摘要:近幾年來國外245～550kV戶外超高壓新型組合電器發(fā)展迅速。這些戶外超高壓新型組合電器的采用對于提高超高壓變電站的運(yùn)行可靠性，更有效的節(jié)省占地面積和空間，使施工安裝更簡單、運(yùn)行維護(hù)更方便等方面起了重大的作用。本文主要對西門子HIS型與ABB瑞士工廠PASS型兩種組合電器進(jìn)行了分析，并探討了其在電網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:HIS;組合電器;應(yīng)用

前言:

如何正確的使用戶外超高壓新型組合電器是我們必須探討的問題。下面介紹了西門子HIS型與ABB瑞士工廠PASS型兩種組合電器的比較及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用。

1 西門子HIS型245～550kV組合電器

1.1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

HIS型組合電器屬于金屬封閉式組合電器。采用有成熟生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的GIS各種元件為基本模塊，按照用戶要求的電氣主接線，組合成單相組合電器，它采用戶外SF6絕緣套管，通過軟導(dǎo)線與超高壓配電裝置常規(guī)的敞開式鋁管母線或軟母線系統(tǒng)相連接。

HIS型245kV組合電器采用8DN9-245kV GIS元件，主要包括:①單斷口SF6斷路器;②隔離開關(guān)及接地開關(guān);③快速接地開關(guān);④電流互感器;⑤電容式電壓互感器;⑥戶外出線套管。它們都封閉在鋁合金外殼內(nèi)，采用SF6氣體絕緣，并且都是單獨(dú)的氣室。各元件之間的連接法蘭盤采用統(tǒng)一的尺寸，使得組合電器的各元件可以完全按照用戶要求的電氣主接線，任意拼接組合，達(dá)到完全模塊化生產(chǎn)。

HIS型550kV組合電器采用8DQ1-550kV GIS元件，其主要元件的類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與245kV組合電器相同。圖1是用于一個半斷路器接線500kV戶外配電裝置中間連絡(luò)斷路器回路的HIS型550kV組合電器。中間是2組垂直布置的出線套管，通過軟導(dǎo)線分別與出線或主變壓器回路相連接，包括1臺雙斷口SF6斷路器、4組隔離開關(guān)及接地開關(guān)、2組電流互感器，及1套控制單元。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1.3 適用電氣主接線形式

由于它可以采用GIS各種元件組合而成，因此十分靈活，可以適合任何一種電氣主接線形式。

1.4 超高壓配電裝置的布置

它適用于中型、軟母線或鋁管母線超高壓戶外配電裝置。

例如:圖2是HIS型8DQ1-550kV組合電器與常規(guī)設(shè)備在500kV軟母線屋外配電裝置的一個半斷路器接線中布置方案的比較。常規(guī)設(shè)備的主接線是將避雷器和電容式電壓互感器單獨(dú)裝設(shè)在出線回路中，兩側(cè)500kV避雷器之間的縱

向長度為200m。而對組合電器方案而言，可以采用3套HIS型8DQ1-550kV組合電器，中間1套組合電器，兩邊靠軟母線側(cè)各1套組合電器，元件配置和結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，它是采用將圖2中間組合電器減少2組隔離開關(guān)和1組戶外出線套管的結(jié)構(gòu)，同時可以將避雷器和電容式電壓互感器安裝在母線側(cè)組合電器內(nèi)。因此可以將兩側(cè)500kV軟母線邊相之間的縱向長度壓縮到60m，采用組合電器比常規(guī)設(shè)備方案節(jié)省占地約70%。

1.5 二次控制及保護(hù)

