Введение

При строительстве энергосистем выбор распределительного устройства не только влияет на безопасность и надежность электроснабжения, но и непосредственно влияет на инвестиции в проект, использование земли и обслуживание после строительства. Распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS) и распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) это два наиболее распространенных на сегодняшний день решения, каждое из которых имеет свои преимущества и ограничения. Чтобы сделать разумный выбор в различных пространственных условиях, бюджетных целях и экологических требованиях, необходимо сначала понять их характеристики и применимые сценарии. В этой статье мы проведем всестороннее сравнение различий между АИС и ГИС и дадим рекомендации для принятия решений по проекту.

Что такое AIS?

AIS (распределительное устройство с воздушной изоляцией) В качестве изоляционной среды используется окружающий воздух и изоляторы, а шины открыты. Он подходит для менее стесненных условий и предлагает экономичные варианты для систем среднего напряжения.

Преимущества АИС

1. Низкая первоначальная стоимость: Более доступный по сравнению с ГИС, нет необходимости в SF₆.
2. Простая структура: Проверенная и надежная технология с простым дизайном.
3. Простое обслуживание: Доступные части для частого осмотра и ремонта.
4. Масштабируемость: Модульная конструкция позволяет легко расширяться в будущем.
5. Экологически чистый: Отсутствие выбросов парниковых газов (без SF₆).
6. Хорошее рассеивание тепла: Открытая планировка способствует лучшему управлению теплом.

Недостатки AIS

1. Большая площадь: Требует значительных земельных площадей, неэффективен в городских районах.
2. Чувствительность к окружающей среде: Уязвимы для загрязнения, погодных условий и животных.
3. Частое обслуживание: Нуждается в регулярной очистке и осмотре.
4. Низкая надежность: Более подвержены загрязнению и коротким замыканиям в жестких условиях эксплуатации.
5. Риски безопасности: Открытые компоненты представляют собой повышенный риск поражения электрическим током.
6. Шумовое загрязнение: Операции переключения создают значительный шум.

Таблица преимуществ и недостатков АИС

Что такое ГИС?

КРУЭ (распределительное устройство с элегазовой изоляцией) В герметичных металлических корпусах используется газ SF₆ для изоляции компонентов, находящихся под напряжением, что делает их пригодными для использования в условиях высокого напряжения и ограниченного пространства.

Преимущества ГИС

1. Компактный дизайн: Значительная экономия места (сокращение площади на 90% по сравнению с AIS).
2. Высокая устойчивость к воздействию окружающей среды: Герметичная конструкция защищает от пыли, влаги и животных.
3. Не требует особого ухода: Не требует технического обслуживания в течение 10 лет, требуется меньше проверок.
4. Высокая надежность: Низкий процент отказов, подходит для работы в жестких условиях.
5. Безопасность: Закрытые компоненты снижают риск поражения электрическим током и вспышки дуги.
6. Снижение шума: Металлические корпуса снижают уровень шума при работе на 30%-50%.

Недостатки ГИС

1. Высокая первоначальная стоимость: В 1,5-2,5 раза дороже, чем AIS.
2. SF₆Газовые риски: Потенциальные риски для окружающей среды и здоровья из-за SF₆
3. Устранение сложных неисправностей: Внутренние неисправности требуют разборки и специализированного ремонта.
4. Ограниченная гибкость: Сложность дооснащения или расширения после установки.
5. Чувствительны к загрязнению частицами: Требуются чистые условия монтажа для предотвращения частичного разряда.

Таблица преимуществ и недостатков ГИС

АИС и ГИС: Основные различия

1. Пространство и площадь

ГИС: Занимает всего 10%-30% площади АИС, поддерживает компактные 3D-планировки, подходит для подземных, многоэтажных или морских объектов.

AIS: Требует больших открытых площадей, более высокая стоимость земли, не подходит для городских центров.

2. Стоимость

AIS: Низкие первоначальные инвестиции (около 40%-60% от ГИС), но более высокие затраты на землю и обслуживание.

ГИС: Высокие первоначальные инвестиции (1,5-2,5× AIS), но экономия на земле, строительстве и долгосрочном обслуживании.

3. Воздействие на окружающую среду

AIS: Отсутствие газового риска SF₆, но большая площадь залегания и воздействие на окружающую среду.

ГИС: SF₆ газ имеет высокий GWP, но компактен и герметичен, что предотвращает загрязнение.

4. Техническое обслуживание и надежность

AIS: Простота обслуживания, быстрый ремонт, но открытые компоненты подвержены загрязнению и имеют более высокий процент отказов.

ГИС: Длительный цикл обслуживания (10 лет без обслуживания), низкий процент отказов, но медленный ремонт, требующий привлечения специалистов.

