一种i-AZ1H-12环保型气体绝缘金属封闭开关设备的研发.pdf

2023年第45卷第4期第16 页文章编号：10 0 5-7 2 7 7(2 0 2 3)0 4-0 0 16-0 4一种i-AZ1H-12环保型气体绝缘金属封闭开关设备的研发电气传动自动化ELECTRICDRIVE AUTOMATIONVol.45,No.42023,45(4):1619汪勇，王军，黄文辉（天水长城开关厂集团有限公司，甘肃天水7 410 0 0）摘要：六氟化硫(SF。)气体绝缘开关设备广泛应用于电力开关行业。为破解电力行业的SF.温室困境，文章探索绿色环保的SF。替代气体，研究了一种i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备（环保型C-GIS）产品，通过综合绝缘、温升、环保、电流试验关合和开断能力等多个测试维度，评估研发产品的性能。试验结果表明，i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备性能优异，符合环保型绝缘气体设备的发展要求，具有很好的应用价值和发展前景。关键词：i-AZ1H-12气体绝缘；绿色环保；C-GIS；开关设备中图分类号：TM56A Kind of i-AZ1H-12 Environmental Protection Gas Insulated MetalEnclosed Switch Equipment Research and DevelopmentWANG Yong,WANG Jun,HUANG Wenhui(Tianshui Great Wall Switch Factory Group Co.,Ltd.,Tianshui 741000,Gansu,China)Abstract:Gas Insulated Switchgear(SF6)is widely used in the power switch industry.In order to solve theproblem of SF6 greenhouse dilemma in the power industry,this article explores green and environmental protectionof SF6 alternative gas,a kind of i-AZ1H-12 gas insulated metal enclosed switchgear(environmental protection C-GIS)is studied,which can be tested in many dimensions,such as insulation,temperature rise,environmentalprotection,current test closing and breaking ability,etc.,evaluate the performance of R&D products.The testresults show that i-AZ1H-12 gas-insulated metal-enclosed switchgear has excellent performance and meets thedevelopment requirements of environment-friendly gas-insulated equipment.It has good application value anddevelopment prospect.Key words:i-AZ1H-12 gas insulation;Green environmental protection;C-GIS;Switchgear文献标志码：A在当前“碳达峰”“碳中和”的目标下1-2 ,国网、南网相继发布“双碳”行动方案，提出推动节能减排加快实施，着力降低自身碳排放水平，全面实施电网节能管理以推动电网设施与环境融合发展，实现2 0 2 5绿色制造。充气柜是一种广泛地应用于电力开关行业的气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)。在结构上将各高压元器件密封在充有绝缘气体的金属壳体内，极大地缩小了开关柜的体积和占地面积，同时高压元件被封闭在充满绝缘气体的气箱内，不易受外界环境的干扰。然而,充气柜中绝缘性能较好的六氟化硫(SF)作为六种具有温室效应的气体之一3,是导致全球变暖的重要因素，致使SF。气体的消减和替代是电力开关行业呕待解决的问题4,也是电力开关设备研究和制造领域不可推卸的责任和义务。近年来，寻找能替代SF的气体绝缘介质是国内外看重的热点课题。因此,为破解电力行业的SF。温室困境，探索绿色环保的SF。替代气体5-6 ,减少2023年第4期SF.的使用和排放，文章研究了一种i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备（环保型C-GIS)。该产品无SF。气体的应用，将完全实现中压C-GIS绿色环保，从而减少产品在生产、使用、维护、回收等环节对外界环境造成的危害。1产品介绍i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备（环保型C-GIS)是以干燥空气为绝缘介质,集标准化、模块化、智能化于一体的新一代绿色环保气体绝缘12kV三相交流50 Hz单母线及母线分段系统的户内成套配电装置。