35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化的若干問題
瀏覽次數(shù):3492發(fā)布日期:2010-01-24
35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化的若干問題
35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
1982年西門子公司在漢諾威展覽會上展出了8DA10/8DB10型配真空斷路器的SF6氣體絕緣開關(guān)設(shè)備。之后,國外許多制造公司紛紛效仿,各自開發(fā)了自己的產(chǎn)品。不同的充氣柜結(jié)構(gòu)形式差別很大:一種是鋁筒封閉式,一種是鋼板封閉式。前者外形象高壓SF6封閉式組合電器,后者外形象一般空氣絕緣的開關(guān)柜。鋼板封閉式與鋁筒封閉式相比,具有較低的成本、較好的環(huán)境協(xié)調(diào)性和適應(yīng)性,更容易被用戶所接受。就35kV電壓等級而言,目前出現(xiàn)較多的主要有:ABB公司的ZV2、ZX2,SEIMENS公司的NXPLUS,ALOSTOM公司的WS,三菱公司的30-GX等,額定電流zui大到2500A,額定短路開斷電流一般為25或31.5kA ,有個別公司達(dá)到40kA,依據(jù)額定電流大小,寬度尺寸一般為600mm或800mm。隨著計算機技術(shù)、傳感技術(shù)的不斷發(fā)展,國外C-GIS已在智能化方面取得較大突破,可靠性、安全性進(jìn)一步得到提高。
我國柜式充氣柜的研發(fā)起步較晚,上世紀(jì)90年代,一些科研院所和部分企業(yè)開始了C-GIS的研制工作,到本世紀(jì),有更多的企業(yè)參加進(jìn)來,研發(fā)方向主要集中在35kV電壓等級產(chǎn)品。除一些合資企業(yè)直接引進(jìn)母公司技術(shù)組裝生產(chǎn)外,大部分C-GIS生產(chǎn)廠家都是采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn),還無法掌握其核心技術(shù)。目前只有以西安高壓電器研究所為代表的少數(shù)單位自主研發(fā),完成了型式試驗,有個別生產(chǎn)廠家通過了產(chǎn)品鑒定。國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)一般額定電流為1250A,額定短路開斷電流為25kA ,寬度尺寸一般為800mm。國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計中大量采用*技術(shù),產(chǎn)品的技術(shù)水平基本達(dá)到了同類產(chǎn)品*水平。但是,由于制造工藝等原因,大部分生產(chǎn)廠家還是停留在生產(chǎn)摸索階段,還無法向用戶提供滿意的產(chǎn)品。
35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化過程中存在問題
由于充氣柜市場的“蛋糕”十分誘人,國內(nèi)企業(yè)紛紛加入到充氣柜的研發(fā)中來,希望通過35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的產(chǎn)品研制來調(diào)整企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。或者引進(jìn)產(chǎn)品,或者是合作生產(chǎn),或者是自己研制。35kVC-GIS產(chǎn)品既不同于高壓GIS,也不同于常規(guī)空氣絕緣的開關(guān)柜,開發(fā)難度大、周期長、需要花費大量的人力、物力和財力,國產(chǎn)化的進(jìn)程速度緩慢。無論采用何種方式,企業(yè)都必須要有明確自身定位,都必須要認(rèn)真思考一些問題,有利于減少35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化過程中的失誤。
1.慎重選擇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式。
C-GIS產(chǎn)品都采取了簡化的一次主接線方式,從母線連接技術(shù)來分,大致有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是氣體絕緣母線,安裝時必須在現(xiàn)場充氣;另一種為固體絕緣母線,目前一般都采用了插接式母線技術(shù),利用界面絕緣來實現(xiàn)柜與柜之間主母線的連通,現(xiàn)場不需要充氣。
兩種方式各有優(yōu)缺點:*種方式由于現(xiàn)場涉及到氣體處理,需要專門的抽真空、充氣設(shè)備,給安裝帶來不便,同時也受安裝環(huán)境的限制,有可能導(dǎo)致灰塵、導(dǎo)電微粒等雜質(zhì)進(jìn)入氣室中,影響開關(guān)設(shè)備的絕緣性能;第二種方式雖避免了上述問題,但也帶來新問題。界面絕緣只要配合(一般要保證0.2MPa的接觸壓力),長期運行應(yīng)該是很可靠的,但是,運用到35kV柜與柜之間的連接上來,似乎顯得不可靠。*,開關(guān)設(shè)備箱體體的焊接肯定存在一定的變形,對于3mm或4mm不銹鋼板的焊接,變形比普通碳鋼板大,變形的存在影響了柜間連接的尺寸精度;開關(guān)柜的安裝地平也存在誤差(一般技術(shù)條件規(guī)定為小于1mm/m,實際制作的地平還達(dá)不到這個要求);兩種因素的綜合作用無法有效保證界面絕緣的均勻性、可靠性,界面接觸的不均勻還會加速硅橡膠的老化。有些產(chǎn)品也曾做了一些防范措施如預(yù)制開關(guān)柜安裝地基,減小安裝地平誤差對絕緣的影響,但效果并不理想。筆者曾多次碰到由于制造誤差、安裝誤差導(dǎo)致氣體絕緣開關(guān)設(shè)備界面絕緣破壞的現(xiàn)象。
