PASS与GISAIS的综合比较报告.docx
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PASS与GISAIS的综合比较报告
PASS与GIS、AIS的
综合比较报告
序言------------------------------------第3页
1.可靠性及寿命周期分析------------------第6页
2.工程技术经济分析---------------------第18页
3.结论---------------------------------第22页
4.附件1-------------------------------第23页
5.附件2-------------------------------第24页
序言
近几十年来,对高电压设备的革新程度不大。
一些关键电气设备,如断路器(从空气、少油到SF6气体)、避雷器(从有间隙到无间隙)、电流电压互感器等,其尽管有很大的技术改进,但在外形尺寸上无重大改观。
因此,变电站的布置也就不可能有太大变化。
自从PASS装置出现,改进变电站的整体布局已成为可能。
二十世纪六、七十年代,GIS技术在运行条件和占地要求上有了重大进步,如今许多国家在较低的高电压范围内只采用GIS设备。
另外很多现有的变电站已超期服役.越来越多的用户要么考虑逐个更换如断路器、隔离开关等设备,要么衡量在改造中应用新技术的可能性。
目前,项目的改进率相对较低,人们正寻求一种更灵活、更可靠的设备来满足变电站发展的需要,这便促进了新的产品应运而生。
PASS装置正是针对上述电力系统存在的问题而开发研制的,它在变电站控制、监视和保护技术等诸方面都处于国际领先水平。
PASS(PlugAndSwitchSystem)即插接式开关装置,ABB公司为广大用户最新研制的组合电器设备,将断路器、隔离开关及电流互感器摆放在一个密封舱内,采用SF6气体绝缘和自能吹弧技术,以下简称PASS。
显著减少变电站的用地面积,可以进行快速安装,免于维护。
ABB公司针对电网内不同电压等级的要求,现已研制出PASS系列产品;M0(72.5/123/145/170kV)、M0S(220/250kV)、M1(220/300kV)、M2(330/550kV),其中PASSM0是较为成熟的产品,已销往世界上十几个国家和地区。
在中国,我们武汉事达电气股份有限公司已被授权为PASSM0S和PASSMO产品的销售、技术咨询、售后服务代理方。
现PASSM0产品有三种:
1、基本型SIBB(含一组断路器、一组隔离开关、一组接地开关、两组电流互感器、六支橡胶绝缘套管)。
2、标准型SAB(含一组断路器、两组隔离开关、两组接地开关、两组电流互感器、六支橡胶绝缘套管)。
3、双母线型DBB(含两组断路器开关、三组隔离开关、一组接地开关、三组电流互感器、九支橡胶绝缘套管)。
PASS与GIS的区别在于:
GIS(gasinsulationswitch是把整个变电站的一次设备包括断路器、避雷器及母线等集成在一个SF6气体的密闭室中,俗称SF6全封闭组合电器,但是它有一个缺点,由于集成度过高,一旦有一个断路器出问题,那么整个变电站都要停电,扩大了停电范围,损失比较大。
另外,由于其将所有的电气设备放在一个气室中,相应的就增加了事故的隐患。
如:
常见的漏气问题,由于范围较大,很难查出故障点,增加了停电检修的难度、延长了停电的时间。
而PASS是把一相断路器加隔离开关和接地开关作为一个模块放在SF6密封舱中,每一相有独立的外壳,其可靠性和灵活性较高。
与GIS不同,对PASS来说如果某一相有问题就更换那一相,缩小了停电范围和检修时间。
PASS与传统的AIS变电站相比还有更多的优点,例如:
a)PASS占地面积小:
比AIS变电站节省60%的空间,因为AIS采用空气绝缘,而PASS采用SF6气体绝缘,占地面积将大大减少。
b)免维护:
由于PASS吸收了GIS的技术,节省了AIS需要的定期维护的工作量。
c)耗能小:
利用PASS技术建造的变电站与传统的AIS变电站相比,能量损耗极小,可忽略不计。
d)安装、更换方便:
一般安装一个间隔只需3个小时,另外PASS可以拆成单个部件,84%可以回收,且PASS不含油,节能、环保。
