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1、GIS设备专题培训,热电公司 2016年7月,1,导航目录,2,一、GIS设备简介,GIS的概念 六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear）简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组成一个整体，是高压电器领域当今的主流设备。,3,一、GIS设备简介,SF6气体特性 SF6作为一种绝缘气体，具有很多优点，是一种无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，并有优异的冷却电弧特性，特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的
2、冷却效应，避免局部高温的可燃性。 其缺点是在电弧放电时分解形成硫的低氟化合物不但有毒，且对某些绝缘材料和金属具有腐蚀作用。,4,一、GIS设备简介,GIS的特点,小型化,可靠性高,安全性好,杜绝对外部的不利影响,安装周期短,维护方便,因采用绝缘性能卓越的六氟化硫做绝缘和灭弧介质，所以能大幅度缩小变电站的体积，实现小型化。,由于带电部分全部密封于惰性气体中，大大提高了可靠性，此外具有优良的抗地震性能。,带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电的危险。SF6气体为非燃烧气体，所以无火灾危险。,因带电部分以金属壳体封闭，对电磁和静电实现屏蔽，噪声小，抗无线电干扰能力强。,由于实现小型化，可在工厂
3、内进行整机装配和试验合格后，以单元或间隔的形式运达现场，因此可缩短现场安装工期，又能提高可靠性。,检修周期长，因结构布局合理，灭弧系统先进，大大提高了产品的使用寿命，检修周期长，维修工作量小，而且由于小型化，离地面低，日常维护方便。,5,一、GIS设备简介,按整体结构分： GIS a.户内GIS 土建造价高，可靠性高 b.户外GIS 土建造价低，对设备防腐要求高 HGIS (Hybrid GIS ) 没有主母线，结构简单，可靠性高,6,一、GIS设备简介,按母线结构分： 全三相共箱 66-110kV等级采用 主母线三相共箱，分支母线分箱 220kV等级采用 全三相分箱 330kV及以上等级采用
4、,7,一、GIS设备简介,主要结构组成：,M： 主母线 CB：断路器 DS：隔离开关 ES：接地开关 FES：快速接地开关 CT: 电流互感器 VT：电压互感器 LA：避雷器 SF6充气套管/电缆终端筒 GIS在线监测装置 GIS保护装置 LCP：就地汇控柜,8,一、GIS设备简介,1、主母线与分支母线,母线导体一般采用铝合金，连接采用铜梅花触头,壳体材料一般采用铝合金材料，避免磁滞和涡流发热。 a.筒体按制作工艺分：铝板卷筒壳体、铸铝壳体 b.主母线按布置方式：落地布置、架空布置,9,一、GIS设备简介,由灭弧室及操作机构组成，采用变开距自能式灭弧室。 a.开断能力：40KA，50kA，63
5、kA b.额定电流：3150A,4000A，5000A c.操作机构：弹簧操作机构 液压碟簧操作机构 d.操作方式：三相电气联动（220kV及以上线路） 三相机械联动（发变组、母联分段） e.布置方式：卧式、立式,2、断路器 CB,10,一、GIS设备简介,2、断路器 CB,直动 密封,动侧,弧触头及喷口,静侧,断路器静侧和绝缘支撑,断路器动侧,11,一、GIS设备简介,液压操作机构,液压机构总体结构参见右图。主要采用了ABB公司生产的HMB-4的扩展型动力部件作为机芯。这个机芯包括的模块有：充能模块、贮能模块、工作模块、控制模块、监测模块,1.低压箱 2.油位观察窗 3.活塞杆 4.泄压阀操
6、作手柄 5.泄压阀 6.HMB-4碟簧装配 7.HMB-8碟簧装配 8.合闸控制阀 9.分闸控制阀 10.分闸控制阀 11.换向阀 12.带电机的充能模块13.碳刷 14贮能模块 15.弹簧行程开关,12,一、GIS设备简介,液压操作机构,如图所示，在合闸位置接到分闸命令，分闸电磁铁动作，换向阀切换至分闸位置，差动活塞高压油通过换向阀连通至低压油箱，在差动活塞上端常高压的作用下，活塞快速向下运动分闸，并带动辅助开关切换，切断分闸回路，为下次合闸作好准备。,分闸动作过程,13,一、GIS设备简介,如图所示， 在分闸位置时，接通合闸电磁阀，换向阀切换至合闸状态，常充压差动活塞的底部与高压油接通，在
