城網建設改造中的高中壓開關設備市場
一、導 言我國的電力工業充滿生機與活力，正在闊步跨入21世紀。我國形成巨大的電力市場。1998年底，全國發電裝機容量達2.6億kW左右，年發電量1.160萬億kWh。展望未來，任務艱巨而前景美好。設想2000年裝機容量達2.9億kW，2010年達到5.0～5.5億kW。為達此目的，我國將實施“優化火電結構，大力發展水電，適當發展核電，因地因網制宜開發新能源，同步建設電網，積極減少環境污染，開發與節約并舉，把節能放在首位”的方針。隨著發電裝機容量和發電量的增加，輸電供電的矛盾日益突出。全國城鄉電網都不同程度存在有電送不進、供不出、用不上的矛盾。 1998年，國家投入2500多億元巨資，全面啟動城鄉電網建設改造，以增加內需，拉動國民經濟。城鄉電網建設改造，被作為基礎設施建設。利用三年時間，對全國2400個縣的農村電網和280個城市電網進行建設改造。完成的投資規模之大，工程量之集中，史無前例。這種大規模的城鄉電網建設改造，為高壓開關制造業乃至整個輸配電行業帶來千載難逢的大發展機遇。 二、城市電網特點 (1)簡化電壓等級城網將電壓等級劃分為4個層次： ①高壓送電電壓，大城市220kV，中小城市110kV；②高壓配電電壓110kV、63kV、35kV；③中壓配電電壓10kV；④低壓配電電壓380V/220V。以上電壓等級為6個，具體到每個城市，必須簡化為4個，例如，上海為220kV—35kV—10kV—380V/220V，東北為220kV—63kV—10kV—380kV/220V。在以上電壓等級中，10kV作為中壓配電電壓和380V/220V作為低壓配電電壓為城網普遍采用。 (2)高壓直接進入市區，深入負荷中心電力有關規程(全國供用電規程)規定，凡送電容量超過160kVA，或用電容量超過250kW，則要求上高壓，一般160～250kVA為6kV，315kVA以上一般為10kV。高壓直接進入市區，深入負荷中心，可以減少線路損耗，提高供電質量。隨著城市高樓大廈的崛起，生活小區的形成以及生產的集團化和規模化，需要高壓送電給負荷中心。有關資料顯示，如果將電壓等級從380V提高到萬伏級(10kV)，可減少線路損耗60％，又可減少用銅量及總投資52％，技術經濟效益相當可觀。 (3)在城鄉改造和建設中，推行環網供電用電纜，走地下，呈環路，可以減少供電的中斷，同時大大減少了臨時性故障。由以上可知，城網的電壓等級為10～220kV，建筑用電器的電壓等級一般為10～35kV。在城網中，由于高壓直接進入市區，深入負荷中心，因而高壓開關的使用量增加，而且要求使用占地面積小、安全可靠且無油的電器。在城網建設與改造中，因推行環網供電，一種環網供電單元配電設備應運而生。 三、城網中的高中壓開關設備為適應城網建設改造的需要，高中壓開關設備的發展趨勢如下： (1)在城市中心，新建設變電站要按無人值班(少人職守)設計，現有變電站進行改造也要以建成無人值班變電站為目標。要加大推廣采用封閉組合電器(GIS)的步伐，努力減少占地和建設面積。 GIS將諸多高壓元件既組合又封閉，利用了優異的SF6氣體作為滅弧和絕緣介質，大大節省了變電站面積，帶來巨大的綜合效益，而且隨著電壓升高，這種綜合效益更加顯著。與敞開式電站相比，110kV GIS占地面積約為它的1／10。220kVGIS僅為敞開式的1／20。這對城市中心非常有利，因為城區寸土寸金，征地難且費用昂貴。在110kV～220kV級又出現三相共箱式結構，它以比單相式GIS大大減小了占地面積和體積。國外大量采用GIS，如日本新建變電站中，GIS占50％。而三相共筒式結構在國外公司中又占60％以上。我國也大力發GIS產品，現已開發至500kVGIS產品，但在110～220kV級，主要為分相式結構，而更為緊湊的三相共筒式結構構尚需要大力開發。此次城網建設改造工程中，城區變電站優先選用SF6封閉式組合電器。預計110kV和220kVSF6封閉式組合電器將有相當大的增加。據高壓開關行業協會(以下簡稱行協)的統計，1997年220kVGIS為22間隔，而1998年增至94間隔，增加近4.3倍。