曹洁
泰安泰山高压开关有限公司 山东 泰安 271000
摘要：气体绝缘高压组合开关，简称GIS，是高压配电装置的一种具体设备形式，这一设备在绝缘及灭弧中，采用的具体气体介质为SF6。相比较空气，这一气体在绝缘性能及灭弧性能方面，都有很大的提升。正因如此，气体绝缘高压组合开关，能够具有更为优良的电气性能。本文重点介绍了，SF6气体绝缘高压组合开关设备的基本原理、主要结构，以及操作模式，并重点分析了220kV气体绝缘高压组合开关设备的技术内容。
关键词：高压组合开关；气体绝缘；电气设备
前言：SF6气体的产生与研究，至今已有百余年的历史。将其广泛的应用于高压电气设备后，有益于其绝缘性能的发挥。能够替代原有的变压器油和其他绝缘介质。SF6气体，具有优异的灭弧性能，能够为配电装置带来巨大的应用潜能。传统的空气绝缘开关设备，由于环境条件局限性，无法满足多种用户需求，同时对于应用场合有极大的限制。随着气体绝缘高压组合开关设备技术的发展，目前220kV专业设备，在元件组合方式以及制造工艺方面都有很大的提升，能够在结构上完成简化、可靠性上获得提高。
一、气体绝缘高压组合开关设备的基本原理及主要结构
气体绝缘高压组合开关设备，主要由隔离开关断路器、避雷器、电流互感器、电压互感器、接地开关、套管和母线管道等电器元件构成。其主要原理是采用SF6气体完成绝缘和灭弧。SF6气体具有卓越的绝缘以及灭弧介质性能，能够利用自身远超于空气的性能特质，完成高压组合开关设备的气体绝缘。气体绝缘高压组合开关设备，其电场结构采用的是同轴圆柱体间隙。因此设备中的电场，为稍不均匀电场。与传统的变电站电场相比，具有更为优良的电气性能。不仅如此，从设备运行方面来看，气体绝缘高压组合开关设备，元件的密封性更好，受到环境的干扰更小；同时占地面积小，因此运行更为方便，可靠性更高。能够延长维修周期、降低维护工作量，减少运行费用。
二、气体绝缘高压组合开关设备的操作模式
气体绝缘高压组合开关设备，在操作方面，与常规的变电站敞开式电气设备操作较为类似。但是该设备具有更为鲜明的一体化特性，针对断路器及隔离开关等设备的具体操作，无法直观的观测到机械位置的变化。而是通过监测信号，完成对操作过程的监控。该设备在运行过程中要严格按照操作要求完成，通过就地操作模式、测控装置操作模式，以及远程监控后台操作模式完成具体操作过程。
就地操作模式，是通过集中控制屏的方式对开关设备进行间隔内外元件，以及主控室的控制和监视。并通过集中控制屏，呈现具体操作流程，完成就地操作。就地操作具体功能包括了传输信号、就地操作、保护和监控等。基本操作在控制柜上就可完成，能够查看断路器、刀闸、接地刀闸等；同时能够观察设备运行状态、观测设备内的气体密度。就地操作切换开关，需要将其切换至“就地”位置，然后再完成相应的开关刀闸操作。利用元件和主控室之间的终端机子相发送接收信号，从而完成操作。就地操作的控制器械为就地控制柜，其主要由保护开关、熔断器、电源开关、控制柜、开关设备测量和保护元件构成。
测控装置操作模式是集中于220kV系统微机测控装置，完成的测控监视、记录功能。测控装置配备了间隔层逻辑、自锁互锁等功能，能够通过自身开放性的特质，依托于网络通讯交换数据，获取其他间隔测控信息，并判断密锁逻辑、完成控制命令的执行。测控装置操作需要在五防机上完成模拟操作，通过五防机接收的操作顺序，传入电脑钥匙，电脑钥匙插入对应的设备单元端口，就可以依照操控的指令顺序，完成设备的操作。测控装置，既能够完成“远方”操作，也能够完成“就地”操作，通过开关位置的逻辑闭锁，可以满足不同出口条件的操作状态。