HIS型組合電器以GIS的各種元件為基礎(chǔ)進(jìn)行組合，它的電流互感器和電壓互感器仍然是傳統(tǒng)GIS元件，即采用帶鐵心的感應(yīng)式電流互感器和電阻-電容分壓的電壓互感器。但是西門子公司已經(jīng)開發(fā)了為GIS數(shù)字化控制保護(hù)、測量用的SICAM裝置，其中微機(jī)型儀用互感器單元(ITU)就是安裝在電流互感器和電壓互感器上的微機(jī)過程處理器，它具有接受來自TA、TV的電流、電壓模擬量，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，再向上一級二次設(shè)備輸出電流、電壓數(shù)字量的功能，使得HIS型組合電器能夠輸出電流、電壓數(shù)字量信號。

此外，SICAM裝置還包括:數(shù)字式斷路器控制單元(DBC);數(shù)字式隔離開關(guān)/接地開關(guān)控制單元(SCM);數(shù)字式過程通信單元(PCU)。以上這些微機(jī)型過程處理單元可用于HIS型組合電器，實(shí)現(xiàn)對SF6斷路器、隔離開關(guān)微機(jī)式無節(jié)點(diǎn)的控制方式和狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷(如電流電壓波形、動作次數(shù)、開斷電流大小等)。

1.6 主要優(yōu)缺點(diǎn)

HIS型組合電器全部元件都封閉在鋁合金外殼內(nèi)，以SF6氣體絕緣，因此設(shè)備布置更緊湊，比敞開式組合電器更加節(jié)省占地及空間。而且各元件采用單獨(dú)氣室，運(yùn)行更為安全可靠。

制造廠能夠提供包括一次、二次設(shè)備完整的超高壓開關(guān)系統(tǒng)，設(shè)備配套性強(qiáng)。二次控制保護(hù)、測量微機(jī)化、數(shù)字化，狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷功能齊全。一次設(shè)備完全采用傳統(tǒng)GIS的模塊，制造廠有豐富的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在超高壓配電裝置中采用這種組合電器技術(shù)比較成熟、可靠。

信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

它的缺點(diǎn)是，仍然采用傳統(tǒng)的電阻-電容分壓的電壓互感器和帶鐵心的感應(yīng)式電流互感器，不是數(shù)字式光電電流、電壓互感器，相對體積、尺寸都較大。在組合電器緊湊型、小形化方面有些欠缺。

2 ABB瑞士工廠PASS型245～550kV組合電器

2.1 基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

PASS開關(guān)系統(tǒng)是ABB公司綜合其先進(jìn)的GIS技術(shù)和電力電子技術(shù)的一種新型產(chǎn)品。它可以為變電站提供一整套簡化的開關(guān)運(yùn)行方式，不僅有較高的可靠性和免維護(hù)，而且可減少占地面積和投資，加快變電站的建設(shè)速度，是電力系統(tǒng)新建和改建變電站的一個好的選擇。

PASS型組合電器是ABB公司近幾年開發(fā)的一種采用固定元件組合的超高壓戶外插接式組合電器，主要元件包括:①1臺SF6斷路器;②1組組合式光電電流、電壓互感器;③1組或2組母線隔離開關(guān)及接地開關(guān)(它沒有出線隔離開關(guān)及接地開關(guān))。由這些固定的元件組合成單相電氣設(shè)備，每相組合電器通過戶外復(fù)合絕緣套管，采用軟導(dǎo)線接入敞開式母線。如圖(3)所示。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

2.3 適用電氣主接線形式

適用于各種形式的電氣主接線。

2.4 超高壓配電裝置的布置

它將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)及電流/電壓傳感器裝設(shè)在一個金屬封閉的氣室內(nèi);主要部件中，斷路器部分是在GIS的基礎(chǔ)上開發(fā)研制的(滅弧室部分完全相同)，取消線路側(cè)的隔離/接地開關(guān);使用電流/電壓傳感器代替電流/電壓互感器;二次設(shè)備就地安裝中，使用ABB公司最新研制開發(fā)的傳感器信號處理接口(ProcessInterface for Sensors and Actuators，PISA)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和數(shù)字化傳輸。根據(jù)用戶的需要，它可以提供各種不同的主接線方式。PASS的所有部件均在工廠內(nèi)進(jìn)行安裝和試驗(yàn)，到現(xiàn)場只需將光纖電纜插入就地控制柜和主設(shè)備即可投入運(yùn)行。

