城網(wǎng)建設(shè)改造中的高中壓開關(guān)設(shè)備市場(chǎng)
一、導(dǎo) 言我國(guó)的電力工業(yè)充滿生機(jī)與活力，正在闊步跨入21世紀(jì)。我國(guó)形成巨大的電力市場(chǎng)。1998年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2.6億kW左右，年發(fā)電量1.160萬億kWh。展望未來，任務(wù)艱巨而前景美好。設(shè)想2000年裝機(jī)容量達(dá)2.9億kW，2010年達(dá)到5.0～5.5億kW。為達(dá)此目的，我國(guó)將實(shí)施“優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展水電，適當(dāng)發(fā)展核電，因地因網(wǎng)制宜開發(fā)新能源，同步建設(shè)電網(wǎng)，積極減少環(huán)境污染，開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)能放在首位”的方針。隨著發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的增加，輸電供電的矛盾日益突出。全國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)都不同程度存在有電送不進(jìn)、供不出、用不上的矛盾。 1998年，國(guó)家投入2500多億元巨資，全面啟動(dòng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造，以增加內(nèi)需，拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)。城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造，被作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。利用三年時(shí)間，對(duì)全國(guó)2400個(gè)縣的農(nóng)村電網(wǎng)和280個(gè)城市電網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)改造。完成的投資規(guī)模之大，工程量之集中，史無前例。這種大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造，為高壓開關(guān)制造業(yè)乃至整個(gè)輸配電行業(yè)帶來千載難逢的大發(fā)展機(jī)遇。 二、城市電網(wǎng)特點(diǎn) (1)簡(jiǎn)化電壓等級(jí)城網(wǎng)將電壓等級(jí)劃分為4個(gè)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(jí)為6個(gè)，具體到每個(gè)城市，必須簡(jiǎn)化為4個(gè)，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(jí)中，10kV作為中壓配電電壓和380V/220V作為低壓配電電壓為城網(wǎng)普遍采用。 (2)高壓直接進(jìn)入市區(qū)，深入負(fù)荷中心電力有關(guān)規(guī)程(全國(guó)供用電規(guī)程)規(guī)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(jìn)入市區(qū)，深入負(fù)荷中心，可以減少線路損耗，提高供電質(zhì)量。隨著城市高樓大廈的崛起，生活小區(qū)的形成以及生產(chǎn)的集團(tuán)化和規(guī)模化，需要高壓送電給負(fù)荷中心。有關(guān)資料顯示，如果將電壓等級(jí)從380V提高到萬伏級(jí)(10kV)，可減少線路損耗60％，又可減少用銅量及總投資52％，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。 (3)在城鄉(xiāng)改造和建設(shè)中，推行環(huán)網(wǎng)供電用電纜，走地下，呈環(huán)路，可以減少供電的中斷，同時(shí)大大減少了臨時(shí)性故障。由以上可知，城網(wǎng)的電壓等級(jí)為10～220kV，建筑用電器的電壓等級(jí)一般為10～35kV。在城網(wǎng)中，由于高壓直接進(jìn)入市區(qū)，深入負(fù)荷中心，因而高壓開關(guān)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(wǎng)建設(shè)與改造中，因推行環(huán)網(wǎng)供電，一種環(huán)網(wǎng)供電單元配電設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。 三、城網(wǎng)中的高中壓開關(guān)設(shè)備為適應(yīng)城網(wǎng)建設(shè)改造的需要，高中壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)如下： (1)在城市中心，新建設(shè)變電站要按無人值班(少人職守)設(shè)計(jì)，現(xiàn)有變電站進(jìn)行改造也要以建成無人值班變電站為目標(biāo)。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(shè)面積。 GIS將諸多高壓元件既組合又封閉，利用了優(yōu)異的SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)，大大節(jié)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(duì)城市中心非常有利，因?yàn)槌菂^(qū)寸土寸金，征地難且費(fèi)用昂貴。在110kV～220kV級(jí)又出現(xiàn)三相共箱式結(jié)構(gòu)，它以比單相式GIS大大減小了占地面積和體積。國(guó)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(jié)構(gòu)在國(guó)外公司中又占60％以上。我國(guó)也大力發(fā)GIS產(chǎn)品，現(xiàn)已開發(fā)至500kVGIS產(chǎn)品，但在110～220kV級(jí)，主要為分相式結(jié)構(gòu)，而更為緊湊的三相共筒式結(jié)構(gòu)構(gòu)尚需要大力開發(fā)。