23 电力开关设备 SF6 气体替代技术
一、技术名称:电力开关设备 SF6 气体替代技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:电力输配电行业
四、该技术应用现状及产业化情况
目前,我国电力开关设备中使用的SF6气体约在6万吨左右。无SF6 或少SF6气体绝缘开关设备,在我国40.5kV以下的充气配电开关设备领 域已经推广使用近10年,年产量大致在1000台左右,产生了极大的环 保社会效益。72.5kV无SF6或少SF6气体绝缘输电开关设备,由于技术 难度较大,能够生产的企业相对较少,目前市场推广量维持在百余台 左右。随着人们对环保日益重视与需求增加,在72.5kV及以下的输配 电开关设备中,无SF6/少SF6气体绝缘开关设备将得到广泛应用。
五、技术内容
1. 技术原理
根据不同气体压力及不同电场结构下清洁干燥空气及氮气绝缘介 质的特性以代替SF6气体的使用,并对开关设备的电场进行优化设计。 将所有高压元件都安装在密封的容器内,从而不受大气环境的影响。 断路器的设计采用了真空纵磁场灭弧技术以及模块化弹簧操动机构技 术,具有极高的可靠性和开断能力;三工位开关用于实现母线的连接、 隔离及接地,在检修、维护时提供对人员及设备的保护,在设计时采 用了直动式结构,体积小、动作可靠、指示精准。利用以上技术研制的产品可大大减少温室气体的排放;同时,设备结构紧凑,可大幅节约城市用地,具有环保、小型化、免维护、安装操作简单等特点。
2. 关键技术
(1)清洁干燥空气或氮气绝缘技术
干燥空气或氮气绝缘技术,相比于传统SF6气体绝缘,减少SF6气体的使用和排放。通过掌握绝缘优化设计逐步替代72.5kV以下开关 设备中SF6气体的使用;
(2)满足清洁干燥空气或氮气绝缘的真空断路器技术
真空灭弧技术是利用真空绝缘介质,靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路通断功能的技术。真空灭弧技术可以替代传统SF6灭弧 技术,大大减少SF6气体的使用和排放;
(3)在清洁干燥空气或氮气下使用的真空断路器固封极柱技术
通过优化设计,完成真空断路器在清洁干燥空气或氮气下使用的环氧树脂固封极柱技术,缩小设备的结构尺寸,节约用地。
3. 工艺流程
(1)72.5kV少SF6气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)结构简图 见图1。
(2)72.5kV无SF6气体绝缘金属封闭开关设备(H-GIS)结构简图 见图2。
(3)40.5kV无SF6气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)结构简图 见图3。
(4)12kV无SF6气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)结构简图 见图4。
六、主要技术指标
1、72.5kV少SF6 C-GIS,额定电压:72.5kV;额定电流:1250-2500A;额定短路开断电流:25-31.5kA。使用少量SF6气体,额 定气体压力0.02MPa。
2、72.5kV无SF6 H-GIS,额定电压:72.5kV,额定电流:2500A; 额定短路开断电流:31.5kA。使用清洁干燥空气,额定气体压力0.7MPa。
3、40.5kV无SF6 C-GIS,电压等级:40.5kV,额定电流:1250-2500A,额定短路开断电流:31.5kA,使用清洁干燥空气或者氮 气,额定气体压力0.13MPa。
4、12kV无SF6 C-GIS,额定电压:12kV,额定电流:630-3150A, 额定短路开断电流31.5-40kA,使用清洁干燥空气或氮气,额定气体压 力0.02-0.05MPa。
七、技术鉴定情况
1、 72.5kV 少 SF6 气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)分别于 2009 年 3 月及 2013 年 5 月在机械工业高压电器产品质量检测中心通过全部 型式试验。
2、72.5kV 无 SF6 气体绝缘金属封闭开关设备(H-GIS)于 2014 年4 月在机械工业高压电器产品质量检测中心通过全部型式试验。
3、 40.5kV 无 SF6 气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)分别于 2010 年 8 月及 2013 年 7 月在机械工业高压电器产品质量检测中心通过全部 型式试验。
4、 12kV 无 SF6 气体绝缘金属封闭开关设备(C-GIS)分别于 2014 年 3 月及 2014 年 7 月在机械工业高压电器产品质量检测中心通过全部 型式试验。
上 述 系 列 产 品 均 已 通 过 省 级 新 品 技 术 鉴 定 , 满 足 GB/T11022 , GB1985,GB1984,GB3906,GB7674,DL/T593 等相关产品标准,并 获得 9 项国家发明专利,34 项实用新型专利。
八、典型用户及投资效益
典型用户:发电、输配电、石油石化、大型工矿企业等。
典型案例 1
案例名称:大兴安岭金欣矿业有限公司 66kV 变电所项目
建设规模:8 台户内 72.5kV 充气开关设备。建设条件:新建 72.5kV变电所工程主要建设内容:72.5kV 环保气体绝缘金属封闭开关设备 8 台的应用。主要设备:8 台 72.5/1600-25 型环保气体绝缘金属封闭开 关设备(C-GIS)。项目总投资 400 万元,建设期为 3 个月。项目年减排 量约 348tCO2,产品寿命周期 30 年。碳减排成本为 3000~6000 元/tCO2。
典型案例 2
案例名称:黄河水电龙羊峡水光互补光伏电站项目
建设规模:34 台 40.5kV 充气开关设备。建设条件:新建 40.5kV
变电所工程。主要建设内容:40.5kV 环保气体绝缘金属封闭开关设备34台的应用。主要设备:34 台 40.5/1250-31.5 型环保气体绝缘金属封 闭开关设备(C-GIS)。项目总投资 530 万元,建设期为 5 个月。项目年 减排量约 169tCO2,产品寿命周期 30 年。碳减排成本为 3000~6000 元/tCO2。
九、推广前景和减排潜力
预计未来 5 年,12kV 至 72.5kV 系列产品推广比例可达 30%及以 上,按照 30 年使用寿命计算,未来可形成的年碳减排能力约 150 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理