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1、SF6充氣柜在城市220kV變電所的應(yīng)用 2007年1月 江蘇電機(jī)工程 JiangsuElectricalEngineering第26卷第1期25 SF6充氣柜在城市220kV變電所的應(yīng)用 徐寧 (江蘇省電力公司,江蘇南京210024) 摘要:介紹了SF6充氣柜的特點(diǎn),從接線及進(jìn)出線的選擇,平面布置的考慮和柜體基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提出了SF6充氣柜在 220kV變電所應(yīng)用中的設(shè)計(jì)方案以及要解決的問題.以220kV金橋變電所為例,說明了SF6充氣柜在城市變電所應(yīng) 用的設(shè)計(jì)思路和要點(diǎn). 關(guān)鍵詞:SF6充氣柜;220kV變電所;設(shè)計(jì)方案 中圖分類號:TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1

2、009—0665(2007)01—0025—03 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電器制造技術(shù)的進(jìn)步. 要求進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性.因此高壓 開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行可靠性受到了特別關(guān)注在常規(guī)空 氣絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)取得進(jìn)步的基礎(chǔ) 上.從20世紀(jì)80年代開始推出了柜式氣體絕緣金 屬封閉開關(guān)設(shè)備(簡稱C—GIS或充氣柜.也有稱為 SF6充氣柜).典型的充氣柜是以SF6氣體作為絕緣 介質(zhì)而采用真空滅弧的方式.是一種新型組合式配 電電器其接線原理和功能與常規(guī)空氣絕緣開關(guān)柜 基本相同.主要區(qū)別在于采用了SF6氣體封閉氣室, 通常有母線室(包括隔離開關(guān)),斷路器室(包括電 纜終端)

3、等.每個(gè)氣室均為一個(gè)完整內(nèi)部元件的模 塊,各模塊間以錐形接頭連接,SF6氣體充氣壓力約 為0.05MPa(表壓).此外,設(shè)有不充氣的電纜出線 隔室和控制室.并布置有斷路器和隔離開關(guān)的操動 機(jī)構(gòu).柜之間母線連接一般采用插接式固體絕緣連 接頭,沒有暴露在空氣中的一次帶電體. 1SF6充氣柜特點(diǎn)及應(yīng)用 1.1特點(diǎn) (1)體積小.開關(guān)柜內(nèi)母線和各分支回路導(dǎo)體 均采用SF6氣體絕緣.與普通開關(guān)柜的空氣或固體絕 緣相比,大大壓縮了尺寸.以35kV開關(guān)柜為例.普 通空氣絕緣柜寬(間隔寬度)在1818mitt以上.采 用固體復(fù)合絕緣如導(dǎo)體包裹固體材料絕緣可將柜 寬壓縮至1200140

4、0mm,而采用SF6氣體絕緣的 充氣柜柜寬壓縮至600mm左右.因此.在柜深基本 相同的情況下.可節(jié)省占地1/2以上. (2)可靠性高.由于主要電氣元件是在類似GIS 結(jié)構(gòu)的氣室中,因此基本不受灰塵,潮濕,腐蝕,小 動物等環(huán)境因素的影響.設(shè)備運(yùn)行可靠性顯著提高. (3)安裝維護(hù)簡便.由于開關(guān)柜除柜體框架外. 主體部分均為模塊化設(shè)計(jì),所以現(xiàn)場安裝快捷簡便. 運(yùn)行維護(hù)工作量也較常規(guī)配電裝置大為減少 收稿日期:2006一O8—09;修回日期:2006—09—24 (4)性價(jià)比較高.盡管采用了SF6氣體絕緣全 密封結(jié)構(gòu).相對空氣絕緣和固體復(fù)合絕緣開關(guān)柜,成 本相對較高.但如與G

5、IS設(shè)備比較.充氣柜采用真 空斷路器為開斷元件.而沒有采用GIs中那種獨(dú)立 的S滅弧室和復(fù)雜的操作機(jī)構(gòu),故其成本低于相 應(yīng)的GIS設(shè)備 1.2應(yīng)用及分析 SF6充氣柜雖然是一種設(shè)計(jì)新穎,結(jié)構(gòu)先進(jìn)的開 關(guān)設(shè)備.但目前國內(nèi)應(yīng)用還不普遍.其主要原因有: (1)技術(shù)較新,工藝要求較高,生產(chǎn)此類產(chǎn)品的主要 是幾家國際知名企業(yè).且價(jià)格昂貴,以35l(V單間隔 為例.報(bào)價(jià)在50萬～70萬元.而國產(chǎn)或合資企業(yè)生 產(chǎn)的固體復(fù)合絕緣開關(guān)柜單間隔報(bào)價(jià)不超過3O萬 元:(2)目前國產(chǎn)35kV電壓等級固體復(fù)合絕緣開 關(guān)柜的技術(shù)較成熟.對常規(guī)變電所其可靠性,占地面 積等技術(shù)指標(biāo)均能滿足要求,而S