对于国家大力提倡电力系统无油化建设,这无疑是一种比较好的产品。
从PASS的上述优点来看,既吸收了GIS与AIS的成功运行经验,又解决了GIS由于集成度过高带来的负面影响以及AIS由于面积过大而在老站改造和新建变电站带来的诸多问题,并且更能符合减少投资、节能降耗和环保的要求。
从国际、国内的变电站发展趋势来看,利用PASS对变电站进行改造和建设不失为一种最佳选择。
本文将对PASS与GIS,AIS进行可靠性和寿命周期分析,以及技术经济分析,详见下文。
1.可靠性及寿命周期分析
本文将分别对传统AIS(空气绝缘装置)、传统GIS(气体绝缘
装置)和PASSM0(接插式开关装置)的可靠性进行计算。
分析研究
的目的是为了根据部件的可靠性评估变电站高压开关设备的可利用
性。
本文只适用于具体的项目。
1.1假设
已考虑负载和停电;可靠性数据符合表1;
采用ABB开发的SUBREL软件完成可利用性计算;
表1:
设备可靠性数据
设备
FR
故障率
MTTR
修理的平均时间
MF
维护频率
MD
维护时间
[1/y]
1/年
[h]
小时
[1/y]
1/年
[h]
小时
断路器
0.0068
8
0.0667
10
隔离开关
0.0016
8
0.2000
4
接地开关
0.0005
4
0.0000
0
电流互感器(CT)
0.0004
6
0.0000
0
电压互感器(VT)
0.0009
6
0.0000
0
母线
0.0077
8
0.0000
0
避雷器
0.0004
6
0.0000
0
PASSM0(单母线)
0.00575
4
0.0667
4
GIS间隔
0.00541
10
0.0667
10
1.2可利用性结果
要核实变电站的可靠性,我们可以按以下方法进行:
每种设备都有一组特定数据,它们用来定义设备的可利用性:
-故障率(事件/年) FR[10-3/y](参见附件1)
-修理的平均时间MTTR[h](参见附件1)
-维护频率MF[1/y](参见附件1)
-维护时间MD[h](参见附件1)
每种设备的数据(表1)都来自有关的国际信息:
来自CIGRE(国际大电网协会)的数据和CEA(加拿大电气协会)已采用过的数据。
在变电站可靠性的计算中,采用了ABB公司开发的软件。
需要提供变电站的单线图和关于设备的所有相关数据。
有了这些输入后,软件可以通过最小割集标准管理这些数据,从而可以得出所有设备可利用性的输出表(见附件2)。
根据负载的总停电概率(TOF)[事件/年]和总停电时间(TOD)[小时/年],以及传输路径的中断概率(IF)[事件/年]和中断时间(ID)[小时/年],给出可利用性计算结果。
传输路径为电能流经整个变电站的路径,即从进线到出线。
找到可利用性参数后,即可进行经济分析。
方案的比较
通过技术和经济分析,对AIS、GIS和PASSM0进行比较。
1.3技术分析
下面的图显示了计算结果,尤其是给出了负载的总停电概率(TOF)以及传输路径的中断概率(IF)。
同样,在后面给出了负载的总停电时间(TOD)以及传输路径的中断时间(ID)
负载
图1:
AIS变电站布置图(使用SUBREL):
单母线布置
图2GIS变电站布置图(使用SUBREL):
单母线布置
图3PASSM0变电站布置图(使用SUBREL):
单母线布置
单母线布置
传输路径
总停电频率[1/年]
总停电时间[小时/年]
随机
确定
合计
随机
确定
合计
AIS
1.2745
2.5668
3.8413
2.9952
9.8672
12.8624
PASSM0
0.4006
0.4000
0.8006
2.6418
1.6001
4.2419
GIS
0.2952
0.4000
0.6952
3.2425
4.8002
8.0427
负载
中断频率[1/年]
中断时间[小时/年]
随机
确定
合计
随机
确定
合计
AIS
1.3978
0.8000
2.1978
4.5250
1.2000
5.7250
PASSM0
0.2076
0.4000
0.6076
0.6024
0.2000
0.8024
GIS
0.1948
0.4000
0.5948
2.2808
1.0000
3.2808
表2:
最终的变电站可利用性结果
这些结果可显示在不同的图中(参见下文):
图4中断频率(传输路径)