主要用于接受和分配12 kV的网络电能，并对电路实行控制保护及智能化在线监测，适用于变电站和开关站，诸如电力公司、机场、港口、轧钢厂，以及采矿业等。本产品以低压力干燥空气作为绝缘介质，替代SF气体,理化性能相对稳定,具有很高的绝缘强度，并且绿色环保。所有高压部件完全密封在接地的不锈钢外壳气箱中，避免外界环境的影响，适用于严酷的自然环境,诸如腐蚀性、潮湿、粉尘和冷凝等。可以完全防止污染和小动物进人，主回路不受海拔高度影响。1.1使用环境条件(1)环境温度：上限+40；下限-2 5；(2)海拔高度：适用于高海拔地区；(3)空气湿度：日平均相对湿度不大于9 5%，月平均相对湿度不大于9 0%；(4)饱和蒸气压：日蒸气压力平均值不大于2.2 kPa，月蒸气压力平均值不大于1.8 kPa；(5)耐受地震能力,水平加速度0.2 g;(6)周围空气没有明显的尘埃、烟、腐蚀性或可燃性气体、水蒸气或盐的污染；无严重污秽及经常性的剧烈震动；有别于正常运行环境的特殊运行环境条件，不包含在内。1.2主要技术参数i-AZ1H-12系列产品的部分主要技术参数见表1。汪勇，王军，黄文辉一种i-AZ1H-12环保型气体绝缘金属封闭开关设备的研发单位号1额定电压2额定电流3额定频率4额定短时耐受电流5额定峰值耐受电流6额定短路电流持续时间7绝缘介质8环保气体年泄漏率9气体含水率10额定充气压力（表压）11最低功能压力/报警压力（表压）试验电压12月局部放电整机局放1min工频耐相间，相对地受电压（有效值）隔离断口、真空断口kV13雷电冲击耐相间,相对地受电压峰值（峰值）隔离断口、真空断口kV柜体防护等柜体外壳14级2结构原理及特点2.1总体结构布局表1中，i-AZ1H-12系列产品设计的额定电压是12 kV，有12 50 A、2 50 0 A 和3150 A三种不同的额定电流，此处文章以额定电流12 50 A列举气体绝缘金属封闭开关设备的总体结构。如图1所示，12 50 A馈线柜结构中，开关柜主要由开关室、电缆室、二次仪表及机构室、泄压通道等组成。本产品是干燥空气气体绝缘开关柜，填充气体良好的绝缘性能及散热性使得柜体的外形尺寸大大减小，12 50 A大电流柜体尺寸小型17表1i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备(环保型C-GIS)部分主要技术参数序名称充气隔室参数kV12A1250|2500|3150Hz50kA31.5kA80S4干燥空气或氮气一0.05%uL/2500.035MPa0.02/0.025kV1.1UmpC10kV4248kV7585IP4X一IP65二次仪及机开关室电缆室图112 50 A馈线柜结构40100318电气传动自动化2023年第4期化，其柜宽仅为6 0 0，柜深150 0，柜高2 40 0，能减少建筑面积、节省空间，具有良好的经济效益2.2产品特点(1)无SF、绿色环保绝缘介质采用低压干燥空气，完全不含氟化物,其全球变暖潜能值 1；干燥空气均是空气中的自然成分，制备简单、成本低、稳定无毒不可燃；现场无需气体检测、回收及使用通风设备，节约了工程造价和设备维护费用；有效避免了SF.管控限制和碳税缴纳。(2)全绝缘、全封闭、可靠性高一次主回路全部密封在接地的不锈钢隔室中，主回路绝缘状况不受设备运行场所周围环境条件的影响；开关柜设计有可靠的泄压通道，有效确保运行人员安全；采用母线侧三工位隔离开关，通过断路器实现接地开关关合，简化一次系统，提高可靠性；采用插接式设计，现场安装和并柜快捷，无需充放气；配自主成熟的EVH3A-12真空断路器和GDS1H-12三工位隔离开关,性能稳定寿命长。（3)模块化设计、方案灵活、易于安装产品结构采用模块化设计，柜体由前柜、后柜、底框及气箱组成，适应批量生产，提高生产效率；三工位开关与断路器采用一体化的结构设计，有利于结构紧凑,方便生产。（4）大电流解决方案本产品采用顶部散热包结构、侧面加强散热结构和具有自身散热结构的接通触头支架，提升了散热能力，满足1.1倍额定电流的温升要求；额定电流可达3150 A，满足大容量开关站要求。(5)智能化在线监测配置有数字气体压力传感器和温度传感器，分别实时监测气箱内部压力和关键部位发热情况；结构上具有本地显示和远传功能，实现实时掌握设备状态并进行远程操控。3产品试验为验证i-AZ1H-12气体绝缘金属封闭开关设备(环保型C-GIS)的各项性能,文章依据表1中产品的主要技术参数，选用多种不同规格的试品（满足依据标准要求），如型号i-AZ1H-12/T1250-31.5、i-AZ1H-12/T1250-25、i-A Z1H-12/T 2 50 0-31.5和i-AZ1H-12/T3150-40，严格按照依据标准进行了全套的型式试验。3.1总体描述试验选用的试品是一个全新、干净的金属封闭开关设备，包括真空灭弧室、隔离开关、电流互感器、母线、操动机构、观察窗及所有正常运行时的其它部件，绝缘气体为干燥空气，试验过程中未更换和整修零部件，符合技术条件和试制鉴定大纲。试品型式试验的性能主要有：绝缘试验、温升试验、主回路电阻的测量、额定短时耐受和峰值耐受、电流试验关合和开断能力验证、机械操作和机械特性测量试验、防护等级检验、气体状态测量、密封试验、局部放电试验、充气隔室压力耐受试验、凝露试验、内部电弧试验（12 50-31.5,3150-40)等。