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干燥空气绝缘+并联真空开断 施耐德电气引领环保气体绝缘金属封闭开关新路线

供稿:施耐德电气(中国)有限公司 2020/10/16 17:20:49
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目前,全球安装的超过 3000 万套中压开关柜使用的是强效温室气体六氟化硫 (SF6)。六氟化硫的替代使用是电气开关设备朝着更加安全和环保迈出的重要一步。从固体绝缘、液体绝缘、到气体绝缘,从六氟化硫到氮气、干燥空气等,电力行业一直在寻找最佳的绝缘介质应用于开关设备。发展至今,电力行业的环保气体绝缘金属封闭开关的现状如何?有哪些创新之处?

前不久,在全国输配电技术协作网 (EPTC) 举办的“环保气体绝缘技术封闭开关设备技术专题”交流会上,EPTC开关专委会顾问委员徐勇作为主持人,与中国电力科学研究院高压所资深专家王承玉、国网安徽省电力有限公司设备部开关专责、EPTC开关专委会特邀嘉宾赵恒阳以及施耐德电气能效管理中压事业部中国研发中心高级技术专家L2爱迪生专家王刚(注:“爱迪生专家”是施耐德电气全球对研发人员授予的最高荣誉,分为L1/L2/L3三个级别,目前中国区L2专家4名)等行业人士聚集一堂,深度交流讨论关于环保气体绝缘金属封闭开关设备技术的技术和趋势。

其中,来自施耐德电气能效管理中压事业部中国研发中心的高级技术专家王刚作了“环保气体绝缘柜创新设计理念与工艺”专题发言,施耐德电气的无六氟化硫解决方案引发众人热议。

亮点一:干燥空气绝缘,兼顾大气安全和人员安全

环保气体的“环保”是针对大气环境而言。众所周知,二氧化碳长期以来被视为全球气候变暖的元凶之一,而六氟化硫 (SF6) 助长温室效应的威力是二氧化碳的 23500 倍。赵恒阳在EPTC交流会上指出:“目前一台中压六氟化硫开关柜需使用 0.3-2.0 公斤六氟化硫,长期使用和排放可能将对环境造成很大的影响。”

此外,六氟化硫气体也存在泄漏的风险。王刚在专题发言中特别指出:“开关设备里面装的气体,不管在制造、运输,还是将来的运行环节,都或多或少有可能产生气体的泄漏。气体泄漏之后,设备的维护需要人来进行,所以我们也要关注气体对人的健康的影响。我们做环保(开关柜)的目的,最终也是为了人的健康。”

正是由于以上原因,最大程度减少六氟化硫温室气体在电力行业中的排放,已成为全球共识。《京都议定书》将六氟化硫列为禁止排放的 6 种温室气体之一,而我国也相继出台一系列政策,并获得了公用事业公司的积极响应,各方合力推动电网温室气体减排和绿色发展。例如,中国国家电网公司就规定,无六氟化硫设备必须在其采购中占据一定比例。

当环保气体在开关设备中的应用成为大势所趋,相应也就带来了“兼顾大气安全和人员安全的理想绝缘气体到底为何”的问题。在这方面,施耐德电气多年来与世界知名大学和研究机构持续展开合作,王刚就合作研究成果进行了深入分享:

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CMR:致癌(Carcinogenic)、致基因突变(Mutagenic)、生殖毒性(Reproduction)

由上表可以看出,无论是以 GWP 还是以人体毒性指标来衡量,空气作为一种绝缘气体都具有独特的优势,而这也正是施耐德电气无六氟化硫解决方案的最终绝缘选择——施耐德电气经过多年研发,最终确定,我们每天都在呼吸的空气,是事实证明可行的绝缘气体。以此作为开关设备的绝缘介质,并在行业中推广普及相应技术设备,对于避免温室气体的使用,实现温室气体的“零排放”具有重大意义。

亮点二:不改变操作习惯的创新并联真空开断技术 

既然采用空气,就涉及到怎么灭弧的问题。王刚介绍施耐德电气无六氟化硫解决方案的第二大创新之处——并联真空开断 (SVI) 技术,利用真空灭弧室和空气中隔离开关的巧妙并联,带来超越传统灭弧技术的众多优势。

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从图中可以看出,应用此项技术的三工位负荷开关结构很简单,跟原来的六氟化硫负荷开关技术看起来没有任何区别。据王刚介绍,这个结构的最大好处是,就是不会改变本来客户的操作习惯——业界多年来操作三工位负荷开关,对于相关操作以及联锁已经很熟悉,所以,施耐德电气尽最大努力,以不改变操作习惯为原则进行设计。