注:
InterruptionFrequency[1/yr]:
中断频率[事件/年]
TOT:
合计
Maintenance:
维护
Stochastic:
随机
图5中断时间(传输路径)
InterruptionDuration[hr/yr]:
中断时间[小时/年]
TOT:
合计Maintenance:
维护Stochastic:
随机
图6总停电频率(负载)
TotalOutageFrequency[1/yr]:
总停电频率[事件/年]
TOT:
合计Maintenance:
维护Stochastic:
随机
图7总停电时间(负载)
TotalOutageDuration[hr/yr]:
总停电时间[小时/年]
TOT:
合计Maintenance:
维护Stochastic:
随机
1.4关于技术分析的说明
1.4.1通常,平均修理时间指的是非计划的情形。
PASSM0的平均修理时间指的是用备件更换可拆除部件的时间。
更换过程指的是从到达变电站时开始到更换装置的可拆除部件所需的四个小时的时间(ABB及其客户有现场经验)。
1.4.2PASSM0的维护频率只与传统断路器的有关数值一样。
实际上,
PASSM0的所有其他设备,例如隔离开关,都是用SF6气体绝缘的,所以它们不需要维护。
GIS的维护频率是一个标准间隔的通用值,包括:
一个断路器、两个隔离开关/接地开关、一套CT、一套VT和一套避雷器。
1.4.3通常,维护时间指的是计划的情况。
对于PASSM0,一台设备的
维护时间指的是更换装置的可拆除部件(ABB及其客户有现场经验)并把变电站重新投入运行所需的四个小时的时间。
1.4.4根据上述结果,我们可以得出下列结论:
a)与AIS相比,PASSM0和GIS间隔具有更高的可靠性,可以得到最好的可靠性值。
b)尤其是在中断频率方面,GIS和PASSM0具有同等的可靠性;在中断时间方面,可以看出,用PASSM0可以得到最好的结果。
c)如果有必要得到负载的最大可利用性,这种类型的变电站布置最合适。
实际上,在上面的图中,由于变电站具有较高的重新配置属性,与传输路径相比,负载具有较低的不可利用性。
最后,我们可以确定:
如果变电站更简单,则它的可靠性就更高。
1.5经济分析
采用下列成本种类对变电站进行经济分析:
投资成本 (CI)
固定成本(CF)
可变成本(CV)
第一组涉及所有的最初投资:
一次设备、控制及保护系统、设计费用、土建、备件、征地、安装、运行等。
第二组包括变电站运行的固定成本,它指的是:
变电站人员值班的成本、现场和建筑物的维护成本、设备的维护(包括备件和人工);另外,还要考虑因设备维护而停电所发生的费用。
第三组考虑到未计划在内的事件:
故障和相关停电成本(随机停电)、设备的修理成本(备件和人工)、根据协议因变电站的输电中断需支付的罚款。
三组成本数据代表变电站的寿命周期成本(LCC),可通过下面的公式将数值计算出来:
其中,i为利率,而n为变电站的预期寿命。
n=30年
i=8%.
1.6经济假设
土地成本
265.43
元/m2
30
欧元/m2
设计的人工费
1769.50
元/人日
200
欧元/人日
维护的人工费
884.75
元/人日
100
欧元/人日
调试的人工费
1061.70
元/人日
120
欧元/人日
修理/安装的人工费
884.75
元/人日
100
欧元/人日
修理工具的费用
530.85
元/天
60
欧元/天
中断费用
1.33
元/kW
0.15
欧元/kW
停电费用
0.133
元/kWh
0.015
欧元/kWh
在评估中,我们假定两种不同的情况:
第一种室外变电站
在这种情况下,没有任何建筑物。
第二种室内变电站
在这种情况下,建筑物是必要的(估计为200欧元/m3)
关于电气设备,下表为估计成本
三极隔离开关+接地开关
57509元
6,500欧元
断路器CB
230036元
26,000欧元
电流互感器CT
406989元
4,600欧元
电压互感器VT
39814元
4,500欧元
避雷器
12387元
1,400欧元
动力变压器
----
----
GIS单母线间隔
1,500,000元
169,539欧元
PASS单母线
1,250,000元
141,283欧元