6、F6充氣柜的設(shè)計(jì) 和生產(chǎn)歷史較短,還不能替代固體復(fù)合絕緣開關(guān)柜. 隨著我國城市化程度的不斷提高.特別在經(jīng)濟(jì) 發(fā)達(dá)地區(qū).因城市和周邊開發(fā)區(qū)土地價(jià)格的快速增 長,使變電所征地費(fèi)用直線上升.征地拆遷工作成為 變電所建設(shè)新難點(diǎn).因此,SF6充氣柜設(shè)備占地少可 靠性高,少維護(hù)的優(yōu)勢將逐漸體現(xiàn)出來.江蘇省近年 來SF6充氣柜的應(yīng)用也越來越廣泛.除電力系統(tǒng)內(nèi) 城市戶內(nèi)站外.一些工作環(huán)境特殊的大型企業(yè)如地 鐵,石化,冶金等也在逐步推廣使用. 2設(shè)計(jì)方案及主要問題的解決[1.】 2.1接線選擇 在220kV變電所中.10~35kV配電裝置作為 變電所低壓側(cè)主要對變電所附近負(fù)荷供電.SF

7、6充 氣柜在接線方面的考慮與普通開關(guān)柜基本相同.但 通常采用單母線分段接線.而不是采用獨(dú)立電氣元 件組裝式配電裝置慣用的雙母線帶旁路母線這是 因?yàn)樵O(shè)備集成化程度高,母線為全封閉狀態(tài).而不像 敞開式布置時(shí)雙母線可輪流停電檢修.而且充氣柜 江蘇電機(jī)工程 設(shè)備可靠性高,故可簡化接線. 220kV變電所中.35kV電壓等級通常用于城 郊或開發(fā)區(qū)等供電范圍較大或有大用戶的地區(qū)供 電,由于進(jìn)出線回路往往不超過12回,一般采用單 母線單分段(兩段母線),典型接線如圖1. 至2號主變至1號主變 y 2M35kVlM }}}}{‘{il{ I{出線出線出出線出線出線 圖1單

8、母線分段接線示意 而10kV電壓等級通常用于城市中心等供電范 圍較小,但負(fù)荷密度較大地區(qū),可以選擇多分段接 線方式.例如出線回路較多時(shí)可接成單母線四分段 2.2進(jìn)出線方式選擇. 受結(jié)構(gòu)限制,SF6充氣柜進(jìn)出線僅能采取柜下 進(jìn)出線方式.具體有電纜和絕緣硬母線2種2種方 案比較:絕緣硬母線通流容量較大,但成本較高,且 對安裝要求嚴(yán)格.所有制成段都必須在工廠加工成 形,現(xiàn)場安裝時(shí)不允許有偏差,所以很少采用;電纜 本體成本較低,安裝較簡便,現(xiàn)場可根據(jù)需要彎曲, 調(diào)整鋪設(shè)路線方便,但大載流量時(shí)由于并聯(lián)電纜較 多,敷設(shè)比較困難.綜合考慮成本及工期等因素,SF6 充氣柜通常采用電纜

9、進(jìn)出線 2.3平面布置 與普通開關(guān)柜布置方式相似,SF6充氣柜可采 用單列或雙列布置,由于充氣柜的斷路器系固定封 裝,所以不需像手車柜或中置柜那樣考慮斷路器抽 出距離,對部件拼裝,操作空間要求較小以某廠家 產(chǎn)品為例,要求柜前最小操作通道1000mm,柜后 通道50mm,柜上空間300mm.對照高壓配電裝置 設(shè)計(jì)規(guī)程要求,充氣柜對空間要求遠(yuǎn)低于規(guī)程對常 規(guī)開關(guān)柜要求.特別是在220kV城市變電所中10～ 35kV充氣柜所占空間較小,可與110kV中壓側(cè)配 電裝置統(tǒng)一考慮,在同一建筑中分層布置.安裝空 間不會有問題,圖2是典型的布置方案 2.4柜體基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 由于SF充氣