远程监控后台操作，是针对“远方”操作完成的五防机模拟操作，并通过后台上的操作执行，来调整设备切换开关，当开关切换至“远方”位置时，即可完成控制机设定的模拟操作，执行相应的后台命令。
三、220kV气体绝缘高压组合开关设备新技术
1.三相共筒式新技术
220kV气体绝缘高压组合开关设备，为典型的双母线间隔，设备本身能够将三相共筒技术，与单相断路器技术结合在一起，实现高紧凑性的电气性能。三相共筒结构新技术，能够将主回路元件的三相装在公共的接地外壳内，完成绝缘子的支撑和隔离。其主要通过的绝缘介质保护层，为环氧树脂浇注而成。这种形式的气体绝缘保护，能够最大程度的提升其结构紧凑性，对于设备的总体面积来说，实现了进一步的缩小，能够在原有基础上，缩小40%以上。同时由于环氧树脂浇注减少了外壳数量，因此可以最大程度的节省设备材料。环氧树脂的浇注绝缘形式，能够减少气体密封面、结合面、密封长度等，有效的降低了气体漏气率。三相共筒结构，有利于气体绝缘高压组合开关设备的等间隔运输。但这一设备技术需要具体考虑和成熟单相断路器技术的结合，才能实现有效的设备应用。尤其是220kV变电站需要单相重合闸，因此在断路器以及电缆终端部分，仍需要采用单相技术。
2.改进型压气式灭弧室和液压弹簧机构技术
在220kV气体绝缘高压组合开关设备核心部件断路器上，采用成熟的压气式灭弧室技术，能够更好的提升灭弧能量，减少触头材料的烧蚀和磨损。改进型压气式灭弧室，能够针对原有灭弧燃弧时间较长、短路电流大、压力大等具体问题，进行针对性的改进，在压气室基础上增加空载操作压力限制阀，有效的在断开电流时，避免操作机构的功率过大问题。避免灭火速度过快，产生过电压，确保可靠的断开小电流。通过改进，操作机构的巨大能量可以带动灭弧室，并产生足够的灭弧压力。
液压弹簧机构技术采用碟形弹簧储能，用密封的液压油路传动操作。与老式技术机构相比，能够持续提供系统压力，同时保障，系统不受到外界环境的影响，降低氮气泄漏的隐患。同时蝶形弹簧储能，能够有效起到传动作用，无需长期处在储能压力，能够有效的降低漏油几率。碟形弹簧相比拉簧或卷簧，有更高的机械应力和能量储存密度，因此更为稳定，寿命更长，更适用于气体绝缘高压组合开关设备的断路器操作。
3.隔离接地开关及快速接地开关新技术
在原有的隔离接地组合开关设计基础上，新技术将隔离开关与维护接地开关组合在同一系统模块中。采用了三工位的设计模式，确保隔离接地共用一个动触头，避免了两者之间的合闸误操作。这一技术设计能够提升结构紧凑性，同时完成马达电动驱动，既紧凑美观，同时又避免了连杆的外漏。新技术的改良，增设了双位置的指示标识，有利于观测隔离接地开关的合分状态。
快速接地开关，适用于紧急故障情况下的快速紧急关合短路电流。将快速接地开关，实现单独绝缘的接地，可以确保在不打开任何气体绝缘高压组合开关设备气室的情况下，对主回路完成测量及关合。快速接地开关可采用电动弹簧结构，完成电动操作的同时，也可同步进行手动操作，实现接地关合。
结语：气体绝缘高压组合开关设备新技术，是基于220kV设备完成的三相共筒式结构、压气式灭弧室、液压弹簧机构、隔离接地开关及快速接地开关的优化及改进，能够实现220kV设备的进一步优化。
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