AIS、GIS和PASSM0布置的所有共同设备,例如动力变压器和高压侧,在技术分析中被认为是理想设备,在经济方面被认为是免费提供的。
1.7其他假设
两人组成维护小组;
两人组成修理小组;
三人组成调试和测试小组;
四人组成安装小组;
已考虑负载的电能中断;
采用ABB开发的EcoTech工具完成寿命周期成本计算。
计算结果显示在下列的图表中。
根据主要成本项目,对两种方案的投资成本进行了比较。
此外,对构成LCC的三个成本组(投资、固定成本和可变成本)以及最终LCC值进行了比较。
第一种情况 室外变电站
图8投资成本结果(第一种情况)
注:
Land/Buildingcost:
土地/建筑物成本
Erec./Comm.:
安装/调试HVcomponents:
高压部件
图9寿命周期成本结果(第一种情况)
注:
INVESTMENTCOST:
投资成本O&MCOST:
运行和维护成本
第二种情况 室内变电站
图10投资成本结果(第二种情况)
Land/Buildingcost:
土地/建筑物成本Erec./Comm.:
安装/调试HVcomponents:
高压部件
图11寿命周期成本结果(第二种情况)
注:
INVESTMENTCOST:
投资成本O&MCOST:
运行和维护成本
1.8经济分析说明
由于土建成本太高,AIS方案不适合于室内应用情况。
-在两种情况下,GIS和PASSM0均有类似的运行和维护成本:
这些成本与整个变电站的可靠性有关。
与另外两种方案相比,AIS方案的运行和维护成本极高。
-在第一种情况中,就LCC而言,最便宜的方案是PASSM0,最昂贵的是GIS。
-在第二种情况中,就LCC而言,最便宜的方案是PASSM0,最昂贵的是AIS。
-最后,我们可以知道:
在两种情况下,最好的方案都是PASSM0。
2.工程技术经济分析
2.1.对PASS与GIS,AIS按间隔进行工程技术经济比较,见表Ⅰ:
工程技术经济比较表。
2.2.对PASS-M0-110kV户外配电装置(双桥形主接线系统)与GIS-110kV户内配电装置(双桥形主接线系统)进行工程造价经济比较,见表Ⅱ:
工程造价经济比较表。
2.3.PASS与GIS、AIS综合技术经济比较的结果见表Ⅲ:
综合技术经济比较表。
表Ⅰ:
工程技术经济比较表
项目
GIS变电站ABB
合资厂产品
PASSM0变电站
AIS变电站ABB
合资厂产品
断路器
1台(弹簧)、
1台(弹簧)
1台(弹簧)、
40万
隔离开关
2组、
2组
2组、5万
接地隔离开关
2组、
2组
2组、3万
电流
互感器
6台、
6台
6台、24万
SF6气体
4瓶
1瓶
1瓶、0.5万
钢材(含设备支柱等)
5吨、
1个桶及支架
5吨、4万
其它(汇控箱、电缆)
1套
1套2万
1套2万
开关套管
一般含在开关价格内
多出3支、6万
一般含在
开关价格内
以上整体
150万
以上整体
120万
以上整体
78.5万
试验费
整体2万
整体1万
开关和CT4万
占地面积费用
0.3万/间隔
0.6万/间隔
1.万/间隔
土建
基础
5万
1万
2万
安装费
调试费用
8万
1万
5万
设计费用
1.0万
0.2
1.0万
设备维修费
1万/间隔(25年)
0.5万/间隔(25年)
12.5万/间隔(25年)
运行及操作费
同PASS
25×0.1=2.5万
25×0.3=7.5万
定期清扫直接费用
同PASS
0.0万/间隔(25年)
25年×0.6=15万
综合费用(含运行费)
169.8万
126.8万
126.5万
对PASS-M0-110kV户外配电装置(双桥形主接线系统)与GIS-110kV户内配电装置(双桥形主接线系统)进行工程造价比较,其系统主接线如下:
表Ⅱ:
工程造价经济比较表
项目
GIS
PASS-M0
差价(万元)
设备费
1120
980.5
139.5
运杂费
56
49.025
6.975
安装费
13.533
7.233
6.3001
土建费
111.83
6.0993
105.731
场地平整
2
-2
所区绿化
0.8
-0.8
总计
1301.363
1045.66
255.571
用地
512平方米
630平方米
118平方米
表Ⅲ:
综合技术经济比较表
项目
GIS变电站
PASS变电站
AIS变电站
占地面积
最小
