Газовая изоляция (ГИС)
Газоизолированное распределительное устройство с металлическим покрытием по своей сути следует критериям новой конструкции подстанции и обеспечивает более высокую надежность и гибкость, чем другие решения. Из-за конструкции, защищенной газом, ГИС является наиболее подходящим решением для внутренних и подземных подстанций.
Руководство по проектированию подстанции с газовой изоляцией (ГИС) (фото: siemens.com)
На наружных и гибридных подстанциях занятая площадь значительно сокращается за счет использования технологии ГИС !
Конфигурации ГИС могут быть применены к устройствам любых типов шин:
- Отдельная сборная шина,
- Двойная сборная шина,
- Отдельная шина с транспортной шиной,
- Двойная шина с двойным выключателем,
- Половинная схема выключателя и
- Кольцевая шина.
Подробнее о коммутационных конфигурациях вы можете прочитать здесь. На рисунке 2 показана компоновка ГИС-подстанции на основе однострочной диаграммы на рисунке 1.
Рисунок 1 - Одиночная диаграмма двойной сборной шины
На рисунке 2 можно заметить, как компактная конструкция ГИС значительно уменьшает площадь подстанции (не менее 70%) по сравнению с той же конфигурацией АИС! Этот факт позволяет ГИС стать выбором предпочтений для внутренней и подземной подстанции.
Рисунок 2 - Схема двойной сборной шины GIS
Для лучшего внешнего вида подземная ГИС-подстанция может быть спроектирована с эстетическим видом, скрывающим ее присутствие. Существование подстанции может быть спроектировано таким образом, что ее даже не можно распознать, как показано в примере на рисунке 2.
Рисунок 3 - Обзор подземной ГИС-подстанции (фото-кредит: АББ)
ГИС выполняет ту же функцию, что и AIS. Компактный и металлический дизайн ГИС имеет выдающиеся преимущества и лучшую производительность, чем AIS. Однако высокие первоначальные инвестиции являются ключевым препятствием в расширении применения ГИС.
В отдаленной или сельской местности, в промышленных районах или в развивающихся странах АИС по-прежнему остается лучшим выбором. В местах, где стоимость земли или стоимость земляных работ высока, или где ландшафты не могут быть нарушены АИС, решение заключается в использовании подземных или внутренних ГИС.
Различные типы подстанций имеют разные преимущества, которые исходят от его компонентов и конструкции. Характеристики ГИС и АИС приведены в следующей таблице.
Проектная характеристика ГИС и АИС
| Характеристики | Распределительные устройства с воздушной изоляцией | Газоизолированное распределительное устройство | ||
| АИС | Мертвый бак | ЕГО | ГИС | |
| Тип установки | на открытом воздухе | на открытом воздухе | на открытом воздухе | В помещении |
| Автоматический выключатель с металлическим корпусом | - | Икс | Икс | Икс |
| Металлоинкапсулированный разъединитель | - | - | Икс | Икс |
| Металлический заземляющий переключатель | - | - | Икс | Икс |
| Шинный | Изолированные | Изолированные | Изолированные | Газоизолированный |
| Силовой трансформатор с элегазовой изоляцией | - | - | Икс | Икс |
| SF6 изолированный трансформатор напряжения | - | - | Икс | Икс |
| Прямой кабель или выход SF6 / масло | - | - | Икс | Икс |
Из таблицы можно увидеть разницу в конструктивных характеристиках. Как можно заметить, предполагается, что проекты ГИС должны применяться, когда желательны один или несколько из следующих признаков:
- Ограниченное пространство,
- Крайние условия окружающей среды,
- Требуемое низкое воздействие на окружающую среду и
- Меньше обслуживания.
Низкий уровень отказов ГИС также является заметным преимуществом. Но время отключения (56 часов), двойное время отключения AIS (25 часов), является одним из недостатков.
