭转。

我国已启动1100kV特高压交流输电工程。目前国内三大企业(西开高压电气、平高集团和新沈高)正在积极研制1100kVGIS和H-GIS。

4.中国名牌产品

2006年9月1日,中国名牌战略推进委员会以'2006年第6号文件'发布公告,并于2006年9月6日在人民大会堂向获得'2006年中国名牌产品'芝企业颁奖。在获此殊荣的556个产品中,高压开关行业在'72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关交备'(GIS)项目上,有两家企业的产品被评为'中国名牌产品'。他们是:西安西开高压电气有限公司简称西开电气)的'XD'牌GIS和新东北电气(沈阳)高压开关有限公司(简称新沈高)的'NH-VS'牌GIS。

作为全国高压开关行业的大型企业,西开电气司新沈高GIS都达到550kV水平。作为典型产品,这里介绍这两家的550kVGIS。

ZF15-550(L)/4000-63型GIS是新沈高根莞三峡工程对550kVGIS的需要,从ABB引进先进的GIS制造技术,经消化吸收而研制成功的具有国际先进水平的产品。主要参数为550kV/4000A/63kA。SF6气体年漏气率小于0.5％。其主要特点亏:(1)灭弧能力强,开断电流大。断路器采用小型化单压式灭弧室和特殊喷口结构;(2)喷口耐弧能力强。喷口采用专有技术制成,可连续开断额定短路电流20次无需检修;(3)绝缘水平高。通过优化电场和元件的结构尺寸及采用合理的屏蔽技术;

4)铝外壳无涡流损耗;(5)绝缘拉杆强度高,通过10000次机械寿命试验仍完好

无损;(6)流通能力强。断路器采用螺旋弹簧滑动触指和自立型触头,导电性好,热稳定性好;(7)采用ABB公司HMB-3型弹簧储能液压操动机构;(8)积木式设计,通用性强;(9)可靠的密封结构。GIS法兰连接采用单道多重静密封,断路器和隔离开关的动密封采用双密封系统。

ZF8-550型550kVGIS是西开电气消化吸收日本三菱电机株式会社550KVGIS 技术而生产的产品。主要技术参数为550kV/4000A/63kA。产品主要特点为:(1)开断能力强,最大开断能力为67-70KA。灭弧室利用电弧电能增压,利用端流增强喷嘴气吹能力。弧触头采用整体烧结的铜鸽触头;(2)断路器操动机构为气动分闸、弹簧合闸机构;(3)GIS中盆式绝缘子、绝缘筒、绝缘拉杆、绝缘台等环氧树脂绝缘件具有高度绝缘可靠性;(4)GIS产品设计成若干运输包装单元,便于现场安装,又可减少现场工作量;(5)GIS的SF6气体系统采用分散监控方式,取消了SF6阀门和SF6管路系统。采用新型自封接头和SF6密度计。

5.126kVGIS产品的改进

126kV GIS量大面广,在我国运行已一二十年,积累了丰富的运行经验。制造厂商根据生产和运行经验对126KVGIS不断改进。这些改进主要体现在参数的提高或结构的更新,使之更加小型化,性能更加优异。如平高集团现已将ZF12-126(L)型GIS,提升为ZF12-145(L)型GIS。其参数从126kV/2000A/31.5kA提升到145kV/3150A/40KA。上海华通开关厂有限公司对80年代生产的ZF3-126型GIS 进行了优化设计,开发出ZF3-126/T2000-40型GIS,如将液压操动机构改为弹簧

操动机构,采用自能灭弧原理,将额定电流从1250A提升到2000(2500)A。将总体积从28m3缩减至15m3等。又如西安高压电器研究所在原126kVGIS基础上又开发出小型化GIS及智能化GIS。西开高压电气将原ZF7型GIS进行改型,开发出ZF7A-72.5、126、145型新式GIS。该产品为三相共相式结构,配用全弹簧操动机构,采用先进的气吹压力与开断电流自适用的灭弧原理,SF6系统采用分散监控方式,取消了阀门和管路系统等。新沈高对从1992年起运行的126kVGIS进行改进,开发出新型ZF6-72.5/126/145/T、Y型GIS。北京北开电气的ZF4-126型GIS 从1984年至今已有2000多间隔在329个变电站运行。目前生产的小型化ZF4A-126型GIS配用了第三代自能式SF6断路器及弹簧操动机构,使之性能优异,性价比更好