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浅谈GIS 110kV SF6设备应用过程解析

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：高海

[导读] 摘要：GIS设备在电力系统中普遍采用的开关控制设备，掌握GIS设备的基本知识具有非凡的时代意义。

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        摘要：GIS设备在电力系统中普遍采用的开关控制设备，掌握GIS设备的基本知识具有非凡的时代意义。GIS的全称是气体绝缘金属封闭开关设备。GIS采用的是绝缘性能和灭弧性能优异的六氟化硫（SF6）气体作为绝缘和灭弧介质，并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中，因此与传统敞开式配电装置相比，GIS具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点。
        关键词：GIS 110kV   SF6
        0前言：
        充分了解GIS 110kV SF6成套设备的基本构成及其断路器的动作运行过程、SF6绝缘气体的使用、GIS设备的电气设备的试验等等，对于提高GIS设备安装过程、运行维护维修及可操作性的质量有决定性的作用，并且实现日常巡视、预防性试验、检修各个环节、以及断路器维护与检修提供了技术方法
        一、GIS 110kV SF6成套设备基本构成
        1、基本概念 GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器（CT、PT）、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器
        2、GIS 110kV SF6电气设备基本结构
        SF6开关设备是由成套的间隔组成，其中包括电源进线间隔、馈出间隔、母联分段间隔及母线设备间隔；
        电源进线间隔包括断路器、三工位隔离接地开关、快速接地开关、绝缘接地开关、电流互感器、电源互感器、避雷器及气体隔室等。
        馈出间隔包括断路器、三工位隔离接地开关、快速接地开关/绝缘接地开关、电流互感器、气体隔室。
        母联分段间隔及母线设备间隔：断路器、三工位隔离接地开关、快速接地开关、绝缘接地开关、电流互感器、电源互感器、避雷器及气体隔室等。
        二、GIS 110kV SF6成套设备安装基本条件简述
        1、空间环境：空间安装高度为最大设备高度的150%；水平平面空间为整体组装设备最大外形尺寸大于120%。
        2、设备安装地面的整体符合：浇筑混凝土大于每平方米作用力大于30MP，地面水平度偏差小于2/1000，表面平整度每平方米（凹凸）≤5mm。
        3、地面载荷：如表                单位：点/N

        4、间隔设备偏差：间隔设备位置偏差不大于2mm，设备连接水平小于±1.5mm、垂直小于±1.5mm，圆周变化量不大于1mm。
        5、电气连接：相邻设备间的导电连接是通过套筒来实现的。当安装时将套管与相邻的导电体连接用卡环固定住，以防滑动来实现运行导通的；间隔设备外壳连接靠的是外空间的绝缘盘、滑动型调整节、用螺杆与调节螺母的螺纹来调整间隙，并加紧调整节的密封圈。其设备外壳与绝缘盘间距离在圆周上的变化量不得大于1mm。
        6、外壳接地：间隔设备接地体采用铜材质的导体不得小于120mm2，GIS接地系统采用铜材质的导体不得小于240mm2。
        三、GIS 110kV SF6断路器操作
        GIS间隔设备通电导通及断开是SF6断路器在执行机构操作下的储能、合、分动作的完整性运行全过程的。
        操作合闸储能时合闸弹簧将断路器合闸的同时给分闸弹簧储能。合闸操作结束后，驱动系统立即启动给合闸弹簧再储能。合闸操作弹簧储能时合闸机构系统咬合，使得断路器保持在分闸位置。合闸线圈受电后，吸合传动杆，传动杆撞击合闸机构，使其弹簧释放能量，驱动连杆，带动灭弧室动作，使断路器合闸。
        操作分闸时分闸弹簧通过连杆与灭弧单元的动作分闸机构，分闸机构在断路器合闸时被压缩储能。分闸操作弹簧储能时分闸机构系统咬合，使得断路器保持在合闸位置。分闸线圈受点后，吸合传动杆，传动杆撞击分闸机构，使其弹簧能量释放，驱动连杆，带动灭弧室动作，使断路器分闸。
        SF6断路器操作以安装在同一外壳上并通过同一套弹簧操动机构的三台垂直排列的自吹式灭弧装置组成，采用的是压力式灭弧室，灭弧室组成由压气室和膨胀室两部分。
        操作过程：断路器在合闸位置，持续电缆通过主触头传送。当断路器开始分闸时，动触头与静触头分离。而弧触头的动端与静端即将分离的位置。压气室的的体积缩小，压力增高，单向阀打开，SF6气体从压气室流向膨胀室，整个气缸内的其他被压缩。弧触头的动端与静端开始分离，弧触头的动端与静端产生电弧。当电流很大时，由此产生的高压力气体将可能使压气室内压力超过膨胀室内的压力，从而关闭期间的单向阀，这样可以限制膨胀室内的压力过高。当断路器的电流被断开，断路器处于分闸位置，随着电弧过零变细，从喷嘴吹出强劲的气流，带走高热量的电离物，使得电弧区冷却，恢复断口间的绝缘能力，电弧无法重燃，从而开断电流。在合闸操作时，灭弧室内的SF6气体将通过回气单向阀迅速补充到压气室的气缸中，为下一次分闸做好准备。
        四、GIS 110kV SF6成套设备耐压试验
        GIS各气室SF6气体压力在额定压力，且充气24 h后测量微水合格，处于运行状态，现场确定无误后进行耐压试验。
        GIS耐压试验通常采用变频电压谐振的方法，通过调节变频电源输出频率使回路中发生电压谐振，再调节变频电源输出电压使试验电压达到试验电压值，试验频率可在一定范围内调节，品质因数高，无"试验死区"，而且试验设备保护功能完善，可以有效地保护试品。
        110 kV GIS中的电流互感器、电压互感器、避雷器切除后，分相单独进行耐压试验，试验电压由零值逐步升压到126 kV，试验时间5 min，然后将试验电压值继续升至184 kV，进行1 min的交流耐压试验。GIS承受规定的试验电压值、1min无击穿放电现象，认为GIS耐压试验通过
        GIS的电容量CX可以通过一些资料查到，算出GIS的电容量CX。110kVGIS每间隔电容量一般为600~800pF。GIS的电容量CX由选择高压电抗器的电感量L和品质因数Q来决定。
        五、结束语
        GIS 110kV SF6成套设备达到完整可靠供电是建立在多方面的试验数据的基础之上，全面熟练掌握了GIS设备基础知识，在今后日常巡视、预防性试验、检修各个环节能够提供了技术支持和解决问题的方法。
        参考文献：
        [1] 110kV GIS SF6成套设备安装维护说明操作手册 2007 47 020 825C/3 1-12
        [2] 高压电气设备试验方法李建明朱康 2001 201-207