较小
最大
维护工作量
最小
较小
最大
土建基础工作量
最大
最小
较小
对地质的要求
很高
较小
较高
可靠性
较高
较高
不高
施工难度
最大
最小
较大
施工时间
最长
最小
较长
检修难度
最大
最小
较大
投资成本
最大
较小
最小
运行成本
较小
较小
较大
3.结论
由表Ⅰ:
《工程技术经济比较表》可知,PASSM0的综合费用仅比AIS多支出0.3万元人民币/间隔,比GIS节约43万元人民币/间隔。
由表Ⅱ:
《工程造价经济比较表》可知,对PASS-M0-110kV户外配电装置(双桥主接线)与GIS-110kV户内配电装置(双桥主接线)进行工程造价比较,采用户外PASSM0的工程造价费用仅比采用户内GIS节约255.571万元人民币。
由表Ⅲ:
《综合技术经济比较表》可知,PASSM0与GIS,AIS进行综合比较,PASSM0具备下列优点:
a)占地面积,土建基础工作量,对地质的要求均较小。
b)施工时间施工难度,检修难度,维护工作量均较小。
c)投资成本,运行成本均较小,可靠性较高。
根据技术可靠性及寿命周期的分析可知:
由于土建成本太高,AIS方案不适合于室内应用情况。
在两种情况下,GIS和PASSM0均有类似的运行和维护成本:
这些成本与整个变电站的可靠性有关。
与另外两种方案相比,AIS方案的运行和维护成本极高。
在第一种情况中,就LCC而言,最便宜的方案是PASSM0,最昂贵的是GIS。
在第二种情况中,就LCC而言,最便宜的方案是PASSM0,最昂贵的是AIS。
综上所述,我们可以得出如下结论:
无论从可靠性方面,以及从技术,经济等诸方面考虑,采用PASS-M0插接式开关装置进行变电站的改扩建工程和新建变电站不失为一种技术先进可靠,经济合理的方案。
附件1
缩写
说明
FR
故障率
预计一年中一个部件将发生故障的次数。
另一个关于故障率的常用术语是危险率。
MTTR
平均修理时间
在故障发生后,修理一台设备所需的平均时间(通常以小时计)。
有时候,它指的是修理时间。
MF
维护频率
它指的是一台设备每年需要维护的频率。
如果频率小于1,则部件每年所需的维护次数少于1次。
它有时候指的是部件的维护率。
MD
维护时间
它指的是维护一台设备所需的时间(通常以小时表示)。
附件2
SUBREL_V2.3的一般说明
SUBREL表示变电站可靠性。
它可以计算具有不同布置的变电站的可靠性,确定各种布置的成本,帮助人们找到在经济上最有效的设计。
SUBREL使用动态列举来计算系统中的每个部件的可靠性。
在本质上,SUBREL模拟每种可能性,确定每种可能性对每个部件的可靠性的影响,确定每种可能性的频率,然后总结所有可能性对整个可靠性评估的影响。
SUBREL首先要做的是确定变电站在正常运行状态时的时间。
它等于一年的时间减去用于维护的时间:
正常运行状态的%=[(8760小时)–(维护所需的小时)]/(8760×100)
然后,程序模拟所有部件可能发生的故障(在系统处于正常运行状态时)。
对于每个有故障的部件,SUBREL遵循下列事件次序:
1.部件经历一个故障。
2.所有传输路径中距离发生故障的部件最近的保护装置跳闸(假定保护系统是完美的)。
3.经过延期后(由分组点的平均开关时间确定),故障被隔离,系统被重新配置,向尽可能多的负载恢复送电。
4.在发生故障的部件的平均修理时间结束后,故障被消除,系统回复到正常运行状态。
每个这样的故障都将以不同方式对不同的变电站的可靠性产生影响。
SUBREL追踪每种故障对每个部件的停电频率和停电时间影响,然后,根据发生故障的部件的故障率和系统处于正常运行状态的可能性评估这些数值。
在模拟正常运行状态下的故障后,SUBREL模拟所有维护状态和所有在维护状态下发生的故障。
在一个部件处于维护状态时,SUBREL自动使用分组装置对该部件隔离,然后重新配置系统,向尽可能多的负载恢复送电。
当然,维护状态会使处于维护的部件停电,它还可能会使附近的部件停电。
对于一个特殊的部件,在SUBREL确定变电站的维护状态后,它将模拟所有带电部件在这一状态中的故障。
这些故障与正常状态中使用的方法相同,但是系统在不同的配置下开始启动。
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