Экономика - Сравнение стоимости жизненного цикла (LCC)
Что касается экономики, первоначальные капиталовложения недостаточны для оценки всего проекта подстанции. Необходимо учитывать стоимость жизненного цикла (LCC), включая основные затраты на оборудование, стоимость обслуживания, стоимость эксплуатации, затраты на отключение и затраты на удаление.
Сравнение LIS AIS и GIS выглядит следующим образом:
1. Первичное оборудование
Первичное оборудование для первичного оборудования, ГИС дороже, чем AIS. Однако цена вспомогательного оборудования, такого как поддержка, проводники, земля, установка, контроль, защита и мониторинг, может привести к разнице в стоимости между двумя системами, которые являются малыми.
Рисунок 4 - Необходимая площадь подстанции ГИС и АИС (фото: Асиф Экбал, менеджер Alstom Grid)
2. Техническое обслуживание
Частота отказа выключателя и разъединителя в ГИС составляет одну четверть от уровня AIS и одна десятая в случае сборной шины, поэтому стоимость обслуживания ГИС меньше, чем стоимость AIS на протяжении всей жизни.
3. Эксплуатационная стоимость
Стоимость обслуживания ГИС и АИС должна быть эквивалентной. Стоимость обучения в ГИС выше, чем в АИС.
4. Исходящие издержки
Поскольку уровень отказов ГИС ниже, стоимость отключения АИС должна быть больше.
5. Стоимость утилизации
Стоимость снятия с эксплуатации и утилизации после использования должна быть капитализирована. Следует учитывать стоимость будущих расходов.
Общий вывод о преимуществах LCC AIS и GIS не может быть легко достигнут. Следовательно, это может быть определено только в конкретном проекте. Пример ниже иллюстрирует сравнение LCC. В этом примере ГИС и АИС используют H-конфигурацию с тремя автоматическими выключателями.
На рисунке 4 показана конструкция решений AIS и GIS.
Рисунок 4 - Решения ГИС и АИС в H-конфигурации
Таблица 2 - Оценка ЛСС АИС и ГИС (на основе расчета, проведенного коммунальным предприятием)
| Стоимость жизненного цикла |
Подстанция с воздушной изоляцией (АИС) |
Подстанция с газовой изоляцией (ГИС) |
| Планирование и проектирование | 100% | 80% |
| Недвижимость | 100% | 40% |
| Первичное оборудование | 100% | 120% |
| Вторичное оборудование | 100% | 100% |
| Земляные работы, строительные работы, сооружения | 100% | 60% |
| Электрический монтаж и монтаж | 100% | 70% |
| Обслуживание | 100% | 50% |
| перебой в работе | 100% | 50% |
| LCC через 10 лет | 100% | Макс. 70% |
Последняя технология ГИС имеет меньшее воздействие на окружающую среду, чем предыдущие технологии. Степень утечки SF6 составляет менее 1% (в эксперименте <0, 5%). Из-за конструктивных характеристик ГИС лучше влияет на окружающую среду, чем на AIS.
Таблица 3 - Сравнение воздействия АИС и ГИС на окружающую среду
| АИС | ГИС | |
| Первичное потребление энергии | 100% | 73% |
| Требования к площади | 100% | 14% |
| Потенциал подкисления | 100% | 81% |
| Парниковый потенциал | 100% | 79% |
| Нитрификационный потенциал | 100% | 71% |
Как было отмечено, ГИС предлагает много выдающихся преимуществ перед АИС. Он отвечает всем требованиям к новой конструкции подстанции, за исключением высоких первоначальных инвестиций и потенциального экологического риска.
Этот недостаток и постоянно растущая экологическая осведомленность становятся драйверами для нового поколения ГИС, которые соответствуют критериям будущей зеленой подстанции.
Общий обзор ГИС (VIDEO)
Ссылка // Проектирование подстанции 21-го века Младен Кезунович, Ph. D., PE (Исследовательский центр энергетических систем)