1997年110kVGIS為390間隔，而1998年增至450間隔，也有大的增加。在110～220kV級，國內廠家主要生產壓氣式SF6斷路器，而國外廠家卻大力生產技術經濟指標更先進的熱膨脹式斷路器。目前有幾家合資公司(如北京ABB開關公司、蘇州GEC Alsthom開關公司和杭州西門子開關公司)移地生產國外公司的熱脹式的斷路器。國內有幾家已開發出或正在開發熱膨脹式產品。高壓SF6斷路器及GIS正在進行著二次技術革命，從傳統的二次技術走向現代化技術。它使高壓開關設備智能化，有利于實現無人值守。現代二次技術采用了機電一體化技術，它是建立在微電子技術、信息傳感技術、計算機控制技術、伺服驅動技術及精密機械技術高度發展之上的綜合技術。 (2)中壓開關無油化。我國曾是油斷路器的王國，而城網越來越多地要求用無油斷路器。油斷路器雖結構簡單，且價格便宜，但油斷路器容易發生火災和爆炸，且檢修周期短，這不僅對運行不利且檢修費高。在城網的高層建筑中，不準使用含油的電器，包括油浸變壓器和油斷路器。油斷路器滿容量開斷3次就需檢修，而無油開關如真空和SF6斷路器滿容量操作次數可達30～50次，且不會引起火災，一般不會爆炸，更不會引起繼發性故障。這樣，無油斷路器在它服役期間可不需檢修或維修，因此無油斷路器很適合城市的使用。另外，由于我國城網輸送容量越來越大，如額定電流不僅需要中小參數還要求3150A和4000A高參數。無油斷路器參數可做得高，我國已研制10kV3150～4000A的產品，城網不但要求額定電流大，而且要求短路開斷電流大，我國無油斷路器的額定短路開斷電流已做到50kA～63kA，國外有的已做到70kA。我國在中壓無油化方面，奉行SF6和真空開關并駕齊驅發展的方針，在斷路器、重合器、分段器及接觸器方面，既有真空式，又有SF6式，各有特色。從制造看，真空開關的制造更適合國內企業制造現狀。因此，真空開關生產和使用量遠高于SF6開關產品，特別在10kV戶內產品中，真空開關占絕對優勢。而SF6開關在戶外10kV特別在35kV級很有競爭能力。我國雖曾是油斷路器的王國，但從“八五”起，加快無油化的進程。據不完全統計，1994年，我國無油開關占45％，其中真空產品占30％，SF6產品占15％。1997年，我國已確立了無油開關的主導地位。據行協公布的統計數字，1995年無油開關在10kV占70.8％，而油開關僅占20.9％，在35kV級無油化進程也發展迅速，1995年無油開關占31.3％，油開關占68.7％，而1996年，無油開關已占一半以上，達56.2％，油開關僅占43.8％。從此摘掉了我國長期以來油斷路器王國的帽子，從而走上無油化的發展道路。從統計上看，在10kV級，真空開關占絕對優勢，如1995年，真空開關已占62.4％，而SF6開關占8.4％，1996年真空開關進而占到69.9％，而SF6開關略有增加，為9.2％。從1998年看，真空開關處于絕對優勢，占到79.27％。在35kV級，1995年真空開關占21.5％，而SF6占9.8％，1996年真空開關占27.8％，SF6上升到18.4％，1998年上升到30.4％。應當指出，真空斷路器在35kV級的增長還是近二三年的事情，但還缺乏實際運行考驗，尚沒有顯著的優勢。作為成套設備，斷路器柜有箱式，間隔式和鎧裝式。鎧裝移開式原先為落地手車式，現興起中置手車式結構。鎧裝中置式柜是移開式鎧裝柜的一種最新類型。它相對于落地手車，將斷路器置于中部。 (3)采用環網供電單元。由于在城網建設的改造中，推行環網供電，于是環網供電單元應運而生，環網供電不像架空線路，臨時故障多，因此環網供電容量較小，且不要求高壓開關重合閘。這樣環網供電單元不同于一般的斷路器柜，而是由3個間隔組成：一個進線間隔，一出線間隔，還有一個變壓器回路間隔。其內用的開關，一般也不是斷路器，而是負荷開關及熔斷器。環網供電單元有兩種結構型式，一為空氣絕緣式，另一為SF6絕緣式。空氣絕緣式目前用得最多，配用產氣式、壓氣式和真空式負荷開關。SF6絕緣式在國外普遍使用，我國也有生產的如我國設計的HXGN6型SF6環網供電單元在上海天靈開關廠大量生產。