PASS與GISAIS的綜合比較報(bào)告

1、PASS 與GIS、AIS的綜合比較報(bào)告目 錄序言-第3頁1.可靠性及壽命周期分析-第6頁2.工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析-第18頁3.結(jié)論-第22頁4.附件1-第 23頁5.附件2-第 24頁序 言近幾十年來，對(duì)高電壓設(shè)備的革新程度不大。一些關(guān)鍵電氣設(shè)備，如斷路器（從空氣、少油到 SF6氣體）、避雷器（從有間隙到無間隙）、電流電壓互感器等，其盡管有很大的技術(shù)改進(jìn)，但在外形尺寸上無重大改觀。因此，變電站的布置也就不可能有太大變化。自從PASS裝置出現(xiàn)，改進(jìn)變電站的整體布局已成為可能。二十世紀(jì)六、七十年代，GIS技術(shù)在運(yùn)行條件和占地要求上有了重大進(jìn)步，如今許多國(guó)家在較低的高電壓范圍內(nèi)只采用GIS設(shè)備。另外很

2、多現(xiàn)有的變電站已超期服役.越來越多的用戶要么考慮逐個(gè)更換如斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備,要么衡量在改造中應(yīng)用新技術(shù)的可能性。目前,項(xiàng)目的改進(jìn)率相對(duì)較低，人們正尋求一種更靈活、更可靠的設(shè)備來滿足變電站發(fā)展的需要，這便促進(jìn)了新的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。 PASS裝置正是針對(duì)上述電力系統(tǒng)存在的問題而開發(fā)研制的，它在變電站控制、監(jiān)視和保護(hù)技術(shù)等諸方面都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。PASS（Plug And Switch System）即插接式開關(guān)裝置，ABB公司為廣大用戶最新研制的組合電器設(shè)備，將斷路器、隔離開關(guān)及電流互感器擺放在一個(gè)密封艙內(nèi)，采用SF6氣體絕緣和自能吹弧技術(shù)，以下簡(jiǎn)稱PASS。顯著減少變電站的用地面積,可以進(jìn)

3、行快速安裝,免于維護(hù)。ABB公司針對(duì)電網(wǎng)內(nèi)不同電壓等級(jí)的要求，現(xiàn)已研制出PASS系列產(chǎn)品 ；M0（72.5/123/145/170kV）、M0S(220/250kV)、M1(220/300kV)、M2(330/550kV),其中PASS M0是較為成熟的產(chǎn)品，已銷往世界上十幾個(gè)國(guó)家和地區(qū)。在中國(guó)，我們武漢事達(dá)電氣股份有限公司已被授權(quán)為PASS M0S和PASS MO產(chǎn)品的銷售、技術(shù)咨詢、售后服務(wù)代理方。現(xiàn)PASS M0產(chǎn)品有三種：1、基本型SIBB（含一組斷路器、一組隔離開關(guān)、一組接地開關(guān)、兩組電流互感器、六支橡膠絕緣套管）。2、標(biāo)準(zhǔn)型SAB（含一組斷路器、兩組隔離開關(guān)、兩組接地開關(guān)、兩組電流

4、互感器、六支橡膠絕緣套管）。3、雙母線型DBB（含兩組斷路器開關(guān)、三組隔離開關(guān)、一組接地開關(guān)、三組電流互感器、九支橡膠絕緣套管）。PASS與GIS的區(qū)別在于：GIS（gas insulation switch是把整個(gè)變電站的一次設(shè)備包括斷路器、避雷器及母線等集成在一個(gè)SF6氣體的密閉室中，俗稱SF6全封閉組合電器，但是它有一個(gè)缺點(diǎn)，由于集成度過高，一旦有一個(gè)斷路器出問題，那么整個(gè)變電站都要停電，擴(kuò)大了停電范圍，損失比較大。另外，由于其將所有的電氣設(shè)備放在一個(gè)氣室中，相應(yīng)的就增加了事故的隱患。如：常見的漏氣問題，由于范圍較大，很難查出故障點(diǎn)，增加了停電檢修的難度、延長(zhǎng)了停電的時(shí)間。而PASS是把

