PASS与GIS、AIS的综合比较报告.docx

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1、PASS 与 GIS. AIS 的综合上呻告序言第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？人，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

2、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(Plug And Switch System)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

3、，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(72.5/123/145/170钦 M0S(220/250kV) M1(220/300kV) M2(330/550kV)其中PASS M0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PASS M0S和PASS MO产品的销售、技术咨询、售后服务代理方。现PASS M0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

4、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 （gas insulation switch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

5、 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7GIS的技术，节省7AIS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

6、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

7、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PASS M0（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i/y i/年MTTR 修理的平均时间 h 小时MF维护频率1/y1/年MD 维护时间h小时断路器0.006880.066710隔离开关0.001680.20004接地开关0.000540.00000电流互感器（CT）0.000460.000

8、00电压互感器（VT）0.000960.00000母线0.007780.00000避雷器0.000460.00000PASS M0 （单母线）0.0057540.06674GIS间隔0.00541100.0667101.2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）FR10-3/y（参见附件1）修理的平均时间MTTR h（参见附件1）维护频率MF1/y（参见附件1）维护时间MDh（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

9、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PASS M0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

10、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）传输路径负载图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J Tk， 卜 ， -I图3PASS M0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AIS1.27452.56683.84132.99529.867212.8624PASS M00.40060.40000.80062.64181.60014.2419GIS0.2

11、9520.40000.69523.24254.80028.0427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1.39780.80002.19784.52501.20005.72500.20760.40000.60760.60240.20000.80240.19480.40000.59482.28081.00003.2808AISPASS M0GIS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：Interruption Frequency1/yr:中断频率事件/年TOT:合计Maintenance:维护Stochastic:随

12、机100%r80%40%20%一 Stochastic aintenance图5 中断时间（传输路径）Interruption Duration hr/yr:中断时间小时/年TOT:合计 Maintenance:维护 Stochastic:随机Total Outage Frequency 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）Total Outage Duration 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

13、修理时间指的是非计划的情形。PASS M0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）。1.4.2 PASS M0的维护频率只与传统断路器的有关数值一样。实际上，PASS M0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PASS M0, 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

14、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，PASS M0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PASS M0具有同等的可靠性；在中断时 间方面，可以看出，用PASS M0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：

15、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：LCC = CI + CF CV * （1 +） T+|_ i *（1 +

16、i）n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/m230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/kW0.15欧元/kW停电费用0.133元/kWh0.015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

17、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CB230036 元26,000欧元电流互感器CT406989 元4,600欧元电压互感器VT39814 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

18、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280%一240%-200%-160%-120%-80%-40%-0%-Land/Building costErec. / Comm.HV components AIS100%100%100% PASS28%19%179%口 GIS23%36%216%投资成本结果（第一种情况）注：Land/Building cost: 土

19、地/建筑物成本Erec./Comm.:安装/调试 HV components:高压部件图9 寿命周期成本结果（第一种情况）注：INVESTMENT COST:投资成本 O&M COST: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/Building cost: 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：INVESTMENT COST:投资成本 O&M COST: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

20、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PASSM0o2. 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

21、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111：综合技术经济比较 表。工程技术经济比较表项目GIS变电站ABB 合资厂产品PASS M0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7

22、8.5 万试验费整体2万整体1万开关和CT 4万占地面积 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. 21. 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 PASS25X0.1=2.5 万25X0.3=7.5 万定期清扫直接费用同 PASS0.0万/间隔（25年）25 年X0.6=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

23、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GISPASS-M0差价（万元）设备费1120980.5139.5运杂费5649.0256.975安装费13.5337.2336.3001土建费111.836.0993105.731场地平整2-2所区绿化0.8-0.8总计1301.3631045.66255.571用地512平方米630平方米118平方米表皿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

24、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。施工时间施工难度，检

25、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

26、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 年中 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2SUBREL_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

27、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）/ （8760x100）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

28、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。