7、差动原理作用下，快速向上合闸并带动辅助开关切换，断开合闸回路，为分闸作好准备。,合闸动作过程,液压操作机构,14,一、GIS设备简介,隔离开关与接地开关组合成一个元件，接地开关的静触头装在隔离开关上，而动触杆则安装在与接地外壳等电位的壳体内。 a.隔离开关按结构分：直角型、直线型、三工位（防止误操作） b.接地开关按功能分： 检修接地开关（采用电动操作机构，在高压系统不带电情况下方可操作） 快速故障接地开关（采用弹簧操作机构，可以全电压和短路条件下关合）,3、隔离开关 DS与接地开关ES、FES,15,一、GIS设备简介,3、隔离开关 DS与接地开关ES、FES,DS、ES 配电动机构原理图,
8、16,一、GIS设备简介,3、隔离开关 DS与接地开关ES、FES,FES 配弹簧机构原理图,17,一、GIS设备简介,3、隔离开关 DS与接地开关ES、FES,三工位隔离接地开关 ，有两种结构型式：一为旋转式；另一为插入 式。共用一个活动导电杆，用一个操动机构，具有如下优点： (l)由于两者组合在一个气室内，大大缩小了GIS尺寸，使之小型化。 (2)减少了 GIS 操动机构数量，减少了操作和维护工作量，方便运行 和检修。 (3)从原理上解决了隔离开关与接地开关之间的联锁问题，取消了以往 隔离开关与接地开关之间复杂的联锁回路。不会发生带地线合刀闸的 事故，大大提高了 GIS 运行可靠性。,18
9、,一、GIS设备简介,4、电流互感器CT、电压互感器VT、避雷器LA,电流互感器：分内置式和外置式。内装电感式环氧浇注型电流互感器 电压互感器：330kV及以下电压等级中，一般采用环氧树脂浇注的电磁式电压互感器。 避雷器：采用ZNO氧化锌避雷器,19,一、GIS设备简介,5、SF6充气套管与电缆终端筒,SF6充气套管外护套分：瓷套（耐老化）和硅橡胶（防污能力强） 瓷套分标准伞和大小伞。 电缆终端：是把高压电缆连接到GIS中的部件。其设计及GIS与高压电缆制造分别按IEC600859执行。,20,一、GIS设备简介,5、SF6充气套管与电缆终端筒,21,一、GIS设备简介,6、绝缘盆子,主要担负
10、主绝缘及气体隔离作用，红色代表气隔绝缘子；绿色代表通气绝缘子。分两种类型：全绝缘盆和带金属圈盆。 带金属圈的盆式绝缘子由外金属环和内侧环氧树脂绝缘件组成。装配好之后仅金属环受到两侧壳体的压力，绝缘部分不受力，增强了连接的安全可靠性。 铝环可以在局放测量和在线检测时起到屏蔽外界干扰的作用。 由于直接使用金属法兰环与筒子连接，无需外装接地板，节约了材料。,22,一、GIS设备简介,7、GIS在线监测装置,每个气室都安装有SF6压力指示和报警触头的SF6密度继电器。密度继电 器与开关设备本体之间的连接方式应满足不拆卸校验密度继电器的要求。 GIS设备底部安装有SF6气体泄漏监测探头和氧气监测探头，达
11、到动作条件启动报警和强力通风。,23,一、GIS设备简介,8、GIS保护装置,a.净化装置 净化装置结构主要由过滤罐和吸附剂组成，常用的吸附剂有活性炭、分子筛（合成沸石）、氧化铝、硅胶等。 b.压力释放装置 当GIS内部母线管或元件内部等发生故障时，如不及时切除故障点，电弧能将外壳烧穿；如果电弧的能量使SF6气体的压力上升过高，还可造成外壳爆炸。,24,一、GIS设备简介,9、汇控柜LCP,汇控柜的主要作用是起监视和控制作用。监控的主要内容包括：气体压力监视、气体密度监视、状态监视、故障监视、控制等。在汇控柜的正面设置模拟母线、控制开关、状态指示器、故障指示器等。,。,25,二、GIS设备设计
12、选型,新订货断路器应优先选用弹簧机构、液压机构（包括弹簧储能液压机构）。 目前高压断路器基本上为三种机构形式，弹簧机构、液压机构、气动机构，由于弹簧机构现场维护量小，液压机构运行较为平稳而优先选用，气动操作机构由于存在操作介质不洁造成阀体、管路等部件的生锈、气动机构压缩机逆止阀使用寿命短等问题而避免采用。 为防止机组并网断路器单相异常导通造成机组非全相运行，220kV及以下电压等级机组并网的断路器应采用三相机械联动式结构。,26,二、GIS设备设计选型,绝缘裕度设计需充分考虑异物附着造成的电场畸变，不应盲目追求设备的“小型化”。,27,二、GIS设备设计选型,尽量避免盆式绝缘子水平布置，尤其是
