【正文】 本論文要求針對我國鐵路現(xiàn)在的牽引變電所的現(xiàn)狀，研究在牽引變電所中采用 GIS 組合電器這種新技術(shù)新設(shè)備。 題 目： GIS 組合電器在牽引變電所的應(yīng)用 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 學(xué)習(xí)中心： 北京 西 南 交 通 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院 2021年 11 月 25 日 院系 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年級 二 學(xué) 號 姓 名 學(xué)習(xí)中心 指導(dǎo)教師 題目 GIS 組合電器在牽引變電所的應(yīng)用 指導(dǎo)教師 評 語 是否同意答辯 過程分 (滿分 20) 指導(dǎo)教師 (簽章 ) 評 閱 人 評 語 評 閱 人 (簽章 ) 成 績 答辯組組長 (簽章 ) 年 月 日 畢 業(yè) 論 文 書 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 開題日期： 2021 年 09 月 20 日 完成日期： 2021 年 11 月 25 日 題 目 GIS 組合電器在牽引變電所的應(yīng)用 題目類型 ：工程設(shè)計 技術(shù)專題研究√ 理論研究 軟硬件產(chǎn)品開發(fā) 一、 設(shè)計任務(wù)及要求 隨著我國電氣化鐵路迅速發(fā)展 ,牽引供電設(shè)備技術(shù)性能要求越來越高 ,尤其是新《土地法》實施后 ,征地成本不斷提高，在路網(wǎng)密集的大城市，建造大型牽引變電所用地非常緊張。 充分考慮我國鐵路的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展，立足應(yīng)用，立足運行和維護(hù)。 I Abstract GIS 組合電器有故障率低，節(jié)約土地資源，減少環(huán)境污染，提高操作安全性，符合環(huán)保要求等優(yōu)點。 GIS 組合電器的設(shè)計和運行管理也有別于常規(guī)的牽引變電所，通過科學(xué)的設(shè)計施工和正確的運行管理，才能保證可靠供電，保證鐵路運輸暢通。在新線路不斷建設(shè)的前提下 ,受環(huán)境影響小、高可靠性、集成度高、 占地和占空間少及免維護(hù)的新型牽引供電設(shè)備的需求日益迫切。隔離開關(guān)不但對地以環(huán)境空氣為主絕緣 ,還以環(huán)境空氣為斷口間分?jǐn)嘀鹘^緣和小電流熄弧介質(zhì) ,要求空氣間隙大 ,造成設(shè)備間距大 ,占地、占空間多。 （ 2）受環(huán)境影響大。 kV敞開式布置的設(shè)備因占地空間大 ,高壓室凈空要求高 ,不易采暖。 高凈空、大開間高壓室內(nèi) ,斷路器分、合閘 (彈簧機構(gòu) )等設(shè)備動作聲音經(jīng)回聲反復(fù)疊加 ,噪聲很大。 （ 6）高壓室凈空高、空間大 ,不但排風(fēng)換氣困難而且房屋因電氣設(shè)備沿墻體布置 ,需用西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 實心磚砌實體墻才能滿足要求。 上述諸多缺陷 ,客觀上要求 110 kV 及以上電壓等級六氟化硫全金屬封閉組合電器（ GIS）及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和在 電氣化鐵道牽引變電所應(yīng)用的進(jìn)一步研究。與敞開式開關(guān)設(shè)備相比，把斷路器、隔離 /接地開關(guān)、 CT、 PT、避雷器、母線等高壓設(shè)備放在封閉的空間里 ，使高壓設(shè)備免受到各種環(huán)境和氣候條件的作用，如：風(fēng)吹、雨淋、日曬和冰雪、霜露、濕熱的影響，加上沙塵、煙霧、污穢和鳥蟲等的侵害，減少了受污染的機會，運行可靠性得以大幅度提高。為提高絕緣強度，設(shè)計上通?？紤]使絕緣子附近的電極表面盡可能做到光滑平順，避免電場集中，減少自由帶 電離子形成的可能性。 GIS 采取了多方面的措施來控制設(shè)備內(nèi) 6SF 氣體的水分含量。第一，多功位的隔離開關(guān)從設(shè)計結(jié)構(gòu)上本身就帶有防止誤操作的功能，并且操作簡單，功耗?。磺?GIS 設(shè)計了隔離開關(guān)的觀察窗，使 得現(xiàn)場實現(xiàn)了隔離開關(guān)的明顯斷開點。第四，匯控箱使用不銹鋼殼體，表面噴涂工藝，內(nèi)部的繼電器通常使用進(jìn)口繼電器來延長使用壽命?