2.5 二次控制及保護(hù)

PASS型組合電器控制保護(hù)、測量完全數(shù)字化、智能化，采用光纖傳輸數(shù)字信號。制造廠能夠提供包括一次、二次設(shè)備及插接式復(fù)合光纖電纜等完整的超高壓開關(guān)系統(tǒng)。如圖4.

2.6 主要優(yōu)缺點(diǎn)

2.6.1 ABB瑞士工廠PASS型組合電器一次設(shè)備和二次設(shè)備的供貨成套性最完整，而且還提供從設(shè)備本體至就地保護(hù)、測控柜的復(fù)合光纖電纜，但是從總體上看，它是一種節(jié)省元件的組合電元器，沒有出線側(cè)隔離開關(guān)元件，缺少出線隔離開關(guān)的功能，此外，它的所有元件共用一個SF6氣室，SF6斷路器滅弧室在開斷短路電流時，電弧產(chǎn)生的分解物可能會影響處于同一氣室內(nèi)隔離開關(guān)及接地開關(guān)的絕緣強(qiáng)度，需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)一步考驗(yàn)。

2.6.2 其取消了斷路器線路側(cè)的隔離開關(guān)和接地開關(guān)，使得對整個組合電器的可靠性的要求很高。一旦組合電器中的一次元件發(fā)生故障，可能導(dǎo)致需要上一級的斷路器跳閘停電，退出檢修。

3 HIS在電網(wǎng)中的應(yīng)用

由于HIS僅由幾種模塊組成，所以使用HIS的變電站的規(guī)劃和設(shè)計(jì)是非常簡單的。所有模塊都在同一高度安裝，因此只需要標(biāo)準(zhǔn)的支架、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)線支架。使用者可以非常方便的接近斷路器的彈簧操動機(jī)構(gòu)、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的操動機(jī)構(gòu)以及互感器的二次端子。HIS模塊的高度是按標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的尺寸設(shè)計(jì)的，從而可使運(yùn)輸費(fèi)用降至最低。由于所有的模塊以及二次部分都在工廠完成了試驗(yàn)，在現(xiàn)場只需要用帶標(biāo)準(zhǔn)連接件的電纜連接起來就可以了，這樣使得現(xiàn)場的安裝和調(diào)試非常方便快捷，例如一個帶三個斷路器的內(nèi)橋接線的變電站可以在一周內(nèi)完成安裝并投入運(yùn)行。圖5給出了一個HIS使用節(jié)省空間的例子。

如果對一個變電站工程的一次和二次設(shè)備、土建、安裝調(diào)試及維護(hù)進(jìn)行綜合評價，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站和HIS不同參數(shù)的全壽命費(fèi)用是不同的。例如:HIS的投資成本與空氣絕緣變電站相比基本相同，但是由于HIS的維護(hù)費(fèi)用低，因此它的全壽命周期就降下來了。由此可見，在土地費(fèi)用低及勞動力成本低的地區(qū)使用傳統(tǒng)的空氣絕緣變電站無疑是經(jīng)濟(jì)的;而在空間有限、土地價格高、環(huán)境苛刻或勞動力成本高的地區(qū)，HIS是有很大優(yōu)勢的。

4 總結(jié)

相對于傳統(tǒng)的戶外變電站而言，無論是擴(kuò)建、改造或新建，創(chuàng)新的HIS都是非常有前途的更新?lián)Q代產(chǎn)品，除了節(jié)省投資和維護(hù)費(fèi)用外它還有很多其他優(yōu)點(diǎn)。對于回路簡單、規(guī)模小的變電站來說選用HIS更加合適。