10、柜進(jìn)出線全部在下部進(jìn)行.而柜 寬寬度僅600rnnl,故其基礎(chǔ)進(jìn)出線密集.對設(shè)計(jì)要 求較高.圖3是某廠家提供的充氣柜基礎(chǔ)布置 圖3中點(diǎn)狀陰影部分為充氣柜底部在地面上 的投影,其中疊加斜線部分為充氣柜底部與地面接 觸部分,其余部分與地面不接觸.充氣柜每一間隔 寬度為600rnnl,質(zhì)量約700kg,柜體質(zhì)量實(shí)際分布 18.o0 室內(nèi)桁車 14.00 : . 8』 110kV屋內(nèi)GIS nl 一凡m..Ij一—一目罱 1100II畝.盥 ,l}r口碉 E— 15o015o0 電纜 夾層耵口0.45O.00= 一十6._一日王r’’ l—ll■j,——.

11、■..UCr, ‘I 5o0- 9oo.. 3500— 4600. I3000. ‘‘.’10000. 圖235l(V充氣柜與110l(VGIS聯(lián)合布置斷面 在斜線部分.由圖3可見,一次電纜孔與二次電纜 孔距離很近,兩孔邊距僅80n’inl,兩孔中均有大量 電纜穿過,尤其是主變進(jìn)線間隔一次電纜孔. J齠辯t侉≯瓤≯,,/.f/f//:// 廠lrl_一廣_r廣rln ①l①①①一 45l8以善n穩(wěn)t拯Z一_矗怒≯妊斑薯Z南 — 疊倒例囂瑟耐E8 :1l錒 l5260o60o60ol60o ①為一次電纜孔:②為二次電纜孔 圖3某廠家35kV充氣柜基礎(chǔ)示意

12、 以電壓等級為220kWll0kv/35kV的三相電 力變壓器為例.如其各電壓側(cè)容量為180/180/90 MV?A,則低壓側(cè)工作電流估算為: ,e=1.0590/(,/丁x35)1.559(kA) 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體,設(shè)f:1.2A/mm2, 則主變35kV回路電纜經(jīng)濟(jì)的截面為S=厶/f: 1559/1.2l300(II1]m2),參照現(xiàn)有電纜規(guī)格系列. 每相可以選取3(YⅣ一35—400)電力電纜.總截 面3400=1200(mm2)較符合經(jīng)濟(jì)性.由此可見.在 1145lnnl510mm孔中需穿過9根Ynr.35-400 電纜,并要在電纜孔下方考慮插接式電纜留有一

13、定 的操作空間.另外,一次電纜孔與二次電纜孔之間只 有80mm寬的基礎(chǔ)卻必須承受柜體近一半的荷重. 這也是充氣柜安裝設(shè)計(jì)的難點(diǎn) 歸納起來,設(shè)計(jì)充氣柜基礎(chǔ)應(yīng)確保:(1)保證一 次,二次電纜合理的進(jìn)出路徑;(2)保證一次電纜插 接操作必要的空間;(3)一期工程安裝完畢后應(yīng)保證 今后擴(kuò)建,維護(hù)工作(尤其是對充氣柜底部進(jìn)出線電 徐寧:SF6充氣柜在城市220kV變電所的應(yīng)用27 纜的維護(hù),擴(kuò)建)的可行性;(4)為達(dá)到上述要求,相 應(yīng)土建結(jié)構(gòu)必須緊湊有效. 3典型設(shè)計(jì)方案 以金橋變電所為例.介紹SF6充氣柜及其基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)方案.設(shè)計(jì)中主要采取了如下措施. (1)一次,二次電

14、纜進(jìn)出路徑規(guī)劃方面.考慮到 進(jìn)出線工藝的順暢性.總平面布置將35kV戶內(nèi)配 電裝置布置在主變和35kV主要出線方向之間.見 圖4這樣35kV電壓等級的主變進(jìn)線與出線電纜 分別引向相反方向.走線清晰,不易造成局部電纜 過分密集.各柜二次電纜匯聚后引至主控樓方向. 在開關(guān)柜屏前設(shè)計(jì)布置一條二次電纜溝.各柜的二 次電纜均通過電纜管引至二次電纜溝.將來在擴(kuò)建 時(shí)二次電纜放線不會影響已有運(yùn)行間隔 圖435kV電纜層走向示意 (2)在充氣柜下方設(shè)計(jì)了一個(gè)電纜半層.一次 電纜支架設(shè)于充氣柜開孔正下方.這主要是考慮 35kv電纜本體較重.應(yīng)該盡量減少電纜盤曲.同 時(shí)便于電纜頭向上插接

