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25SF6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)計提出了SF6充氣柜在220kV變電所應(yīng)用中的設(shè)計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)計思路和要點(diǎn).關(guān)鍵詞:SF6充氣柜;220kV變電所;設(shè)計方案中圖分類號:TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10090665(2007)01002503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CGIS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)等.每個氣室均為一個完整內(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12001400mm,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,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O809;修回日期:20060924(4)性價比較高.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GIS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).且價格昂貴,以35l(V單間隔為例.報價在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)柜單間隔報價不超過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SF6充氣柜的設(shè)計和生產(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)計方案及主要問題的解決1.】2.1接線選擇在220kV變電所中.1035kV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.SF6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y2M35kVlMilI出線出線出出線出線出線圖1單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1035kV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)計由于SF充氣柜進(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:.8110kV屋內(nèi)GISnl一凡m.Ij一一目罱1100II畝.盥,lr口碉E15o015o0電纜夾層耵口0.45O.00=一十6._一日王rlllj,.UCr,I5o0-9oo.35004600.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80ninl,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rlnl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為一次電纜孔:為二次電纜孔圖3某廠家35kV充氣柜基礎(chǔ)示意以電壓等級為220kWll0kv/35kV的三相電力變壓器為例.如其各電壓側(cè)容量為180/180/90MV?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(II1m2),參照現(xiàn)有電纜規(guī)格系列.每相可以選取3(Y一35400)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)計的難點(diǎn)歸納起來,設(shè)計充氣柜基礎(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)計方案以金橋變電所為例.介紹SF6充氣柜及其基礎(chǔ)設(shè)計方案.設(shè)計中主要采取了如下措施.(1)一次,二次電纜進(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)計了一個電纜半層.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.同時便于電纜頭向上插接.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(Y一35400外徑)X20=l200mat.同時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)計一個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)計采用了一段電纜排管連接室內(nèi)電纜層與室外電纜溝.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)計帶來一定困難.經(jīng)總結(jié)已投運(yùn)的幾個變電所的經(jīng)驗(yàn).設(shè)計時應(yīng)注意:充氣柜進(jìn)出線通常采用電纜方式.設(shè)計應(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.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.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,主要從事電網(wǎng)規(guī)劃變電工作.ApplicationofSF6Gas?insulatedSwitchboardto220kVUrbanSubstationXUSing(JiangsuElectricPowerCompany,Nanjing210024,China)Abstract:ThispaperintroducesthecharacteristicsofSF6gasinsulatedswitchboard.andpresentsthedesignschemeandproblemsinneedofsolventintheapplicationofSF6gas-insulatedswitchboardtothe220kVsubstationsfromtheaspectsofconnectionchoice,inandoutlinechoice,plainlayoutconsiderationandboardfoundationdesign.AndthenitanalysesthedesignthoughtandmainpointsofusingSgasinsulatedswitchboardinurbansubstationstakingthe220kVJinqiaosubstationasallexample.Keywords:SF6gas-insulatedswihboard;220kVsubstation;designscheme