5、一相斷路器加隔離開關(guān)和接地開關(guān)作為一個(gè)模塊放在SF6密封艙中，每一相有獨(dú)立的外殼，其可靠性和靈活性較高。與GIS不同，對(duì)PASS來說如果某一相有問題就更換那一相，縮小了停電范圍和檢修時(shí)間。PASS與傳統(tǒng)的AIS變電站相比還有更多的優(yōu)點(diǎn)，例如：a）PASS占地面積?。罕華IS變電站節(jié)省60%的空間，因?yàn)锳IS采用空氣絕緣，而PASS采用SF6氣體絕緣，占地面積將大大減少。b）免維護(hù)：由于PASS吸收了GIS的技術(shù)，節(jié)省了AIS需要的定期維護(hù)的工作量。c） 耗能?。豪肞ASS技術(shù)建造的變電站與傳統(tǒng)的AIS變電站相比，能量損耗極小，可忽略不計(jì)。d）安裝、更換方便：一般安裝一個(gè)間隔只需3個(gè)小時(shí)，另外

6、PASS可以拆成單個(gè)部件，84%可以回收，且PASS不含油，節(jié)能、環(huán)保。對(duì)于國(guó)家大力提倡電力系統(tǒng)無油化建設(shè)，這無疑是一種比較好的產(chǎn)品。 從PASS 的上述優(yōu)點(diǎn)來看，既吸收了GIS與AIS的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，又解決了GIS由于集成度過高帶來的負(fù)面影響以及AIS由于面積過大而在老站改造和新建變電站帶來的諸多問題，并且更能符合減少投資、節(jié)能降耗和環(huán)保的要求。從國(guó)際、國(guó)內(nèi)的變電站發(fā)展趨勢(shì)來看，利用PASS對(duì)變電站進(jìn)行改造和建設(shè)不失為一種最佳選擇。本文將對(duì)PASS與GIS,AIS進(jìn)行可靠性和壽命周期分析,以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,詳見下文。1.可靠性及壽命周期分析本文將分別對(duì)傳統(tǒng)AIS（空氣絕緣裝置）、傳統(tǒng)GIS（

7、氣體絕緣裝置）和PASS M0（接插式開關(guān)裝置）的可靠性進(jìn)行計(jì)算。分析研究的目的是為了根據(jù)部件的可靠性評(píng)估變電站高壓開關(guān)設(shè)備的可利用性。本文只適用于具體的項(xiàng)目。1.1假設(shè)已考慮負(fù)載和停電；可靠性數(shù)據(jù)符合表1；采用ABB開發(fā)的SUBREL軟件完成可利用性計(jì)算；表1: 設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)設(shè)備FR 故障率MTTR 修理的平均時(shí)間MF維護(hù)頻率MD維護(hù)時(shí)間1/y1/年h小時(shí)1/y1/年h小時(shí)斷路器0.006880.066710隔離開關(guān)0.001680.20004接地開關(guān)0.000540.00000電流互感器（CT）0.000460.00000電壓互感器（VT）0.000960.00000母線0.007780

8、.00000避雷器0.000460.00000PASS M0（單母線）0.0057540.06674GIS 間隔0.00541100.0667101.2可利用性結(jié)果要核實(shí)變電站的可靠性，我們可以按以下方法進(jìn)行：每種設(shè)備都有一組特定數(shù)據(jù)，它們用來定義設(shè)備的可利用性：- 故障率 (事件/年) FR10-3/y (參見附件1)- 修理的平均時(shí)間 MTTRh (參見附件1)- 維護(hù)頻率 MF1/y(參見附件1)- 維護(hù)時(shí)間 MDh (參見附件1)每種設(shè)備的數(shù)據(jù)（表1）都來自有關(guān)的國(guó)際信息：來自CIGRE（國(guó)際大電網(wǎng)協(xié)會(huì)）的數(shù)據(jù)和CEA（加拿大電氣協(xié)會(huì)）已采用過的數(shù)據(jù)。在變電站可靠性的計(jì)算中，采用了AB