15、.電纜層高度為2.2m.加 上充氣柜電纜終端距底面距離為0.6m.可以保證 一 次電纜最上層彎曲半徑達(dá)到60(YⅣ一35—400 外徑)X20=l200mat.同時(shí)也能保證插接電纜操作 空間. (3)電纜層平面如圖4.共設(shè)置了4個(gè)檢修人孔. 主要考慮電纜排架對空間分割.避免出現(xiàn)檢修維護(hù) 無法進(jìn)入的死角 (4)電纜排管的應(yīng)用.在充氣柜下面設(shè)計(jì)一個(gè) 類似加寬電纜溝局部電纜層這一方式可減少土建 工程量.不必將充氣柜室地坪抬高另做一層電纜層. 但下挖局部電纜層存在防水問題.特別是與室外電 纜溝連接處.由于電纜層地勢較低.容易積水倒灌. 設(shè)計(jì)采用了一段電纜排管連接室內(nèi)電纜層與

16、室外電 纜溝.相對而言.電纜排管較易采取防水措施.且設(shè) 計(jì)有一定坡度.便于施工放電纜. (5)充氣柜基礎(chǔ)一,二次電纜孔間承重基礎(chǔ)的 處理設(shè)計(jì)的一,二次電纜孔間一段土建梁跨度較 大.梁寬不易做小.開始做成鋼筋混凝土梁后因過寬 影響一次電纜施工.現(xiàn)場采取局部用工字鋼代替的 臨時(shí)措施 4結(jié)束語 (1)SF6充氣柜具有占地小,可靠性高等優(yōu)點(diǎn). 在土地資源緊張地區(qū).正在得到日益廣泛的運(yùn)用. (2)SF6充氣柜的應(yīng)用設(shè)計(jì)在接線,總布置方面 與常規(guī)開關(guān)柜基本相似.但由于結(jié)構(gòu)尺寸非常緊湊. 對安裝基礎(chǔ)要求較高.給設(shè)計(jì)帶來一定困難.經(jīng)總結(jié) 已投運(yùn)的幾個(gè)變電所的經(jīng)驗(yàn).設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意:①充

17、 氣柜進(jìn)出線通常采用電纜方式.設(shè)計(jì)應(yīng)按遠(yuǎn)景規(guī)模做 好電纜溝管的預(yù)留.做好一,二次電纜路徑的規(guī)劃. ②充氣柜下方電纜層應(yīng)保證足夠的高度和空間.要 求充分與廠家溝通.條件允許宜首先考慮采用地上 電纜層.如采用地下電纜層則應(yīng)充分考慮防水,通風(fēng) 等問題.③充氣柜對基礎(chǔ)承重結(jié)構(gòu)要求較高.建議有 條件局部可采用鋼結(jié)構(gòu)支撐.以免對后期電氣安裝 產(chǎn)生障礙 參考文獻(xiàn): [1]弋東方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊[M].北京:水利電力出版社. 1989. [2]謝熹.發(fā)電廠變電所電氣接線和布置[M].北京:水利電力出 版社.1992. 作者簡介: 徐寧(1972-),男,浙江杭州人,工程師,

18、主要從事電網(wǎng)規(guī)劃變電 工作. ApplicationofSF6Gas?insulatedSwitchboardto220kVUrbanSubstation XUSing (JiangsuElectricPowerCompany,Nanjing210024,China) Abstract:ThispaperintroducesthecharacteristicsofSF6gas—insulatedswitchboard.andpresentsthedesignscheme andproblemsinneedofsolventintheapplicationofSF6gas-insul

19、atedswitchboardtothe220kVsubstationsfromthe aspectsofconnectionchoice,inandoutlinechoice,plainlayoutconsiderationandboardfoundationdesign.Andthenit analysesthedesignthoughtandmainpointsofusingSgas—insulatedswitchboardinurbansubstationstakingthe220 kVJinqiaosubstationasallexample. Keywords:SF6gas-insulatedswi~hboard;220kVsubstation;designscheme