國內還有合資企業和蘇州阿爾斯通公司生產的M24型環網供電單元和北京ABB公司生產的RGC型、北京安瑞吉公司生產的GA和GE型，還有西門子公司的8DJ10型和8DH10型、MG公司的RM6和SM6型等環網供電單元。隨著高樓大廈的崛起、生活小區的形成以及生產的集團化和規模化，環網供電單元在直接用戶的使用越來越多，而且在大城市，SF6環網供電單元有明顯上升的趨勢。據行協統計，1997年環網供電單元為12468單元，而1998年上升到16972單元。 (4)采用箱式變電站。由于高壓直接進入市區，深入負荷中心，故大用戶的供電方式成為高壓受電—變壓器降壓—低壓配電這樣的格局。這種供電格局就是工廠制作的箱式變電站。箱式變電站(簡稱箱式站)一般由高壓室、變壓室和低壓室組成。由于用戶多，因此箱式站用量最大。箱式變電站(Cubicle－type Substation)的叫法在國內外并不統一，箱式變電站術語是現國標(報批稿)《3～3.5kV交流箱式變電站》統一的稱謂。在這之前，國內也有叫“組合式變電站”、“成套變電站”。國外有叫“箱式高壓受電單元”、“緊湊型變電站”等。1995年1月，IEC以1330(1995年11月)“高低壓預裝式變電站”標準正式頒布。箱式變電站不同于常規化土建變電站，其主要特點為： ①變電站在制造廠完成設計、制造與安裝，并完成其內部電氣接線； ②變電站經過規定的型式試驗考核； ③變電站經過出廠試驗的驗證。箱式站有多種分類方法，如按安裝場所，分為戶內、戶外；按高壓接線方式，分為終端接線、雙電源接線和環網接線；按箱體結構，分為整體、分體等。進一步講，箱式變電站是一種高壓開關設備，配電變壓器和低壓配電裝置按一定接線方案排成一體的工廠預制戶內、戶外緊湊式配電設備，即將高壓受電、變壓器降壓，低壓配電等功能有機地組合在一起。箱式站特別適用于城網建設與改造，具有成套性強、體積小、占地少、能伸入負荷中心、提高供電質量、減少損耗、送電周期短、選址靈活、對環境適應性強、安裝方便、運行安全可靠及投資少、見效快等一系列優點。箱式站用在市區，可裝在人行道旁、綠化區、道路交叉口、生活小區、生產場地、房屋建筑內等。與土建變電站相比，箱式站大大減少了土建費和地皮費，這特別對市區繁華地段重要，那里寸土寸金。同容量箱式站的占地面積僅為土建站所占面積的1/5～1／10。同時大大減少了工程設計量和施工量，加之箱式站可免除用戶申報基建項目，減少審批手續，做到投資少，見效快。總之，箱式站有著廣闊的使用范圍，它適用于城市公共配電、高層建筑、住宅小區、公園、還適用于油田、工礦企業及施工場所等。它是繼土建變電站之后崛起的一種嶄新的變電站。這種變電站已在歐美普遍使用，在我國也為越來越多的用戶接受并受到青睞。箱式站一般為組合式結構，即高壓室、變壓器室和低壓室可成“目”字型或“品”字型布置。“目”字型布置與“品”字型相比，“目”字型接線較為方便，故大多采用目字型布置。箱式站一般用于戶外，故要從結構上解決許多問題，諸如：要防凝露(高壓開關和低壓開關設備若表面出現凝露，會引起閃絡放電)；要防發熱(變壓器發熱，會引起出力下降)；要防腐蝕(殼體在大氣中容易受到腐蝕)；要防灰塵(自然通風，會夾雜灰塵，對絕緣不利)；要防爆炸(萬一發生內部故障電弧，箱式站應能滿足IEC1330《高低壓預裝式變電站標準》規定的6條判據)。箱式變電站在歐美已普遍使用，在我國的使用也日益普遍。從生產看，箱式變電站也是一個增長熱點。據統計，1997年箱式站產量為1255臺，而1998年增至2255臺。箱式變電站的國標號為GB/T17467—1998 egv IEC 1330∶1995 四、結 語城網改造任務重，時間緊。對高中壓開關提出了新的要求，如在市區，優先使用占地面積小又性能可靠的SF6封閉式組合電器(GIS)。在110kV～220kV級，SF6斷路器將進一步擴大使用比例。在中壓等級，斷路器明顯趨向無油化。無油斷路器已占主導地位。作為無油斷路器兩大支柱的中壓SF6斷路器和真空斷路器都有了長足的發展。環網供電單元和箱式變電站在直接用戶中的使用越來越多。在大城市，SF6環網供電單元及配SF6環網供電單元的箱式變電站已明顯地增多。