9、B公司開發(fā)的軟件。需要提供變電站的單線圖和關(guān)于設(shè)備的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。有了這些輸入后，軟件可以通過最小割集標(biāo)準(zhǔn)管理這些數(shù)據(jù)，從而可以得出所有設(shè)備可利用性的輸出表（見附件2）。根據(jù)負(fù)載的總停電概率（TOF）事件/年和總停電時(shí)間(TOD)小時(shí)/年，以及傳輸路徑的中斷概率（IF）事件/年和中斷時(shí)間(ID)小時(shí)/年，給出可利用性計(jì)算結(jié)果。傳輸路徑為電能流經(jīng)整個(gè)變電站的路徑，即從進(jìn)線到出線。找到可利用性參數(shù)后，即可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。方案的比較通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)AIS、GIS和PASS M0進(jìn)行比較。1.3技術(shù)分析下面的圖顯示了計(jì)算結(jié)果，尤其是給出了負(fù)載的總停電概率（TOF）以及傳輸路徑的中斷概率（IF）。同

10、樣，在后面給出了負(fù)載的總停電時(shí)間（TOD）以及傳輸路徑的中斷時(shí)間（ID）傳輸路徑 負(fù)載圖1：AIS 變電站布置圖（使用SUBREL）: 單母線布置圖2GIS變電站布置圖（使用SUBREL）: 單母線布置圖3PASS M0變電站布置圖（使用SUBREL）: 單母線布置單母線布置傳輸路徑總停電頻率 1/年總停電時(shí)間 小時(shí)/年隨機(jī)確定合計(jì)隨機(jī)確定合計(jì)AIS1.27452.56683.84132.99529.867212.8624PASS M00.40060.40000.80062.64181.60014.2419GIS0.29520.40000.69523.24254.80028.0427負(fù)載中斷頻

11、率 1/年中斷時(shí)間 小時(shí)/年隨機(jī)確定合計(jì)隨機(jī)確定合計(jì)AIS1.39780.80002.19784.52501.20005.7250PASS M00.20760.40000.60760.60240.20000.8024GIS0.19480.40000.59482.28081.00003.2808表2： 最終的變電站可利用性結(jié)果這些結(jié)果可顯示在不同的圖中（參見下文）：圖4中斷頻率 (傳輸路徑)注：Interruption Frequency1/yr: 中斷頻率事件/年TOT:合計(jì)Maintenance:維護(hù)Stochastic: 隨機(jī)圖 5中斷時(shí)間 (傳輸路徑)Interruption Durat

12、ion hr/yr: 中斷時(shí)間小時(shí)/年TOT:合計(jì) Maintenance:維護(hù) Stochastic: 隨機(jī)圖6總停電頻率(負(fù)載)Total Outage Frequency 1/yr: 總停電頻率事件/年TOT:合計(jì) Maintenance:維護(hù) Stochastic: 隨機(jī)圖7總停電時(shí)間 (負(fù)載)Total Outage Duration hr/yr: 總停電時(shí)間小時(shí)/年TOT:合計(jì) Maintenance:維護(hù) Stochastic: 隨機(jī)1.4關(guān)于技術(shù)分析的說明通常,平均修理時(shí)間指的是非計(jì)劃的情形。PASS M0的平均修理時(shí)間指的是用備件更換可拆除部件的時(shí)間。更換過程指的是從到達(dá)變電

