GIS设备技术发展及典型事故分析

中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP12004-12-141GIS设备技术发展及典型事故分析中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP2主要内容前言装用基本情况技术经济性分析产品的技术进步几起典型的GIS设备故障结语中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP3第一部分前言中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP4第一部分前言我国变电站主要有三大类一类是采用常规敞开式开关设备(AirInsulatedSwitchgear)另一类是气体绝缘金属封闭开关设备（GasInsulatedSwitchgear）第三类是复合式气体绝缘金属封闭开关设备（HybridGasInsulatedSwitchgear,即HGIS）还有一种敞开式组合电器中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP5第二部分装用基本情况中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP6GIS设备的研究和开发始于上世纪50年代的欧洲和日本，我国在七十年代初开始使用GIS设备，八十年代中后期开始应用在500kV电网中，第一套550kVGIS应用在广东江门500kV变电站，由ABB公司制造生产，型号为ELKSL3。第一套国内自主生产的550kVGIS设备为原沈阳高压开关厂生产，型号为ZFW，于1992年应用在东北电网500kV辽阳站，已于2007年彻底退役。第二部分装用基本情况中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP71.装用情况第二部分装用基本情况随着用电负荷需求的不断增长，电网建设规模逐年扩大，尤其是近两年国家电网公司提出建设坚强电网的要求以来，电网建设投资呈倍增长。截至2008年底，敞开式断路器和GIS设备（断路器间隔）的装用情况见表1。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP8CB:台GIS：间隔第二部分装用基本情况表1敞开式断路器及GIS设备装用情况装用量800kV550kV363kV252kV126kV72.5kV合计CBGISCBGISCBGISCBGISCBGISCBGISCBGIS200877295946583113516132329736058911757617476174813768200702239127774375152482043359586974621857260558994120060220771577044614502128934781524261354475819971812005001682586252812104857293014409579737449509572608同比％025023.867.911.88010.061.414.330.718.630.613.938.507同比％0015.176.45.563.05.158.53.433.01.428.04.138.406同比％－－23.5170.712.664.319.850.418.718.95.819.517.625.4中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP9第二部分装用基本情况断路器GIS0510152025303540452006年同比增长2007年同比增长2008年同比增长年份百分比%图1GIS和断路器同比增长趋势图中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP102.装用情况趋势分析从表1可以看出，至2008年底，组合电器装用量的年平均增长率依次为：363kV＞550kV＞252kV＞126kV＞72.5kV。敞开式断路器各电压等级依次为：550kV＞72.5kV＞126kV＞363kV＞252kV;数据表明，GIS装用量大幅增长，均在30％以上，同比，GIS的增长率远远超过了敞开式断路器。以上数据与国家电网公司集中规模采购招标相一致。第二部分装用基本情况中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP11表2近两年招标采购数量据统计，2006年集中招标采购主设备和材料总价值200亿元，其中，开关设备共52亿元，占集中招标的总数四分之一多。2007年集中招标采购主设备和材料总价值438亿元，其中，开关设备共77亿元，占集中招标的总数六分之一多。第二部分装用基本情况金额（亿元）断路器组合电器隔离和接地开关合计2008年122007年19499772006年1263452合计315543129增长率％58.3716.7－73.548.1中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP123.按区域分布的装用情况从单位装用情况看，装用量最大的省份依次是山东、江苏、北京、上海和河南，合计约占总量的52.8％。从分布区域看，华北和华东地区的装用量所占比例最高，其中，华北地区最多，占总数的41.1%，华东占27.7%。72.5kV及以上组合电器按照区域分类统计情况详见表3。表372.5kV及以上组合电器按区域分类统计表地域名称华北东北华东华中西北新源和运行公司所占比例41.1％5.5％27.7％15.7％9.3％0.7％第二部分装用基本情况中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP13第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP141.