智能环保气体绝缘环网柜关键技术的研发

发表时间2017-06-12 访问量:45623次

项目背景与意义

气体绝缘当前主要是SF6气体,有一部分SF6与N2或CO2的混合气体,还有一部分使用干燥压缩空气,均已大规模应用。SF6气体化学性质非常稳定,具有优异的绝缘和灭弧性能,在电力设备中应用十分广泛。 SF6气体绝缘开关设备的体积小、结构紧凑、不受外界环境因素的影响、适应性极强。但是,SF6气体是国际公认六种温室气体之一,从环境保护的角度应当少用或不用SF6气体;另外《联合国气候变化公约》和《京都议定书》对温室气体排放均有明确的限制要求和减排目标。我国作为签约国,在减少温室气体排放方面也承担着义不容辞的责任与义务,因此,国内SF6气体的排放会受到越来越多的约束,逐步减少SF6气体排放是国际社会的共识。另外,开关设备的SF6气体泄漏也是一个不可回避的现实问题。长期以来,对高电压主回路加绝缘隔板、用绝缘材料包覆、固封及采取局部屏蔽等措施以提高产品绝缘性能的复合绝缘技术得到长足发展,可减少空气绝缘的开关设备体积较大、占地面积多、易受环境影响方面的不足。目前,环网柜产品的复合绝缘有空气为主的复合绝缘、SF6气体为主的复合绝缘。

由于六氟化硫(SF6)气体被定为受限制的温室气体,因而在中高压开关行业,或尽量减少六氟化硫(SF6)气体的用量和排放量,或采用其他介质取代六氟化硫(SF6)气体。本项目中的产品经过技术创新,采用环保气体氮气(N2)作为主绝缘介质,不用或少用具有温室效应而被限止排放的六氟化硫(SF6)温室气体。

六氟化硫(SF6)气体是一种温室效应很强的气体,其一个分子对温室效应的影响为二氧化碳(CO2)分子的23900倍,而其排放在大气中的六氟化硫(SF6)气体非常稳定,约3200年才能被分解或吸收。

 以平均每台开关使用2公斤六氟化硫(SF6)气体估算,在电网中装备10套使用六氟化硫的充气开关柜,相当于驾驶汽车行驶357500公里。由此可见,本项目中主绝缘介质氮气(N2)的使用,不仅从开关领域绝缘气体的取代上迈出了关键的一步,而且对整个大气环境的改善是一个重大的创举,社会效益十分显著。

 产业化状况

国外环保气体绝缘环网柜以日本东芝和美国伊顿的技术为代表,早在1999年就开始研究,并不断有产品推出市场。另外,韩国、施耐德、维益埃等公司也在中国市场推出了自己的产品。

 国内环保气体绝缘环网柜的发展按时间段可分为二个阶段,第一阶段是从2005年-2010年,该阶段是环保气体绝缘环网柜的起步阶段,开展产品技术研究和生产的企业不多,产品结构复杂,工艺水平不高。 

 第二阶段是从2011年-2014年,该阶段是国内环保气体绝缘环网柜快速发展的时期,制造企业、产品工艺、技术水平、外部环境都发生了很大的改变。主要特点有以下几方面:

 ⑴ 生产企业显著增多,市场竞争加剧;由原来的5家增 加到40多家,但具有自主研发能力的企业不多,大部分企业是靠技术转让或联合设计获得产品技术。 

 ⑵ 产品结构、工艺彻底发生改变;第一阶段企业研制的产品根据技术发展和工艺水品提高,产品由第一代升级到第二代或第三代,产品工艺水品和可靠性显著提高。

 ⑶ 企业间的联合研制体增多。 

 ⑷ 新技术在产品中的应用增多;三工位真空隔离/接地开关技术、真空灭弧室真空度在线监测和温度、局放在线监测技术、绝缘模块表面金属化技术在产品中得以实施,并有相关产品挂网运行。 

 ⑸ 外部发展环境的变化。

 市场需求

 在高压电器技术领域中,环保气体绝缘全封闭环网柜是最常用的一种三相交流智能环保气体绝缘柜,并且广泛应用于各种成套开关设备中,随着国内人口集中化,电力市场必须配套,环保气体绝缘开关设备也随着市场的开发,需求量也将越来越大;2014年需求量已经超过5000台。预计到2020年国内对此类断路器的需求量不低于10万台,因而市场潜力还有待开发。同时由于产品汇集了数据采集和控制、数据处理和存储、开关设备在线监测和高级分析等多功能于一体,对配电网进行在线智能化监控与管理,使配电网络运行于安全、可靠、优质、高效的最佳状态,实现对电力系统配电网络的远程监测、控制、管理,实现了电网优化、用电安全、电能管理、节能降耗的需求;系统同时可广泛应用于交通、工厂、医院、学校、建筑、住宅小区及商用写字楼等智能配电领域。2010-2020年智能变电站建设将带来1500亿元以上的市场需求。目前全国共有110kv以上变电站超过23000座,2005-2009年变电站数量的年均增长率约为7%,我们按5%的保守增长率假设,到2020年,全国110kv以上变电站将达到32000座以上,而我们预计到2020年甚至2015年,全部重点变电站将实现智能化改造,预计将带来总计1500亿元以上的市场需求。智能电网的建设这也为智能环保气体绝缘环网柜带来了巨大的市场契机,由此可见本项目的市场前景非常广阔。

 深度融合的智能部件

 在电力系统方面,当前我国实行的是鼓励智能电网建设的政策。可是在全国很多地方,包括某些经济发达地区,都有着认为越简单就越实用、安全的传统观念,对配电网的操作以手动控制模式为主,然而配网的自动化改造是适应潮流发展的大趋势,充气环网柜的手动与电动结构完全不一样,将手动模式改为电动模式极为困难,目前众多的充气SF6环网柜均无法适应配网自动化改造的需要。与传统观点相对的,环保气体环网柜从设计阶段就已经考虑到了这方面的问题,制造出的产品具有智能性特点,在现场就可以根据用户的需求引接PT电源。

 用户通常担心的电缆头温度过高、能否在线监测等问题都得到了解决,环网柜的电缆接头实现了在线监测,能够传达给用户一个准确的现场温度值,而且数据能达到控制终端,及时为用户解决实用性的问题。另外环保气体环网柜采用了三工位负荷开关,能够瞬时分断,为多级配网自动化提供了保障。

 另外,采用专用的电压互感器取电,给操作机构和FTU提供电源和测量保护电压信号。并安装专用的蓄电池和充电模块保证操作电源和FTU的不断供电,并可实现远程自动化控制。

 为了将环保气体绝缘环网柜实现智能化,将智能组件集成到环保气体绝缘环网柜中,智能组件与环保气体绝缘环网柜之间通过传感器和控制器构成一个有机的整体,即构成智能环保气体绝缘环网柜。

 智能环保气体绝缘环网柜作为发电厂、变电站中的重要设备,起着关合及开断电力的作用,用来实现输送及倒换电力负荷、以及从电力系统退出故障设备和线段,从而保证电力系统安全运行。智能环保气体绝缘环网柜智能组件是根据我国智能电网建设要求,针对智能环保气体绝缘环网柜运行管理中存在的安全隐患,进行有效监测和控制而研究开发的全新系统,它集影响智能环保气体绝缘环网柜安全运行关键数据的在线监测、分析和判断、智能操控、可视化等功能于一体,实现了较高水平的技术跨越。

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