13、站時(shí)開始到更換裝置的可拆除部件所需的四個(gè)小時(shí)的時(shí)間（ABB及其客戶有現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)）。1.4.2 PASS M0的維護(hù)頻率只與傳統(tǒng)斷路器的有關(guān)數(shù)值一樣。實(shí)際上，PASS M0的所有其他設(shè)備，例如隔離開關(guān)，都是用SF6氣體絕緣的，所以它們不需要維護(hù)。GIS的維護(hù)頻率是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間隔的通用值，包括：一個(gè)斷路器、兩個(gè)隔離開關(guān)/接地開關(guān)、一套CT、一套VT和一套避雷器。1.4.3 通常,維護(hù)時(shí)間指的是計(jì)劃的情況。對(duì)于PASS M0，一臺(tái)設(shè)備的維護(hù)時(shí)間指的是更換裝置的可拆除部件（ABB及其客戶有現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)）并把變電站重新投入運(yùn)行所需的四個(gè)小時(shí)的時(shí)間。根據(jù)上述結(jié)果，我們可以得出下列結(jié)論：a)與AIS相比，PASS

14、M0和GIS間隔具有更高的可靠性，可以得到最好的可靠性值。b)尤其是在中斷頻率方面，GIS和PASS M0具有同等的可靠性；在中斷時(shí)間方面，可以看出，用PASS M0可以得到最好的結(jié)果。c)如果有必要得到負(fù)載的最大可利用性，這種類型的變電站布置最合適。實(shí)際上，在上面的圖中，由于變電站具有較高的重新配置屬性，與傳輸路徑相比，負(fù)載具有較低的不可利用性。最后，我們可以確定：如果變電站更簡(jiǎn)單，則它的可靠性就更高。1.5經(jīng)濟(jì)分析采用下列成本種類對(duì)變電站進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析：投資成本(CI)固定成本 (CF)可變成本 (CV)第一組涉及所有的最初投資：一次設(shè)備、控制及保護(hù)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)費(fèi)用、土建、備件、征地、安裝、運(yùn)

15、行等。第二組包括變電站運(yùn)行的固定成本，它指的是：變電站人員值班的成本、現(xiàn)場(chǎng)和建筑物的維護(hù)成本、設(shè)備的維護(hù)（包括備件和人工）；另外，還要考慮因設(shè)備維護(hù)而停電所發(fā)生的費(fèi)用。第三組考慮到未計(jì)劃在內(nèi)的事件：故障和相關(guān)停電成本（隨機(jī)停電）、設(shè)備的修理成本（備件和人工）、根據(jù)協(xié)議因變電站的輸電中斷需支付的罰款。三組成本數(shù)據(jù)代表變電站的壽命周期成本（LCC），可通過下面的公式將數(shù)值計(jì)算出來：其中，i為利率，而n為變電站的預(yù)期壽命。n = 30 年i = 8%. 1.6經(jīng)濟(jì)假設(shè)土地成本265.43元/m230歐元/m2設(shè)計(jì)的人工費(fèi)1769.50元/人日200歐元/人日維護(hù)的人工費(fèi)884.75元/人日100歐元

16、/人日調(diào)試的人工費(fèi)1061.70元/人日120歐元/人日修理/安裝的人工費(fèi)884.75元/人日100歐元/人日修理工具的費(fèi)用530.85元/天60歐元/天中斷費(fèi)用1.33元/kW0.15歐元/kW停電費(fèi)用0.133元/kWh0.015歐元/kWh在評(píng)估中，我們假定兩種不同的情況：第一種室外變電站在這種情況下，沒有任何建筑物。第二種室內(nèi)變電站在這種情況下，建筑物是必要的（估計(jì)為200歐元/m3）關(guān)于電氣設(shè)備，下表為估計(jì)成本三極隔離開關(guān)接地開關(guān)57509元6,500 歐元斷路器CB230036元26,000歐元電流互感器CT406989元4,600歐元電壓互感器VT39814元4,500歐元避雷器

17、12387元1,400歐元?jiǎng)恿ψ儔浩?GIS 單母線間隔1,500,000元169,539歐元PASS 單母線1,250,000元141,283歐元AIS、 GIS 和 PASSM0布置的所有共同設(shè)備，例如動(dòng)力變壓器和高壓側(cè)，在技術(shù)分析中被認(rèn)為是理想設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)方面被認(rèn)為是免費(fèi)提供的。1.7其他假設(shè)兩人組成維護(hù)小組；兩人組成修理小組；三人組成調(diào)試和測(cè)試小組；四人組成安裝小組；已考慮負(fù)載的電能中斷；采用ABB開發(fā)的EcoTech工具完成壽命周期成本計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示在下列的圖表中。根據(jù)主要成本項(xiàng)目，對(duì)兩種方案的投資成本進(jìn)行了比較。此外，對(duì)構(gòu)成LCC的三個(gè)成本組（投資、固定成本和可變成本）以及最終