13、避免凹面朝上，重点是断路器、隔离/接地开关等具有插接式运动磨损部件的气室下部，避免触头动作产生的金属屑造成运行中的GIS放电。,28,二、GIS设备设计选型,充气口宜避开绝缘件位置，避免充气口位置距绝缘件太近，充气过程中带入异物附着在绝缘件表面。,典型案例：某变电站1000kV GIS现场交接试验中，发生一起盆式绝缘子沿面闪络，分析原因为充气口距离盆式绝缘子太近，导致充气过程携带异物吸附在盆式绝缘子表面，进而引发闪络。,29,二、GIS设备设计选型,吸附剂罩结构应合理设计，避免吸附剂颗粒脱落，材质应选用不锈钢或其它高强度材料。,典型案例：2014年12月29日，某变电站330kV断路器中吸附剂
14、脱落导致断路器内部放电。断路器吸附剂罩设计不合理，未有效将吸附剂包装袋完全防护在内，吸附剂罩只起到挡板作用，吸附剂颗粒脱落掉入罐体内部，引起电场畸变，进而发展成短路故障。,30,二、GIS设备设计选型,分相设备应按相配置密度继电器，不应共用密度继电器，如分箱结构的断路器、母线室应每相设置独立的密度继电器。 GIS 在内部放电或开断故障电流时， SF6 气体会产生多种分解产物，对采用三相连通共用一只密度继电器的方式， 在发生单相故障时故障气体会通过连接管路进入其它两相， 导致其它两相也必须进行试验或检修，大大增加了现场气体处理的工作量。,31,二、GIS设备设计选型,电压互感器、避雷器应设置压力
15、释放装置，压力释放装置喷口不能朝向巡视通道，必要时加装喷口弯管。,32,二、GIS设备设计选型,GIS在设计过程中应特别注意气室的划分，避免某处故障后劣化的 SF6气体造成GIS的其它带电部位的闪络。 对双母线结构的GIS，同一出线间隔的不同母线隔离开关应各自设置独立隔室。252kV及以上GIS母线隔离开关不应采用与母线共隔室的设计结构。 断路器不应与CT在一个气室，断路器应独立设置气室，防止CT潮气影响灭弧性能。 对于GIS中的气室，特别是母线气室，生产厂家从成本角度考虑减少隔离绝缘盆的使用，使GIS的部分气室容积过大。500kV及以下GIS的单个主母线隔室的SF6气体总量不宜超过300kg
16、，应确保最大气室的气体回收时间不超过8小时。,33,一、GIS设备设计及选型,1、由于断路器气室内SF6气体压力的选择要满足灭弧和绝缘两方面的要求，而其他电器元件内SF6气体压力只需要考虑绝缘性能方面的要求，两种气室的SF6气压不同，所以不能连为一体。 2、断路器气室内SF6气体在电弧高温作用下可能分解成多种有腐蚀性和毒性的物质，在结构上不连通就不会影响其他气室的电器元件。 3、断路器检修的几率比较高，气室分开后，要检修断路器时就不会影响到其它电气的元件气室，因而可缩小检修范围。,34,二、GIS设备设计选型,为便于试验和检修，GIS的母线和线路的避雷器和电压互感器应设置独立的隔离断口； GI
17、S中的避雷器、电压互感器耐压水平与GIS设备不一致，或者不能承受GIS 的交流电压试验，如果设计时没有相应的隔离刀闸或断口，则必须在耐压试验前 将其拆卸，对原部位进行一定均压处理后方可进行GIS耐压，耐压通过后再进行 避雷器和电压互感器安装，这样使得耐压试验周期变得很长，且现场处理的密封 面，对接面变多，不利于GIS内部清洁度的控制。,35,二、GIS设备设计选型,GIS配置伸缩节的位置和数量应充分考虑安装地点的气候特点、基础沉降、允许位移量和位移方向等因素。制造厂应提供伸缩节的允许变化量和调节方法。 近年在长母线GIS运行过程中，多次出现温度骤变后母线盆子处突发漏气缺陷， 严重影响了电网安全。主要原因为伸缩节设计不合理或安装调试不当，无法有效 补偿温度骤变时母线的伸缩量，导致母线对接面异常受力、变形。 各GIS生产厂家设计的伸缩节型式各不相同，应要求制造厂提供详细的伸缩节 允许变化量和调节方法，并在安装调试阶段严格按照工艺要求进行安装和调整。,36,二、GIS设备设计选型,机组并网断路器宜在并网断路器与主变侧刀闸间装设带电显示装置，在并网操作时先合入母线侧刀闸，确认带电显示装置显示无电合入主变侧刀闸，杜绝带负荷合刀闸。 出线侧刀闸设置带电显示装置，确认带电显示装置显示无电时合入出线侧接地刀闸，杜绝带电合地刀。,37,个人观点供参考，欢迎讨论,