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乾燥空氣絕緣+並聯真空開斷 施耐德電氣引領環保氣體絕緣金屬封閉開關新路線

供稿:施耐德電氣(中國)有限公司 2020/10/16 17:20:49
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目前,全球安裝的超過 3000 萬套中壓開關櫃使用的是強效温室氣體六氟化硫 (SF6)。六氟化硫的替代使用是電氣開關設備朝着更加安全和環保邁出的重要一步。從固體絕緣、液體絕緣、到氣體絕緣,從六氟化硫到氮氣、乾燥空氣等,電力行業一直在尋找最佳的絕緣介質應用於開關設備。發展至今,電力行業的環保氣體絕緣金屬封閉開關的現狀如何?有哪些創新之處?

前不久,在全國輸配電技術協作網 (EPTC) 舉辦的“環保氣體絕緣技術封閉開關設備技術專題”交流會上,EPTC開關專委會顧問委員徐勇作為主持人,與中國電力科學研究院高壓所資深專家王承玉、國網安徽省電力有限公司設備部開關專責、EPTC開關專委會特邀嘉賓趙恆陽以及施耐德電氣能效管理中壓事業部中國研發中心高級技術專家L2愛迪生專家王剛(注:“愛迪生專家”是施耐德電氣全球對研發人員授予的最高榮譽,分為L1/L2/L3三個級別,目前中國區L2專家4名)等行業人士聚集一堂,深度交流討論關於環保氣體絕緣金屬封閉開關設備技術的技術和趨勢。

其中,來自施耐德電氣能效管理中壓事業部中國研發中心的高級技術專家王剛作了“環保氣體絕緣櫃創新設計理念與工藝”專題發言,施耐德電氣的無六氟化硫解決方案引發眾人熱議。

亮點一:乾燥空氣絕緣,兼顧大氣安全和人員安全

環保氣體的“環保”是針對大氣環境而言。眾所周知,二氧化碳長期以來被視為全球氣候變暖的元兇之一,而六氟化硫 (SF6) 助長温室效應的威力是二氧化碳的 23500 倍。趙恆陽在EPTC交流會上指出:“目前一台中壓六氟化硫開關櫃需使用 0.3-2.0 公斤六氟化硫,長期使用和排放可能將對環境造成很大的影響。”

此外,六氟化硫氣體也存在泄漏的風險。王剛在專題發言中特別指出:“開關設備裏面裝的氣體,不管在製造、運輸,還是將來的運行環節,都或多或少有可能產生氣體的泄漏。氣體泄漏之後,設備的維護需要人來進行,所以我們也要關注氣體對人的健康的影響。我們做環保(開關櫃)的目的,最終也是為了人的健康。”

正是由於以上原因,最大程度減少六氟化硫温室氣體在電力行業中的排放,已成為全球共識。《京都議定書》將六氟化硫列為禁止排放的 6 種温室氣體之一,而我國也相繼出台一系列政策,並獲得了公用事業公司的積極響應,各方合力推動電網温室氣體減排和綠色發展。例如,中國國家電網公司就規定,無六氟化硫設備必須在其採購中佔據一定比例。

當環保氣體在開關設備中的應用成為大勢所趨,相應也就帶來了“兼顧大氣安全和人員安全的理想絕緣氣體到底為何”的問題。在這方面,施耐德電氣多年來與世界知名大學和研究機構持續展開合作,王剛就合作研究成果進行了深入分享:

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

由上表可以看出,無論是以 GWP 還是以人體毒性指標來衡量,空氣作為一種絕緣氣體都具有獨特的優勢,而這也正是施耐德電氣無六氟化硫解決方案的最終絕緣選擇——施耐德電氣經過多年研發,最終確定,我們每天都在呼吸的空氣,是事實證明可行的絕緣氣體。以此作為開關設備的絕緣介質,並在行業中推廣普及相應技術設備,對於避免温室氣體的使用,實現温室氣體的“零排放”具有重大意義。

亮點二:不改變操作習慣的創新並聯真空開斷技術 

既然採用空氣,就涉及到怎麼滅弧的問題。王剛介紹施耐德電氣無六氟化硫解決方案的第二大創新之處——並聯真空開斷 (SVI) 技術,利用真空滅弧室和空氣中隔離開關的巧妙並聯,帶來超越傳統滅弧技術的眾多優勢。

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從圖中可以看出,應用此項技術的三工位負荷開關結構很簡單,跟原來的六氟化硫負荷開關技術看起來沒有任何區別。據王剛介紹,這個結構的最大好處是,就是不會改變本來客户的操作習慣——業界多年來操作三工位負荷開關,對於相關操作以及聯鎖已經很熟悉,所以,施耐德電氣盡最大努力,以不改變操作習慣為原則進行設計。