18、LCC值進(jìn)行了比較。第一種情況室外變電站圖8投資成本結(jié)果（第一種情況）注：Land/Building cost: 土地/建筑物成本Erec./Comm.: 安裝/調(diào)試 HV components: 高壓部件圖9壽命周期成本結(jié)果（第一種情況）注：INVESTMENT COST: 投資成本 O&M COST: 運(yùn)行和維護(hù)成本第二種情況室內(nèi)變電站圖10投資成本結(jié)果（第二種情況）Land/Building cost: 土地/建筑物成本Erec./Comm.: 安裝/調(diào)試 HV components: 高壓部件圖 11壽命周期成本結(jié)果（第二種情況）注：INVESTMENT COST: 投資成本 O&M

19、COST: 運(yùn)行和維護(hù)成本1.8經(jīng)濟(jì)分析說明由于土建成本太高，AIS方案不適合于室內(nèi)應(yīng)用情況。- 在兩種情況下，GIS和PASSM0均有類似的運(yùn)行和維護(hù)成本：這些成本與整個(gè)變電站的可靠性有關(guān)。與另外兩種方案相比，AIS方案的運(yùn)行和維護(hù)成本極高。- 在第一種情況中，就LCC而言，最便宜的方案是PASSM0，最昂貴的是GIS。- 在第二種情況中，就LCC而言，最便宜的方案是PASSM0，最昂貴的是AIS。- 最后，我們可以知道：在兩種情況下，最好的方案都是PASSM0。2.工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析2.1.對(duì)PASS與GIS,AIS按間隔進(jìn)行工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,見表: 工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表。2.2.對(duì)PASS-

20、M0-110kV戶外配電裝置(雙橋形主接線系統(tǒng))與GIS-110kV戶內(nèi)配電裝置(雙橋形主接線系統(tǒng))進(jìn)行工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)比較,見表:工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)比較表。與GIS、AIS綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果見表：綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表。表:工 程 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 比 較 表項(xiàng) 目GIS變電站ABB合資廠產(chǎn)品PASS M0變電站AIS變電站ABB合資廠產(chǎn)品斷路器1臺(tái)（彈簧）、1臺(tái)（彈簧）1臺(tái)（彈簧）、40萬隔離開關(guān)2組、2組2組、 5萬接地隔離開關(guān)2組、2組2組、 3萬電 流互感器6臺(tái)、6臺(tái)6臺(tái)、 24萬SF6氣體4瓶1瓶1瓶、 0.5萬鋼材 （含設(shè)備支柱等）5噸、1個(gè)桶及支架5噸、 4萬其它 （匯控箱、電纜）1套1套

21、 2萬1套 2萬開關(guān)套管一般含在開關(guān)價(jià)格內(nèi)多出3支、6萬一般含在開關(guān)價(jià)格內(nèi)以上整體150萬以上整體120萬以上整體78.5萬試驗(yàn)費(fèi)整體 2萬整體 1萬開關(guān)和CT 4萬占地面積費(fèi)用0.3萬/間隔0.6萬/間隔1.萬/間隔土建基礎(chǔ)5萬1萬2萬安裝費(fèi)調(diào)試費(fèi)用8萬1萬5萬設(shè)計(jì)費(fèi)用10萬0210萬設(shè)備維修費(fèi)1萬/間隔(25年)0.5萬/間隔(25年)12.5萬/間隔(25年)運(yùn)行及操作費(fèi)同PASS250.1=2.5萬250.3=7.5萬定期清掃直接費(fèi)用同PASS0.0萬/間隔(25年) 25年0.6=15萬綜合費(fèi)用（含運(yùn)行費(fèi)） 1698萬 126.8萬 126.5萬對(duì)PASS-M0-110kV戶外配電裝

22、置(雙橋形主接線系統(tǒng))與GIS-110kV戶內(nèi)配電裝置(雙橋形主接線系統(tǒng))進(jìn)行工程造價(jià)比較, 其系統(tǒng)主接線如下:表:工 程 造 價(jià) 經(jīng) 濟(jì) 比 較 表項(xiàng)目GISPASS-M0差價(jià)(萬元)設(shè)備費(fèi)1120980.5139.5運(yùn)雜費(fèi)5649.0256.975安裝費(fèi)13.5337.2336.3001土建費(fèi)111.836.0993105.731場(chǎng)地平整2-2所區(qū)綠化0.8-0.8總計(jì)1301.3631045.66255.571用地512平方米630平方米118平方米表:綜 合 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 比 較 表項(xiàng) 目GIS變電站PASS變電站AIS變電站占地面積最小較小最大維護(hù)工作量最小較小最大土建基礎(chǔ)工作量最

23、大最小較小對(duì)地質(zhì)的 要求很高較小較高可靠性較高較高不高施工難度最大最小較大施工時(shí)間最長(zhǎng)最小較長(zhǎng)檢修難度最大最小較大投資成本最大較小最小運(yùn)行成本較小較小較大3.結(jié) 論由表: 工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表可知,PASSM0的綜合費(fèi)用僅比AIS多支出0.3萬元人民幣/間隔,比GIS節(jié)約43萬元人民幣/間隔。由表: 工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)比較表可知, 對(duì)PASS-M0-110kV戶外配電裝置(雙橋主接線)與GIS-110kV戶內(nèi)配電裝置(雙橋主接線)進(jìn)行工程造價(jià)比較, 采用戶外PASSM0的工程造價(jià)費(fèi)用僅比采用戶內(nèi)GIS節(jié)約255.571萬元人民幣。由表: 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表可知,PASSM0與GIS,AIS進(jìn)行綜合比較

24、,PASSM0具備下列優(yōu)點(diǎn):a)占地面積,土建基礎(chǔ)工作量,對(duì)地質(zhì)的要求均較小。b)施工時(shí)間施工難度,檢修難度,維護(hù)工作量均較小。c)投資成本,運(yùn)行成本均較小, 可靠性較高。根據(jù)技術(shù)可靠性及壽命周期的分析可知: 由于土建成本太高，AIS方案不適合于室內(nèi)應(yīng)用情況。在兩種情況下，GIS和PASSM0均有類似的運(yùn)行和維護(hù)成本：這些成本與整個(gè)變電站的可靠性有關(guān)。與另外兩種方案相比，AIS方案的運(yùn)行和維護(hù)成本極高。在第一種情況中，就LCC而言，最便宜的方案是PASSM0，最昂貴的是GIS。在第二種情況中，就LCC而言，最便宜的方案是PASSM0，最昂貴的是AIS。綜上所述,我們可以得出如下結(jié)論：無論從可靠性方面,以及從技術(shù),經(jīng)濟(jì)等諸方面考慮, 采用PASS-M0插接式開關(guān)裝置進(jìn)行變電站的改擴(kuò)建工程和新建變電站不失為一種技術(shù)先進(jìn)可靠,經(jīng)濟(jì)合理的方案。附件1縮寫說 明 FR 故障率預(yù)計(jì)一年中一個(gè)部件將發(fā)生故障的次數(shù)。另一個(gè)關(guān)于故障率的常用術(shù)語是危險(xiǎn)率。 MTTR 平均修理時(shí)間在故障發(fā)生后，修理一臺(tái)設(shè)備所需的平均時(shí)間（通常以小時(shí)計(jì)）。有時(shí)候，它指的是修理時(shí)間。 MF 維護(hù)頻率它指的是一臺(tái)設(shè)備每年需要維護(hù)的頻率。如果頻率小于1，則部件每年所需的維護(hù)次數(shù)少于1次。它有時(shí)候