此次城網(wǎng)建設(shè)改造工程中，城區(qū)變電站優(yōu)先選用SF6封閉式組合電器。預(yù)計(jì)110kV和220kVSF6封閉式組合電器將有相當(dāng)大的增加。據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)(以下簡(jiǎn)稱行協(xié))的統(tǒng)計(jì)，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(jí)，國(guó)內(nèi)廠家主要生產(chǎn)壓氣式SF6斷路器，而國(guó)外廠家卻大力生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更先進(jìn)的熱膨脹式斷路器。目前有幾家合資公司(如北京ABB開關(guān)公司、蘇州GEC Alsthom開關(guān)公司和杭州西門子開關(guān)公司)移地生產(chǎn)國(guó)外公司的熱脹式的斷路器。國(guó)內(nèi)有幾家已開發(fā)出或正在開發(fā)熱膨脹式產(chǎn)品。高壓SF6斷路器及GIS正在進(jìn)行著二次技術(shù)革命，從傳統(tǒng)的二次技術(shù)走向現(xiàn)代化技術(shù)。它使高壓開關(guān)設(shè)備智能化，有利于實(shí)現(xiàn)無人值守。現(xiàn)代二次技術(shù)采用了機(jī)電一體化技術(shù)，它是建立在微電子技術(shù)、信息傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)及精密機(jī)械技術(shù)高度發(fā)展之上的綜合技術(shù)。 (2)中壓開關(guān)無油化。我國(guó)曾是油斷路器的王國(guó)，而城網(wǎng)越來越多地要求用無油斷路器。油斷路器雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但油斷路器容易發(fā)生火災(zāi)和爆炸，且檢修周期短，這不僅對(duì)運(yùn)行不利且檢修費(fèi)高。在城網(wǎng)的高層建筑中，不準(zhǔn)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(guān)如真空和SF6斷路器滿容量操作次數(shù)可達(dá)30～50次，且不會(huì)引起火災(zāi)，一般不會(huì)爆炸，更不會(huì)引起繼發(fā)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(guó)城網(wǎng)輸送容量越來越大，如額定電流不僅需要中小參數(shù)還要求3150A和4000A高參數(shù)。無油斷路器參數(shù)可做得高，我國(guó)已研制10kV3150～4000A的產(chǎn)品，城網(wǎng)不但要求額定電流大，而且要求短路開斷電流大，我國(guó)無油斷路器的額定短路開斷電流已做到50kA～63kA，國(guó)外有的已做到70kA。我國(guó)在中壓無油化方面，奉行SF6和真空開關(guān)并駕齊驅(qū)發(fā)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(guān)的制造更適合國(guó)內(nèi)企業(yè)制造現(xiàn)狀。因此，真空開關(guān)生產(chǎn)和使用量遠(yuǎn)高于SF6開關(guān)產(chǎn)品，特別在10kV戶內(nèi)產(chǎn)品中，真空開關(guān)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而SF6開關(guān)在戶外10kV特別在35kV級(jí)很有競(jìng)爭(zhēng)能力。我國(guó)雖曾是油斷路器的王國(guó)，但從“八五”起，加快無油化的進(jìn)程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1994年，我國(guó)無油開關(guān)占45％，其中真空產(chǎn)品占30％，SF6產(chǎn)品占15％。1997年，我國(guó)已確立了無油開關(guān)的主導(dǎo)地位。據(jù)行協(xié)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，1995年無油開關(guān)在10kV占70.8％，而油開關(guān)僅占20.9％，在35kV級(jí)無油化進(jìn)程也發(fā)展迅速，1995年無油開關(guān)占31.3％，油開關(guān)占68.7％，而1996年，無油開關(guān)已占一半以上，達(dá)56.2％，油開關(guān)僅占43.8％。從此摘掉了我國(guó)長(zhǎng)期以來油斷路器王國(guó)的帽子，從而走上無油化的發(fā)展道路。從統(tǒng)計(jì)上看，在10kV級(jí)，真空開關(guān)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如1995年，真空開關(guān)已占62.4％，而SF6開關(guān)占8.4％，1996年真空開關(guān)進(jìn)而占到69.9％，而SF6開關(guān)略有增加，為9.2％。從1998年看，真空開關(guān)處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占到79.27％。在35kV級(jí)，1995年真空開關(guān)占21.5％，而SF6占9.8％，1996年真空開關(guān)占27.8％，SF6上升到18.4％，1998年上升到30.4％。應(yīng)當(dāng)指出，真空斷路器在35kV級(jí)的增長(zhǎng)還是近二三年的事情，但還缺乏實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，尚沒有顯著的優(yōu)勢(shì)。作為成套設(shè)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(xiàn)興起中置手車式結(jié)構(gòu)。鎧裝中置式柜是移開式鎧裝柜的一種最新類型。它相對(duì)于落地手車，將斷路器置于中部。 (3)采用環(huán)網(wǎng)供電單元。由于在城網(wǎng)建設(shè)的改造中，推行環(huán)網(wǎng)供電，于是環(huán)網(wǎng)供電單元應(yīng)運(yùn)而生，環(huán)網(wǎng)供電不像架空線路，臨時(shí)故障多，因此環(huán)網(wǎng)供電容量較小，且不要求高壓開關(guān)重合閘。