设备特点及优势1）可靠性高（1）由于GIS全部采用SF6气体绝缘技术，除进出线套管外其它元件均组合在封闭的金属壳体内，大大减少外露的带电部分，外露套管可采用高强瓷、大爬距瓷瓶，故障率低，因此GIS设备具备了运行可靠性高、环境适应能力强，耐地震能力强的特点。（2）由于在SF6气室内,设备相间及对地绝缘距离大为减少,加之设备的多种方案组合,真正实现设备的小型化、紧凑化,显著地减少占地。第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP152）实用性强（1）接线方式灵活。GIS采用模块化设计，布置方便灵活，可用于各种主接线。（2）现场安装工期短。GIS在厂内按现场情况完整装配，并进行出厂试验，整块运输或按运输单元运输，使现场安装调试工作量减少。（3）日常维护工作量少。（4）扩建灵活方便。第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP163）综合成本低，经济性好（1）GIS设备价格约为常规敞开式AIS设备价格的1.6～2.3倍之间，HGIS设备价格约为常规敞开式AIS设备价格的1.4～1.7倍之间。GIS占地面积仅为AIS设备的35％左右，HGIS设备占地面积约为60％左右。（2）GIS和HGIS设备的架台构件大幅减少，GIS设备约为常规敞开式AIS的1/5，HGIS的架台构件约为常规敞开式AIS的80%。（3）GIS和HGIS设备现场作业量约为常规敞开式AIS的50%～60%，减少了安装工期，安装费用降低。第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP172.经济性能指标GIS和HGIS设备由多个功能单元组成，全封闭结构，产品设计难度大，制造工艺复杂、加工工艺要求高，这就注定了GIS和HGIS设备较常规敞开式设备造价昂贵，表4为近年来AIS、GIS、HGIS设备的采购市场中间价。表5为AIS、GIS、HGIS主要经济性能指标比较。第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP18电压等级AISHGISGIS国产合资国产合资国产合资50054070075090010001600220180225//2653701106080//100170价格比（≈）11.31.41.71.5～1.92.1～3.0表4AIS、GIS、HGIS设备价格比较单位：万元/间隔第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP19（1）如果将国产AIS设备的价格定为1，则国产AIS、合资AIS、国产GIS、合资GIS的比例依次为(比值为各电压等级算术平均值)：1：1.3：1.7:2.6。（2）GIS设备价格是AIS设备价格的1.6～2.3倍。（3）HGIS设备价格是AIS设备价格的1.4～1.7倍。（4）合资厂GIS设备价格是国产GIS设备的1.4～1.7倍。（5）合资厂AIS设备价格基本是国产AIS设备的1.3倍。第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP20比较项目AISGISHGIS价格比11.6～2.31.4～1.7占地面积比10.350.6运行可靠性指标耐污秽能力一般最强，外露绝缘件很少较强维修停电范围主母线和非检修线路不必停电同AIS同AIS套管维护特性费时、费钱最少（仅出线套管）较少扩建工程方便性方便方便灵活、方便表5AIS、GIS、HGIS主要经济技术性能比较第三部分技术经济性分析中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP21第四部分产品的技术进步中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP221.GIS元件的标准化和模块化GIS标准化是将GCB，主母线、DS/ES、电缆头等进行模块化设计，大大减少了组件数量，较少了安装面积，装配连接标准化。2.轻型铝合金外壳外壳采用铝合金材质，较钢外壳轻约2/3，减轻了外壳重量和功率损耗，同时提高了机械强度和密封性。3.紧凑布置的三相共箱紧凑型和小型化主要体现在全三相共箱和母线共箱式结构。第四部分产品的技术进步中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP234.智能式GIS同步开断装置、选相合闸装置，状态检测诊断技术以及新型传感器的应用，使GIS向智能化迈进了一步。5.插接式电缆终端使用插接式电缆终端可将GIS安装和电缆系统安装完全分开，在电缆试验、检修时可直接将电缆终端头拔出，而不需要打开GIS气室。第四部分产品的技术进步中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP24第五部分几起典型的GIS设备故障中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP25一、北京电网220kV草桥变电站GIS故障情况1.电气主接线情况220kV草桥变电站位于北京市丰台区，为220kV负荷变电站，设计规模为4回进线，4台主变，本期投产2台250MVA变压器。正常情况下两台主变分列运行，变压器220kV侧中性点不接地。全站共4路220kV电源，分别为苑桥一、二（南苑站至草桥站）、安桥一、二线（安定站至草桥站）。如图4-1。正常方式下草桥变电站4号和5号母线分别由南苑和安定方向供电，草桥站母线联络开关2245处于断开状态。由220kV安桥二线（2212）、苑桥一线（2213）供电，苑桥二线（2211）、安桥一线（2214）为备用状态，母联2245开关断开自投运行。第五部分几起典型的GIS设备故障中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP26图4-1220kV草桥变电站电气接线示意图第五部分几起典型的GIS设备故障中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARC