【文章內(nèi)容簡介】 6SF 氣體中的水分含量如果超過一定數(shù)值將會對設備產(chǎn)生危害。 GIS 采取了多方面的措施來控制設備內(nèi) 6SF 氣體的水分含量。第一，所有零部件裝配前進行干燥清潔處理，使材料本身含水量減少到最低程度，并且裝配環(huán)境符合相關要求；第二，開關內(nèi)部放 置吸附劑（吸附材料主要有活性氧化鋁和合成沸石），吸附氣體中的水分西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 3 和 6SF 分解物；第三，對成品進行充氮氣、抽真空處理；第四，整體模塊出廠現(xiàn)場安裝，避免了在戶外解體時受大氣的影響；第五，良好的氣密性能，阻止了外部大氣中的水分通道。由于 GIS 采用 6SF 氣體作為絕緣介質(zhì)，大幅度地縮小了絕緣距離。 （ 4）提高操作的安全性。第一，多功位的隔離開關從設計結構上本身就帶有防止誤操作的功能，并且操作簡單，功耗小；且 GIS 設計了隔離開關的觀察窗，使 得現(xiàn)場實現(xiàn)了隔離開關的明顯斷開點。第二， GIS 的出線套管廠家一般考慮兩種形式：硅橡膠和陶瓷。由于考慮到設備的免維護，套管的爬距較大，一般采用都超過國家標準的最大爬距。第三，在低溫地區(qū)一般使用 6SF 和 4CF 的混合氣體，而不采用通常國內(nèi)使用的混合 2N 和加熱器的形式。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口繼電器來延長使用壽命。 （ 5）施工工期短，方便安裝維護。 GIS 的一次部分是在工廠的凈化車間完成的，二次控制線是通過航空插頭連接的，整體設備是在工廠內(nèi)進行調(diào)試的。一次設備現(xiàn)場不需要凈化處理和抽真空等工藝過程，安裝現(xiàn)場只需要簡單的整體組裝和固定；二次部分使用的航空插頭是一一對應的，不需要重新進行二次電纜的撥線、對線、做電纜頭等工作，也不會發(fā)生插錯的問題；一般來說，現(xiàn)場安裝由廠家負責， 145kV和 252kV的設備一天即可安裝完成?，F(xiàn)場安裝的工作量比常規(guī)設備減少了 80%左右。 GIS 基本屬于免維護的設備，廠家一般僅要求 5～ 7 年進行一次預防性實驗。斷路器和隔離開關的操作機構以及 CT、匯控柜都可以進行整體更換，一次設備可分項整體更換。上述元件如果發(fā)生損壞問題，一般是退回廠家整體更換，不需要現(xiàn)場處理。 （ 6）符合環(huán)保要求。 GIS 設備的導電部分外殼屏蔽，接地良好，導電體產(chǎn)生的輻射、電場干擾、斷路器開斷的噪音均被外殼屏蔽了，減少了電磁污染。 GIS 設備具有優(yōu)良的耐震性能，尤其適合在城市中心或居民區(qū)使用，且它的操作機構和匯控箱等的密封、防腐等級都比較高。由于支架表面使用熱鍍鋅工藝并在支架上進行噴涂以防止光線污染，美化了環(huán)境。 電氣行業(yè) GIS 的發(fā)展狀況 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。 50 年代，高壓電器的絕緣介質(zhì)就用 6SF 氣體代替了空氣 。60 年代中期，美國制造了第一套 GIS 設備，使高壓電器發(fā)生了西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 4 質(zhì)的飛躍，也給配電裝置帶來了一次革命，它具有占地面積少、元件全部密封、不受環(huán)境干擾、可靠性高、運行費用低等優(yōu)點，引起世界電力部門的普遍重視。 30 年來， GIS 設備發(fā)展很快，歐洲、美洲、中東的電力公司都規(guī)定配電裝置要用 GIS 設備，在亞洲、非洲、澳洲的發(fā)達國家也基本上規(guī)定要用 GIS 設備，在南非有 800kV GIS 設備投入運行。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。我國的 GIS 設備的研制工作起步于６０年代，與世界其他國家基本同步，１９７１年我國首次試制成功１１０ＫＶＧＩＳ設備，并投入運行。自改革開放以來，我國大型的核電站、火電站、水電站、變電站先后都選用了 GIS 設備。例如：大亞灣、秦山核電站，廣東抽水蓄能電站，四川二灘水電站，浙江北侖港、上海石洞口、廣東沙角等火電廠，廣東江門、云南草鋪等變電站，三峽水電站的升壓電站。自 80 年代開始，國產(chǎn)變電站的 330kV GIS 設備、上海楊樹電廠的 220kV GIS 設備等。 2021 年 ，電氣化鐵道專用 6SF 氣體絕緣全金屬封閉組合電器 (GIS)通過了國家定點的西安高壓電器研究所高壓成套型式試驗驗證 ,并于 2021年 4月 28日在襄渝線六里坪牽引變電所正式投入運行。 西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 5 第 2 章 6SF 全封閉組合電器 6SF 全封閉組合電器體積小、技術性能優(yōu)良、是７０年代初期出現(xiàn)的一種先進的高壓電氣配電裝置，國際上叫這種設備為 Gas Insulated Switchgear，簡稱 GIS。 GIS 是由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件等單元，以及控制、測量、保護等裝置和內(nèi)部連接件、絕緣支持件和輔助件固定聯(lián)接后，封閉安裝在一個或幾個接地的金屬封閉外殼內(nèi)的成套配電裝置。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。 GIS 設備具有優(yōu)良的技術性能和占地面積少的特點，特別適合于我國國情?，F(xiàn)在全世界的電力系統(tǒng)都在使用。圖 21 為現(xiàn)實中的 GIS 變電所。 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，形成負離子，具有較強的電負性。但在一定電場下，這些離子很難積累足夠的能量導致氣體電離。同時因為氣體中的自由電子減少，還降低了這些電子容易使氣體被擊穿的危害。因此， 6SF 氣體具有良好的絕緣性能，在均勻電場中 6SF西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 6 的絕緣強度比空氣大 2～ 3 倍，在 壓力下，絕緣強度超過變壓器油。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。 (2) 6SF 分子具有較強的電負性，使 6SF 具有強大的滅弧能力。因為 6SF 分子吸附自由電子后變?yōu)樨撾x子，負離子容易和正離子復合形成中性分子，使電弧空間的導電性能很快消失。特別在電弧電流接近零值時，這種作用更加顯著。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。由于 6SF 氣體滅弧能力強，從導電電弧向絕緣體變化速度特別快，所以 6SF 斷路器的開斷電流大，開斷時間短。在同一電壓等級， 同一開斷電流和其它條件相同的條件下， 6SF 斷路器的串聯(lián)斷口較少。 （ 3） 6SF 氣體是多原子的分子氣體，在電弧高溫下分解和電離的情況非常 復雜。 6SF 氣體中弧心部分導熱率低，溫度高，電導率大，其外焰部分導熱率高，溫度低，電導率小，所以電弧電流幾乎集中在弧心部分。因此，在 6SF 氣體中，可以看到很細、很亮的電弧，幾乎看不到外焰部位。這也是 6SF 氣體滅弧時間短的原因之一。當電弧電流減小趨近于零值時， 6SF 分子此時電負性顯著，從而使電流保持連續(xù)，可使細小的弧心一直存在到極小的電流范圍。 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。 GIS 的組成元件 (1) 6SF 斷路器。 6SF 斷路器是 GIS 的主要元件。這種斷路器有水平斷口和垂直斷口兩種類型。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。下面以 ZF11252 型 GIS 的斷路器為例具體介紹。 ZF11252 型 GIS 的斷路器是 GIS 的一個組成元件，它能關合與開斷正常情況下的各種負載電路（包括空載變壓器，空載輸電線路等），也能在線路中出現(xiàn)短路故障時關合與開斷短路電流，而且還能實現(xiàn)自動重合閘的要求。該斷路器為單斷口，三相分裝立式布置。液壓機構置于本體的下部。所有的液壓機構元件均裝在機構箱內(nèi)，并采用集成塊式簡化機構，以減少漏油環(huán)節(jié)，提高斷路器的運行可靠性。 ZF11252 型 GIS 的斷路器的本體是由完全相同的三個單極組成，每極由金屬殼體，底西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 7 架，滅弧室，絕緣構件（包括盤式絕緣子、絕緣支座和絕緣拉桿）以及密度繼電器，吸附劑等附件組成。該元件為獨 立氣室，內(nèi)充 6SF 氣體，其出線方式有兩種，一種是兩側出線，另一種是同側出線，一般視總體布置而定。 ZF11252 型 GIS 的斷路器的滅弧室采用變開距雙噴管形式。斷路器分閘時，主觸頭先分離，弧觸頭后分離，電弧在弧觸頭間和噴管內(nèi)產(chǎn)生，不會燒傷主觸指。氣壓缸內(nèi)的 6SF 氣體被壓縮后經(jīng)噴管與動觸頭之間環(huán)形截面吹入燒弧區(qū)域，然后向上，下兩個方向吹拂電弧。向上吹拂的熱氣流離開靜觸座后，進入導氣均壓罩內(nèi)。在結構上，動靜觸頭用絕緣子 聯(lián)結成為一個整體，降低了滅弧室的高度。特別是在開斷過程中，可以使熱氣流遠離斷口，并使冷熱氣體充分混合，因而氣流場得到了大大的改善。再加上良好的速度特性配合，使斷路器既具有開斷短燃弧的能力，又具有良好開斷長燃弧的能力。采用最佳方案的噴口，加強了觸頭分離后弧隙的去游離作用，并提高了短路電流過零后觸頭間的絕緣介質(zhì)恢復強度。斷口電場的優(yōu)化設計，給斷路器的絕緣試驗和開斷試驗提供了有力保證。該斷路器燃弧時間短，超行程大，弧觸頭允許燒蝕量大，弧觸頭和噴管燒蝕性能好，可以保證較長的電壽命。 ZF11252 型 GIS 的斷路器 的操作方式為分相操作，也可通過電氣聯(lián)動對斷路器的三極同時進行分、合閘及重合閘操作。三極分別配有相同的液壓機構。液壓機構采用集成塊式，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。 (2)隔離開關 隔離開關是 GIS 的標準元件之一。其主要作用是用來隔離電壓 ,視動觸頭運動方式的不同 ,有轉動式和直動兩大類 ,無論采用什么形式 ,都希望能開斷小電容電流及環(huán)流。按功能分為普通隔離開關和快速隔離開關兩種。普通隔離開關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，通過三極傳動， 實現(xiàn)三極聯(lián)動操作?？焖俑綦x開關除具有普通隔離開關的特性外，還具有切合感應電流、小電磁電流及切合雙母線環(huán)流的能力，其切環(huán)流為 1600A（ 20V），配彈簧操作機構操作。普通隔離開關和快速隔離開關本體結構是相同的，其三極結構也完全相同，相間靠三極傳動聯(lián)動。每極殼體上都裝有氣路連通、密度繼電器、充放氣接頭等附件，在動靜觸頭斷口位置設有觀察窗，可方便直觀的看到殼體內(nèi)部觸頭的分合情況。底座上裝有明顯的分合指示牌，內(nèi)充 6SF 氣體。隔離開關通過精確的西南交通大學網(wǎng)絡教育 畢業(yè)設計（論文） 8 電場計算，優(yōu)化斷口 結構，使隔離開關具有斷口距離小，耐壓性能高等特點。降低了運動質(zhì)量，也相應的降低了對操作功的需求。采用了高通流能力的電聯(lián)接，大大提高了各自的通流能力。傳動機構簡單可靠，通用性強。圖 22 為隔離開關的內(nèi)外部結構。 圖 22 隔離開關的內(nèi)外部結構 (3)接地開關 接地開關也是 GIS 標準元件之一，按功能分為工作接地和快速接地兩種。工作接地開關主要用于工作維護接地，合閘后使不帶電的主回路可靠接地，確保主回路的人身安全，配電動操作機構，實現(xiàn)三極聯(lián)動操作?？焖俳拥亻_關除具有普通接地開關的特性外，主要用于變電站 的進線端，具有關合線路短路電流和切合線路感應電流的能力。保護 GIS 免受燒損。配彈簧操作機構，實現(xiàn)三極聯(lián)動操作。接地開關通過精確的電場計算，優(yōu)化斷口結構，使隔離開關具有斷口距離小，耐壓性能高等特點。降低了運動質(zhì)量，也相應的降低了對操作功的需求。采用了高通流能力的電聯(lián)接，大