具体而言,这一新型三工位负荷开关的操作方式与传统六氟化硫三工位开关完全相同:一次操作实现开断/隔离,第二次操作实现接地。这种可互换性允许在同一开关柜上混合使用不同技术,并在同一柜子中将六氟化硫开关替换为无六氟化硫开关;同时,将真空灭弧室与主触头并排放置的设计,也有效减少了零件数量。两大优点结合起来,提供了一种经济高效的解决方案,有利于电网以更低的成本实现技术的更新换代。

目前市场上所提供的环保气体负荷开关柜的设计大多跟断路器的架构一致,采用真空开断加隔离开关的方式,不仅造价昂贵,操作上不符合用户使用习惯,也同样因为技术架构的限制,更使得组合电器的方案无法实现,这也是我们在市场上很少看到环保气体组合电器的重要原因。而施耐德电气研发的3工位负荷开关采用的并联真空开断(SVI)技术,保留原有三工位操作习惯的同时,也能实现组合电器方案,为客户提供经济可靠的变压器保护方案。

亮点三:复合材料操作机构带来更高可靠性

除了绝缘、开断方面的创新之外,施耐德电气的创新无六氟化硫解决方案还包括新的复合材料操作机构,以确保产品具有更高的可靠性。

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王刚介绍,在潮湿、高盐雾的环境下,传统金属结构可能会产生腐蚀,增加摩擦阻力,影响机构的可靠动作。基于前期总结的这些经验,施耐德电气开发了一个新型的“复合材料机构”,使用可回收的热塑性材料制作,从而保证了产品的环保性。

在实际性能方面,由于复合材料具有自润滑性,也并不像金属会产生腐蚀,因而无需在将来的运行过程中进行施加润滑油等线路维护工作,大大降低了运维成本。不止如此,该负荷材料机构还具有良好的低温性能、超长的使用寿命以及高机械性能,在盐雾方面的表现则更是可圈可点:通过了施耐德电气所做的 500 小时盐雾试验,远超过优质产品要求的 168 小时盐雾试验。

创新技术落地,施耐德电气创新无六氟化硫中压开关柜

远超传统技术的干燥空气绝缘、并联真空开断,再加上复合材料机构带来的高度可靠性,施耐德电气凭借领先实力和创新科研,为中压开关设备开辟了兼顾绿色数字化、人员安全与成本效益的新路线。

目前,施耐德电气已经推出应用无六氟化硫技术的中压充气柜GM AirSeT,中压环网柜SM AirSeT、RM AirSeT。在强大创新技术的加持下,该系列产品不仅对环境更友好、对人体更安全,也具备传统六氟化硫设备的所有优长,如尺寸更紧凑、具有可置换性、无需回收废气、预期寿命更长等。一系列引人瞩目的闪光点,使得该产品系列在国际范围内(瑞典 E.ON 公司、新喀里多尼亚 EEC Engie 公司、法国 GreenAlp 公司)成功应用,更多次荣获国际重磅奖项及提名。

未来,随着迎战气候变化的紧迫性日益增加,电网全方位采用环保设备也将从行业共识转向全面而彻底的实际行动。施耐德电气凭借多年来的潜心探索,成为了环保开关设备领域的先行者和引路人,面对汹涌而来的全球浪潮和行业趋势,施耐德电气将沿着“无六氟化硫”新路线指明的重要方向,继续开拓前进,为电力行业的绿色可持续发展贡献更大的力量。

眼见为实,施耐德电气将携三款应用无六氟化硫技术的中压开关柜GM AirSeT,SM AirSeT、RM AirSeT亮相10月27-28日在北京举办的2020年(第四届)中国配电技术高峰论坛。步入“十四五”,作为中国配网建设的长期贡献者和支持者,施耐德电气将持续凭借绿色低碳、智能创新并融合先进数字技术的配电产品和能效管理解决方案,赋能新型能源基础设施建设,释放数字化电网无限潜力,共建青山常在、绿水长流、空气常新的美丽中国。

                        

关于施耐德电气

在施耐德电气,我们相信,获取能源并利用数字技术是人们的基本权力,我们赋能所有人对能源和资源的最大化利用,并确保每一个人,在任何时间,任何地点都能尽享Life Is On。

我们提供能源与自动化数字解决方案,以实现高效和可持续。我们将世界领先的能源技术、自动化技术、软件及服务融合于整体解决方案之中,服务于家居、楼宇、数据中心、基础设施和工业市场。

我们致力于打造有意义、包容和赋能的企业价值观,并承诺让这个开放的,全球化的,创新的生态圈释放无限可能。

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审核编辑(王妍)
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