，F(xiàn)場安裝的工作量比常規(guī)設(shè)備減少了 80%左右。 （ 6）符合環(huán)保要求。 電氣行業(yè) GIS 的發(fā)展?fàn)顩r 高壓電氣行業(yè)中，氣體具有優(yōu)異的絕緣性 能和滅弧性能。國際大電網(wǎng)會議在 1992 年統(tǒng)計，各國已投入運行的 GIS 變電站近 2021 所。自 80 年代開始，國產(chǎn)變電站的 330kV GIS 設(shè)備、上海楊樹電廠的 220kV GIS 設(shè)備等。金屬封閉外殼內(nèi)部充有一定壓力并有優(yōu)異滅弧和絕緣能力的 6SF 氣體，其絕緣性能、滅弧性能都比空氣好很多。 圖 21 現(xiàn)實中的 GIS變電所 6SF 氣體的電氣特性 (1) 6SF 分子很容易吸附自由電子，形成負(fù)離子，具有較強的電負(fù)性。但在不均勻電場中，其絕緣強度會下降，因此六氟化硫斷路器的部件多呈同心圓狀，以使電場均勻。如果例用 6SF 氣 體吹弧，使大量新鮮的 6SF 分子不斷和電弧接觸則滅弧更加迅速。 6SF 氣體中弧心部分導(dǎo)熱率低，溫度高，電導(dǎo)率大，其外焰部分導(dǎo)熱率高，溫度低，電導(dǎo)率小，所以電弧電流幾乎集中在弧心部分。 6SF 電弧的這種特點，使斷路器開斷小電流時，也不會由于截流作用而產(chǎn)生操作過電壓。選用不同斷口的斷路器 ,也就決定了組合電器內(nèi)其他元件的布置方式，組合電器的寬度、高度及斷口檢查的難易程度。液壓機構(gòu)置于本體的下部。 ZF11252 型 GIS 的斷路器的滅弧室采用變開距雙噴管形式。在結(jié)構(gòu)上，動靜觸頭用絕緣子 聯(lián)結(jié)成為一個整體，降低了滅弧室的高度。斷口電場的優(yōu)化設(shè)計，給斷路器的絕緣試驗和開斷試驗提供了有力保證。液壓機構(gòu)采用集成塊式，并且用油箱包容大部分液壓閥和液壓元件，使油箱外的管路大大減少，大大降低了滲漏的可能性。普通隔離開關(guān)主要用于在線路無電流時切合和隔離電路，配電動操作機構(gòu)，通過三極傳動， 實現(xiàn)三極聯(lián)動操作。底座上裝有明顯的分合指示牌，內(nèi)充 6SF 氣體。傳動機構(gòu)簡單可靠，通用性強?？焖俳拥亻_關(guān)除具有普通接地開關(guān)的特性外，主要用于變電站 的進(jìn)線端，具有關(guān)合線路短路電流和切合線路感應(yīng)電流的能力。降低了運動質(zhì)量，也相應(yīng)的降低了對操作功的需求。另一種是開口式 電纜結(jié)構(gòu) ,只能用于母線側(cè)。二是無間隙的氧化鋅避雷器或金屬封閉的 6SF 絕緣的避雷器 。圖 1 中封閉連接線為一金屬殼內(nèi)裝有鋁管導(dǎo)體 ,以 6SF 作為絕緣。 圖 24 GIS組合電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 24 為部分 GIS 器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。可靠供電是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)。我國停電一次所造成的經(jīng)濟損失為電價的 15~35 倍。主接線要有高度的靈活性。檢修時的靈活性，當(dāng)發(fā)電廠和變電站進(jìn)行檢修時，其主接線 應(yīng)滿足可以靈活地操作斷路器、隔離開關(guān)、母線和繼電保護(hù)裝置，而不至影響用戶供電。 以上是設(shè)計主接線的原則。一段母線故障，宜將故障范圍限制在全部母線的 1/4內(nèi)。但配電室里的走道尺寸、維修走道尺寸、廚房的幾何尺寸、吊車鉤至地面的 高度等則由設(shè)計者決定。戶外布置 GIS 時 ,通道的寬度和通道上架空跳線的高度應(yīng)考慮開進(jìn)汽車起吊等作業(yè) ,一般距 GIS外緣不得小于 。當(dāng)內(nèi)部發(fā)生故障而不能及時切斷 故障點，電弧能將外殼燒穿。電弧電壓對氣室壓力升高有很大的影響?？焖俳拥亻_關(guān)是由故障電流作為啟動電流的、只要故障電流達(dá)到動作值，快速接地隔離開關(guān)必然動作，對地大氣室用快速接地隔離開關(guān)的可靠性高。當(dāng)電流通過母線時， 在外殼感應(yīng)電壓，使外殼產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，使 GIS 設(shè)備容量減少。 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 為了解決上述問題，目前用 兩種方法解決。 當(dāng)運行人員接觸到分段絕緣的 GIS 外殼之后，有電流通過人體。