這樣環(huán)網(wǎng)供電單元不同于一般的斷路器柜，而是由3個(gè)間隔組成：一個(gè)進(jìn)線間隔，一出線間隔，還有一個(gè)變壓器回路間隔。其內(nèi)用的開關(guān)，一般也不是斷路器，而是負(fù)荷開關(guān)及熔斷器。環(huán)網(wǎng)供電單元有兩種結(jié)構(gòu)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(chǎn)氣式、壓氣式和真空式負(fù)荷開關(guān)。SF6絕緣式在國(guó)外普遍使用，我國(guó)也有生產(chǎn)的如我國(guó)設(shè)計(jì)的HXGN6型SF6環(huán)網(wǎng)供電單元在上海天靈開關(guān)廠大量生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)還有合資企業(yè)和蘇州阿爾斯通公司生產(chǎn)的M24型環(huán)網(wǎng)供電單元和北京ABB公司生產(chǎn)的RGC型、北京安瑞吉公司生產(chǎn)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(huán)網(wǎng)供電單元。隨著高樓大廈的崛起、生活小區(qū)的形成以及生產(chǎn)的集團(tuán)化和規(guī)模化，環(huán)網(wǎng)供電單元在直接用戶的使用越來越多，而且在大城市，SF6環(huán)網(wǎng)供電單元有明顯上升的趨勢(shì)。據(jù)行協(xié)統(tǒng)計(jì)，1997年環(huán)網(wǎng)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(jìn)入市區(qū)，深入負(fù)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)外并不統(tǒng)一，箱式變電站術(shù)語是現(xiàn)國(guó)標(biāo)(報(bào)批稿)《3～3.5kV交流箱式變電站》統(tǒng)一的稱謂。在這之前，國(guó)內(nèi)也有叫“組合式變電站”、“成套變電站”。國(guó)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(yù)裝式變電站”標(biāo)準(zhǔn)正式頒布。箱式變電站不同于常規(guī)化土建變電站，其主要特點(diǎn)為： ①變電站在制造廠完成設(shè)計(jì)、制造與安裝，并完成其內(nèi)部電氣接線； ②變電站經(jīng)過規(guī)定的型式試驗(yàn)考核； ③變電站經(jīng)過出廠試驗(yàn)的驗(yàn)證。箱式站有多種分類方法，如按安裝場(chǎng)所，分為戶內(nèi)、戶外；按高壓接線方式，分為終端接線、雙電源接線和環(huán)網(wǎng)接線；按箱體結(jié)構(gòu)，分為整體、分體等。進(jìn)一步講，箱式變電站是一種高壓開關(guān)設(shè)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(yù)制戶內(nèi)、戶外緊湊式配電設(shè)備，即將高壓受電、變壓器降壓，低壓配電等功能有機(jī)地組合在一起。箱式站特別適用于城網(wǎng)建設(shè)與改造，具有成套性強(qiáng)、體積小、占地少、能伸入負(fù)荷中心、提高供電質(zhì)量、減少損耗、送電周期短、選址靈活、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便、運(yùn)行安全可靠及投資少、見效快等一系列優(yōu)點(diǎn)。箱式站用在市區(qū)，可裝在人行道旁、綠化區(qū)、道路交叉口、生活小區(qū)、生產(chǎn)場(chǎng)地、房屋建筑內(nèi)等。與土建變電站相比，箱式站大大減少了土建費(fèi)和地皮費(fèi)，這特別對(duì)市區(qū)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(shí)大大減少了工程設(shè)計(jì)量和施工量，加之箱式站可免除用戶申報(bào)基建項(xiàng)目，減少審批手續(xù)，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(qū)、公園、還適用于油田、工礦企業(yè)及施工場(chǎng)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(guó)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)上解決許多問題，諸如：要防凝露(高壓開關(guān)和低壓開關(guān)設(shè)備若表面出現(xiàn)凝露，會(huì)引起閃絡(luò)放電)；要防發(fā)熱(變壓器發(fā)熱，會(huì)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(fēng)，會(huì)夾雜灰塵，對(duì)絕緣不利)；要防爆炸(萬一發(fā)生內(nèi)部故障電弧，箱式站應(yīng)能滿足IEC1330《高低壓預(yù)裝式變電站標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的6條判據(jù))。箱式變電站在歐美已普遍使用，在我國(guó)的使用也日益普遍。從生產(chǎn)看，箱式變電站也是一個(gè)增長(zhǎng)熱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年箱式站產(chǎn)量為1255臺(tái)，而1998年增至2255臺(tái)。箱式變電站的國(guó)標(biāo)號(hào)為GB/T17467—1998 egv IEC 1330∶1995 四、結(jié) 語城網(wǎng)改造任務(wù)重，時(shí)間緊。對(duì)高中壓開關(guān)提出了新的要求，如在市區(qū)，優(yōu)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(jí)，SF6斷路器將進(jìn)一步擴(kuò)大使用比例。在中壓等級(jí)，斷路器明顯趨向無油化。無油斷路器已占主導(dǎo)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(zhǎng)足的發(fā)展。環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)供電單元及配SF6環(huán)網(wǎng)供電單元的箱式變電站已明顯地增多。