主母線的連接型式?jīng)Q定了C-GIS的總體結(jié)構(gòu),制造企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)以前要慎重選擇。如何揚長避短,設(shè)計出用戶滿意的產(chǎn)品。
2.重視C-GIS產(chǎn)品設(shè)計中的電場分布。
35kV氣體絕緣開關(guān)設(shè)備中通常使用低壓力的SF6氣體為絕緣介質(zhì)。SF6氣體絕緣主要使用的是稍不均勻電場,電場的不均勻程度對SF6氣體擊穿電壓的影響較大,因此,在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時要采取各種措施避免電場不均勻的負(fù)面影響。
SF6氣體中絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計通常采用經(jīng)驗公式估算、理論分析計算與試驗相結(jié)合的方法。尤其要重視試驗,通過試驗,不斷修正電場分布,達(dá)到理想的絕緣效果。絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計要特別注意以下幾個方面:
(1) 單純拉大電極之間的間隙距離,提高的擊穿電壓值有限。隨著電極距離的拉大,電場不均勻程度也增加,擊穿電壓的增加愈來愈慢。更重要的是如何改善氣室內(nèi)電場分布。
(2) 充分發(fā)揮固體絕緣介質(zhì)的優(yōu)勢,有效減小絕緣結(jié)構(gòu)的尺寸。由于固體絕緣介質(zhì)擊穿強度比SF6氣體高,設(shè)計時應(yīng)使固體介質(zhì)承受較高電場強度,而氣體和固體絕緣表面承受較低的電場強度??梢圆捎脙?nèi)置屏蔽電極,改變場強分布的辦法來實現(xiàn)。
(3) 特別注意三重物質(zhì)接觸點的作用。固體絕緣、電極、氣體三者交界部位,由于介電常數(shù)的不同,容易引起介電常數(shù)小的一側(cè)電場強度升高,發(fā)展為沿面閃絡(luò)。電極與固體絕緣接觸部位,容易形成楔形氣隙,導(dǎo)致局部場強升高。三重點部分絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中,固體絕緣表面形狀設(shè)計要合理,盡量使局部電場強度升高人為控制在專門設(shè)計的凹坑內(nèi),電極形狀與加工光潔度也要修正。
3. 特別關(guān)注C-GIS產(chǎn)品制造工藝。
制造工藝是影響C-GIS產(chǎn)品的質(zhì)量與水平的zui重要的方面,國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品的差距也主要體現(xiàn)在工藝上。因此在產(chǎn)品的開發(fā)決策時,就必須考慮配套的工藝。C-GIS產(chǎn)品中,必須考慮的工藝有:
(1) 箱體的焊接工藝。
C-GIS產(chǎn)品箱體的焊接是影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵工序,焊接既要保證箱體的強度和精度,又要保證氣密性。國內(nèi)一般采用的是氬弧焊或氣體保護(hù)焊,由于不銹鋼板傳熱很快,即使是在焊接夾具中完成全部焊接,總存在焊接變形,焊接變形的存在對密封表面、裝配調(diào)試產(chǎn)生不利的影響,焊接的氣密性也得不到有效保證。國外企業(yè)大多采取了更為*的激光焊接方式。激光焊接方式有利于減小焊接變形,降低人為因素造成的焊接缺陷,適合規(guī)?;a(chǎn)。但是,激光焊接對箱體的結(jié)構(gòu)形式、不銹鋼板材下料精度、焊接夾具設(shè)計提出了更高要求。C-GIS產(chǎn)品國產(chǎn)化過程中,國內(nèi)企業(yè)應(yīng)更多地加以關(guān)注。
(2) 產(chǎn)品的加工、裝配工藝。
首先要建立嚴(yán)格的加工工藝。電極的表面形狀和光潔度、箱體的焊渣、表面劃傷與加工部件的毛刺、尖角對氣體的絕緣特性影響很大,密封面的加工精度和表面光潔度對密封的可靠性影響較大,操動機構(gòu)零部件的加工質(zhì)量也直接影響操動機構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性。只有建立嚴(yán)格的加工工藝流程,才能真正保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
其次,要建立嚴(yán)格的裝配工藝。C-GIS產(chǎn)品裝配的總的要求是:潔凈的環(huán)境、規(guī)范的操作。潔凈的環(huán)境要求裝配場所密閉,實現(xiàn)溫度、濕度、氣壓可調(diào),實行防塵管理;規(guī)范的操作要求裝配的每個環(huán)節(jié)按工藝要求進(jìn)行,如零部件裝配前的清洗、干燥、存放,潤滑脂、導(dǎo)電脂、密封脂的使用,不同作用的螺栓的緊固力矩等,都必須按規(guī)定要求進(jìn)行。這樣,才能真正保證產(chǎn)品質(zhì)量。
(3) 產(chǎn)品的檢測工藝,尤其是泄漏率的檢測。
C-GIS的裝配是一個復(fù)雜的過程,必須在裝配的每一個環(huán)節(jié)設(shè)置檢測手段,確保裝配后產(chǎn)品質(zhì)量,減少返工,尤其是對箱體等半成品的過程檢漏。焊接箱體的檢漏通常采用的方法有水浸法、涂抹肥皂泡等方法,但這些方法無法定性檢測出漏氣的程度,對半成品也難于作出合格與否的判定。目前比較好的方法是采用氦質(zhì)譜檢漏的方法,利用對氦氣非常敏感的傳感器的傳感,定性定量檢測漏氣情況,以便及時采取糾正措施。檢測判定的數(shù)據(jù)可以由產(chǎn)品的年漏氣率反推得出。