5. Безопасность

AIS: Части, находящиеся под высоким напряжением, требуют строгих мер защиты.

ГИС: Полностью закрытая конструкция предотвращает поражение электрическим током и вспышку дуги, более безопасна.

6. Приложения

ГИС: Лучше всего подходит для городских районов, загрязненных промышленных зон, высоковольтных и специальных объектов.

AIS: Лучше всего подходит для пригородных/сельских районов с большим количеством земли и системами среднего напряжения, экономичен.

Когда выбирать АИС против ГИС?

Выбор между AIS и ГИС Это не вопрос добра или зла; все зависит от того, как вы сбалансируете пространственные соображения, бюджет, условия окружающей среды и долгосрочные операционные цели.
Если участок просторный, в бюджете приоритет отдается первоначальным затратам, а условия окружающей среды относительно мягкие, то более естественным выбором может стать АИС. Она имеет простую конструкцию и проста в обслуживании, что делает ее идеальной для проектов среднего напряжения в сельской местности или пригородах.
Если проект находится в густонаселенном районе города, в сильно загрязненной промышленной зоне или в прибрежном регионе, а также если к проекту предъявляются особенно высокие требования по надежности и безопасности, преимущество часто отдается ГИС. Она компактна, герметична, устойчива к воздействию окружающей среды и имеет длительный цикл технического обслуживания, что делает ее особенно подходящей для критических сценариев работы.
Во многих проектах выбирается гибридное решение, использующее сильные стороны как АИС, так и ГИС. Например, в основных компонентах используется ГИС для обеспечения производительности, а в периферийных фидерах - АИС для экономии затрат, что позволяет добиться одновременно стабильности и гибкости.

Заключение

Будь то AIS или ГИСНе существует абсолютного превосходства или неполноценности; есть только наиболее подходящее решение. АИС отличаются низкими первоначальными инвестициями, простотой конструкции и легкостью обслуживания, а ГИС - компактностью, высокой надежностью и длительным сроком службы. Главное - провести комплексную оценку с учетом пространственных требований проекта, бюджета, условий окружающей среды и эксплуатационных потребностей. Для некоторых специализированных приложений стоит рассмотреть гибридное решение, сочетающее АИС и ГИС, поскольку оно позволяет найти баланс между производительностью и стоимостью. Понимая характеристики обеих технологий, Чуаньли поможет вам выбрать надежный и экономически эффективный путь для вашей энергосистемы.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Опасен ли газ SF6 для человека?

Чистый газ гексалуорид серы (SF₆) нетоксичен, но в дуге он разлагается на сильно коррозионные вещества, такие как фтористый водород (HF), которые могут привести к смертельным травмам. В замкнутых средах с высокой концентрацией он также представляет опасность удушья, вытесняя кислород. Поэтому в распределительных устройствах с элегазовой изоляцией (КРУЭ) обязательны встроенные системы контроля утечек и рекуперации очистки, а к 2025 г. экоизоляционные газы нового поколения (g₃) полностью заменят SF₆ для устранения этих опасностей.

Как часто ГИС нуждается в обслуживании

GIS требует только ежегодных базовых проверок, а основные газовые камеры поддерживают работу без технического обслуживания в течение 10 лет. Однако в условиях высокой коррозии (прибрежные/химические зоны) необходимо проводить проверки раз в полгода. Современные интеллектуальные ГИС позволяют проводить упреждающее техническое обслуживание благодаря мониторингу частичного разряда в режиме реального времени.

Можно ли переоборудовать подстанцию АИС в подстанцию ГИС?

Переход от подстанций АИС к ГИС технически возможен, но сопряжен со значительными практическими ограничениями: Необходимо заливать новые сейсмостойкие фундаменты для поддержки тяжелых модулей GIS (каждый шкаф весит 3-5 тонн), существующие открытые сборные шины необходимо заменить на газопроводы (сохраняя взрывобезопасные зазоры SF₆), а дугогасительные камеры должны быть интегрированы в ограниченные пространства (преобразование 110 кВ стоит > 8 миллионов йен за отсек). Поэтому в 70% реальных случаев вместо полного преобразования станции используются гибридные решения "ядро ГИС + фидеры АИС".

Каков срок службы оборудования АИС и ГИС?

Расчетный срок службы AIS достигает 30 лет в сухой и чистой среде, но практическое применение ограничивается старением изолятора (около 20 лет) и соляным туманом/загрязнением (сокращение срока службы до ~15 лет). В отличие от этого, срок службы GIS составляет более 40 лет благодаря полностью герметичной конструкции, которая защищает от разрушения окружающей средой. Когда чистота газа SF₆ превышает 97%, GIS надежно работает более 50 лет. Для проектов среднего и высокого напряжения (220 кВ+) срок службы КРУЭ в среднем на 60% больше, чем у систем AIS.