此处，文章只列举了全套试验中试品i-AZ1H-12/T1250-31.5的型式试验，如表2 所示，其中包括试验项目、参数、判定标准及结果。表2 i-AZ1H-12/T1250-31.5气体绝缘金属封闭开关设备（环保型C-GIS)试验验证序试验项目号相间及对地：工频耐受电142kV 1min压试验端口:48 kV1min雷电冲击耐相间及对地：2受电压试验75kV端口:8 5kV控制和辅助回32kV1min路的绝缘试验4局部放电试验13.2kV,20pC防护等级验外壳/前门打开5证(IP代码及隔室间:IP4X/GB/T3906-20207.7.1符合的验证）IP2X;气箱:IP656 IK代码的验证IK107凝露试验主回路及接地开关：短时耐受电31.5kA4s峰值8流和峰值耐80kA受电流试验接地连接回路：27.4kA4s峰值6 9.6 kA参数GB/T3906-20207.2符合GB/T 3906-2020符合7.2.11GB/T 3906-20207.2.10GB/T3906-20207.7.2符合DL/T 593-2016 6.2.9 符合GB/T 3906-2020 7.6符合判定标准结果符合2023年第4期汪勇，王军，黄文辉一种i-AZ1H-12环保型气体绝缘金属封闭开关设备的研发19.序试验项目号9回路电阻测量1.1x2500A(试验10温升试验电流为额定电GB/T3906-20207.5符合流的1.1倍）隔离开关/接地开关DS/ES:11机械试验M1级30 0 0 次联锁检查泄漏率：0.0 5%l12密封试验气体状态测量试验充气隔室13的压力耐受试验电缆室、开关14内部电弧试验室：31.5KA0.5s,AFLR3.2试验结论分析表2 试验验证可知，依据标准GB/T3906-2020、D L/T 59 3-2 0 16 和DL/T404-2018，验证检验所获得的实验数据，符合上述检验标准及制造单位赋予试品的表1额定参数；各项型式试验项目的检验结果符合判定标准，试品的型式试验性能满足研发设备的工程应用要求，表明i-AZ1H-12环保型气体绝缘开关设备可行有效。4结论i-AZ1H-12系列环保型气体绝缘开关设备适用于三相交流50 Hz，额定电压12 kV的电气系统中，+（上接第2 9 页）2孙艺宁,黄智刚,金天,等.基于多频观测量的北斗卫星误差来源与组成检测方法J.探测与控制学报,2 0 18,40(0 2)：99-103.3杨晓杰，袁家德.一种卫星导航终端多频圆极化微带天线的设计J.微型机与应用，2 0 16,35（0 4）：6 1-6 4.【4 于祥，杨孝东，李明珠.用于卫星导航通信的多频共口径天线阵J.通信技术，2 0 2 1,54（0 9）：2 2 53-2 2 56.5李子申，王宁波，袁运斌.多模多频卫星导航系统码偏差统一定义与处理方法J.导航定位与授时,2 0 2 0,7(0 5)：10-20.6陈亮，孟海涛,展昕,等.多模多频卫星导航接收机数据是一种环保型C-GIS。该设备采用干燥空气替代传参数判定标准GB/T 3906-2020 7.4符合GB/T 3906-20207.102GB/T 3906-20207.8符合Y250L/L结果统的SF6，具有良好的绝缘性能，同时兼备绿色环保、适应性强、安全可靠、性能优良、结构合理等特点，完全适应当前国网、南网相继发布的“双碳行动方案，推动电网设施与环境的融合发展，具有很符合好的应用价值和发展前景。参考文献1张媛媛.坚持系统观念积极稳妥推进碳达峰碳中和N.中国电力报，2 0 2 2-12-12(0 0 3).GB/T 3906符合20207.103GB/T 3906-20207.106DL/T 404-20186.1052政府工作报告双碳要点解读N.中国石化报，2 0 2 2-0 3-09(002).3 JWilliam W.L.Cheung and Gabriel Reygondeau and Thomas符合L.Frolicher.Large benefits to marine fisheries of meetingthe 1.5C global warming target J.Science,2016,354(6319):1591-1594.4李学妨，史俊，刘晓波，等.环保型绝缘气体技术经济性能综合评估研究J.高压电器，2 0 2 3,59(0 2)：52-6 0,6 8.5 李兴文,赵虎.SF.替代气体的研究进展综述J.高电压技术,2 0 16,42(0 6):16 9 5-17 0 1.6张晓星，田双双，肖淞，等.SF.替代气体研究现状综述J.电工技术学报，2 0 18 33(12):2 8 8 3-2 8 9 3.作者简介：汪勇（19 7 4-），男，甘肃陇西人，天水长城开关厂集团有限公司工程师，主要研究方向：工程项目策划。收稿日期：2 0 2 2-0 2-17处理技术研究J.无线电工程，2 0 2 0,50(0 6)：46 5-46 9.7闫伟，王文旭，张奇，等.多频多模GNSS观测信息实时仿真数学模型及软件研究J.赤峰学院学报：自然科学版，2015,31(04):89.8孙岩博，薛睿,赵旦峰，等.北斗多波段多频相位测量值组合模型研究J系统工程与电子技术,2 0 17,39(10):2 17 1-2176.作者简介：杨晓杰（19 9 0-），男，福建漳州人，硕士研究生，工程师，主要从事电子与通信工程相关工作。收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 0