具體而言,這一新型三工位負荷開關的操作方式與傳統六氟化硫三工位開關完全相同:一次操作實現開斷/隔離,第二次操作實現接地。這種可互換性允許在同一開關櫃上混合使用不同技術,並在同一櫃子中將六氟化硫開關替換為無六氟化硫開關;同時,將真空滅弧室與主觸頭並排放置的設計,也有效減少了零件數量。兩大優點結合起來,提供了一種經濟高效的解決方案,有利於電網以更低的成本實現技術的更新換代。

目前市場上所提供的環保氣體負荷開關櫃的設計大多跟斷路器的架構一致,採用真空開斷加隔離開關的方式,不僅造價昂貴,操作上不符合用户使用習慣,也同樣因為技術架構的限制,更使得組合電器的方案無法實現,這也是我們在市場上很少看到環保氣體組合電器的重要原因。而施耐德電氣研發的3工位負荷開關採用的並聯真空開斷(SVI)技術,保留原有三工位操作習慣的同時,也能實現組合電器方案,為客户提供經濟可靠的變壓器保護方案。

亮點三:複合材料操作機構帶來更高可靠性

除了絕緣、開斷方面的創新之外,施耐德電氣的創新無六氟化硫解決方案還包括新的複合材料操作機構,以確保產品具有更高的可靠性。

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王剛介紹,在潮濕、高鹽霧的環境下,傳統金屬結構可能會產生腐蝕,增加摩擦阻力,影響機構的可靠動作。基於前期總結的這些經驗,施耐德電氣開發了一個新型的“複合材料機構”,使用可回收的熱塑性材料製作,從而保證了產品的環保性。

在實際性能方面,由於複合材料具有自潤滑性,也並不像金屬會產生腐蝕,因而無需在將來的運行過程中進行施加潤滑油等線路維護工作,大大降低了運維成本。不止如此,該負荷材料機構還具有良好的低温性能、超長的使用壽命以及高機械性能,在鹽霧方面的表現則更是可圈可點:通過了施耐德電氣所做的 500 小時鹽霧試驗,遠超過優質產品要求的 168 小時鹽霧試驗。

創新技術落地,施耐德電氣創新無六氟化硫中壓開關櫃

遠超傳統技術的乾燥空氣絕緣、並聯真空開斷,再加上覆合材料機構帶來的高度可靠性,施耐德電氣憑藉領先實力和創新科研,為中壓開關設備開闢了兼顧綠色數字化、人員安全與成本效益的新路線。

目前,施耐德電氣已經推出應用無六氟化硫技術的中壓充氣櫃GM AirSeT,中壓環網櫃SM AirSeT、RM AirSeT。在強大創新技術的加持下,該系列產品不僅對環境更友好、對人體更安全,也具備傳統六氟化硫設備的所有優長,如尺寸更緊湊、具有可置換性、無需回收廢氣、預期壽命更長等。一系列引人矚目的閃光點,使得該產品系列在國際範圍內(瑞典 E.ON 公司、新喀里多尼亞 EEC Engie 公司、法國 GreenAlp 公司)成功應用,更多次榮獲國際重磅獎項及提名。

未來,隨着迎戰氣候變化的緊迫性日益增加,電網全方位採用環保設備也將從行業共識轉向全面而徹底的實際行動。施耐德電氣憑藉多年來的潛心探索,成為了環保開關設備領域的先行者和引路人,面對洶湧而來的全球浪潮和行業趨勢,施耐德電氣將沿着“無六氟化硫”新路線指明的重要方向,繼續開拓前進,為電力行業的綠色可持續發展貢獻更大的力量。

眼見為實,施耐德電氣將攜三款應用無六氟化硫技術的中壓開關櫃GM AirSeT,SM AirSeT、RM AirSeT亮相10月27-28日在北京舉辦的2020年(第四屆)中國配電技術高峯論壇。步入“十四五”,作為中國配網建設的長期貢獻者和支持者,施耐德電氣將持續憑藉綠色低碳、智能創新並融合先進數字技術的配電產品和能效管理解決方案,賦能新型能源基礎設施建設,釋放數字化電網無限潛力,共建青山常在、綠水長流、空氣常新的美麗中國。

                        

關於施耐德電氣

在施耐德電氣,我們相信,獲取能源並利用數字技術是人們的基本權力,我們賦能所有人對能源和資源的最大化利用,並確保每一個人,在任何時間,任何地點都能盡享Life Is On。

我們提供能源與自動化數字解決方案,以實現高效和可持續。我們將世界領先的能源技術、自動化技術、軟件及服務融合於整體解決方案之中,服務於家居、樓宇、數據中心、基礎設施和工業市場。

我們致力於打造有意義、包容和賦能的企業價值觀,並承諾讓這個開放的,全球化的,創新的生態圈釋放無限可能。

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審核編輯(王妍)
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