【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 6SF 氣體中的水分含量如果超過一定數(shù)值將會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害。 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，所有零部件裝配前進(jìn)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(guān)要求；第二，開關(guān)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(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 和 6SF 分解物；第三，對(duì)成品進(jìn)行充氮?dú)?、抽真空處理；第四，整體模塊出廠現(xiàn)場(chǎng)安裝，避免了在戶外解體時(shí)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(guān)從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上本身就帶有防止誤操作的功能，并且操作簡(jiǎn)單，功耗??；且 GIS 設(shè)計(jì)了隔離開關(guān)的觀察窗，使 得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了隔離開關(guān)的明顯斷開點(diǎn)。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(shè)備的免維護(hù)，套管的爬距較大，一般采用都超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(jìn)口繼電器來延長(zhǎng)使用壽命。 （ 5）施工工期短，方便安裝維護(hù)。 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(shè)備是在工廠內(nèi)進(jìn)行調(diào)試的。一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)不需要凈化處理和抽真空等工藝過程，安裝現(xiàn)場(chǎng)只需要簡(jiǎn)單的整體組裝和固定；二次部分使用的航空插頭是一一對(duì)應(yīng)的，不需要重新進(jìn)行二次電纜的撥線、對(duì)線、做電纜頭等工作，也不會(huì)發(fā)生插錯(cuò)的問題；一般來說，現(xiàn)場(chǎng)安裝由廠家負(fù)責(zé)， 145kV和 252kV的設(shè)備一天即可安裝完成?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量比常規(guī)設(shè)備減少了 80%左右。 GIS 基本屬于免維護(hù)的設(shè)備，廠家一般僅要求 5～ 7 年進(jìn)行一次預(yù)防性實(shí)驗(yàn)。斷路器和隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)以及 CT、匯控柜都可以進(jìn)行整體更換，一次設(shè)備可分項(xiàng)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(chǎng)處理。 （ 6）符合環(huán)保要求。 GIS 設(shè)備的導(dǎo)電部分外殼屏蔽，接地良好，導(dǎo)電體產(chǎn)生的輻射、電場(chǎng)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(shè)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(jī)構(gòu)和匯控箱等的密封、防腐等級(jí)都比較高。由于支架表面使用熱鍍鋅工藝并在支架上進(jìn)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?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。 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(guó)制造了第一套 GIS 設(shè)備，使高壓電器發(fā)生了西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，引起世界電力部門的普遍重視。 30 年來， GIS 設(shè)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(shè)備，在亞洲、非洲、澳洲的發(fā)達(dá)國(guó)家也基本上規(guī)定要用 GIS 設(shè)備，在南非有 800kV GIS 設(shè)備投入運(yùn)行。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議在 1992 年統(tǒng)計(jì)，各國(guó)已投入運(yùn)行的 GIS 變電站近 2021 所。我國(guó)的 GIS 設(shè)備的研制工作起步于６０年代，與世界其他國(guó)家基本同步，１９７１年我國(guó)首次試制成功１１０ＫＶＧＩＳ設(shè)備，并投入運(yùn)行。自改革開放以來，我國(guó)大型的核電站、火電站、水電站、變電站先后都選用了 GIS 設(shè)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(guó)產(chǎn)變電站的 330kV GIS 設(shè)備、上海楊樹電廠的 220kV GIS 設(shè)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(guó)家定點(diǎn)的西安高壓電器研究所高壓成套型式試驗(yàn)驗(yàn)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(yùn)行。 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shù)性能優(yōu)良、是７０年代初期出現(xiàn)的一種先進(jìn)的高壓電氣配電裝置，國(guó)際上叫這種設(shè)備為 Gas Insulated Switchgear，簡(jiǎn)稱 GIS。 GIS 是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件等單元，以及控制、測(cè)量、保護(hù)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(gè)或幾個(gè)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(shè)備具有優(yōu)良的技術(shù)性能和占地面積少的特點(diǎn)，特別適合于我國(guó)國(guó)情。現(xiàn)在全世界的電力系統(tǒng)都在使用。圖 21 為現(xiàn)實(shí)中的 GIS 變電所。 圖 21 現(xiàn)實(shí)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(qiáng)的電負(fù)性。但在一定電場(chǎng)下，這些離子很難積累足夠的能量導(dǎo)致氣體電離。同時(shí)因?yàn)闅怏w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(chǎng)中 6SF西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 的絕緣強(qiáng)度比空氣大 2～ 3 倍，在 壓力下，絕緣強(qiáng)度超過變壓器油。但在不均勻電場(chǎng)中，其絕緣強(qiáng)度會(huì)下降，因此六氟化硫斷路器的部件多呈同心圓狀，以使電場(chǎng)均勻。 (2) 6SF 分子具有較強(qiáng)的電負(fù)性，使 6SF 具有強(qiáng)大的滅弧能力。因?yàn)?6SF 分子吸附自由電子后變?yōu)樨?fù)離子，負(fù)離子容易和正離子復(fù)合形成中性分子，使電弧空間的導(dǎo)電性能很快消失。特別在電弧電流接近零值時(shí)，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(qiáng)，從導(dǎo)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(shí)間短。在同一電壓等級(jí)， 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(fù)雜。 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。因此，在 6SF 氣體中，可以看到很細(xì)、很亮的電弧，幾乎看不到外焰部位。這也是 6SF 氣體滅弧時(shí)間短的原因之一。當(dāng)電弧電流減小趨近于零值時(shí)， 6SF 分子此時(shí)電負(fù)性顯著，從而使電流保持連續(xù)，可使細(xì)小的弧心一直存在到極小的電流范圍。 6SF 電弧的這種特點(diǎn)，使斷路器開斷小電流時(shí)，也不會(huì)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(gè)組成元件，它能關(guān)合與開斷正常情況下的各種負(fù)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(shí)關(guān)合與開斷短路電流，而且還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)構(gòu)置于本體的下部。所有的液壓機(jī)構(gòu)元件均裝在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，并采用集成塊式簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，以減少漏油環(huán)節(jié)，提高斷路器的運(yùn)行可靠性。 ZF11252 型 GIS 的斷路器的本體是由完全相同的三個(gè)單極組成，每極由金屬殼體，底西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 架，滅弧室，絕緣構(gòu)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(dú) 立氣室，內(nèi)充 6SF 氣體，其出線方式有兩種，一種是兩側(cè)出線，另一種是同側(cè)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(shí)，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(huì)燒傷主觸指。氣壓缸內(nèi)的 6SF 氣體被壓縮后經(jīng)噴管與動(dòng)觸頭之間環(huán)形截面吹入燒弧區(qū)域，然后向上，下兩個(gè)方向吹拂電弧。向上吹拂的熱氣流離開靜觸座后，進(jìn)入導(dǎo)氣均壓罩內(nèi)。在結(jié)構(gòu)上，動(dòng)靜觸頭用絕緣子 聯(lián)結(jié)成為一個(gè)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(yuǎn)離斷口，并使冷熱氣體充分混合，因而氣流場(chǎng)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(zhǎng)燃弧的能力。采用最佳方案的噴口，加強(qiáng)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(fù)強(qiáng)度。斷口電場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，給斷路器的絕緣試驗(yàn)和開斷試驗(yàn)提供了有力保證。該斷路器燃弧時(shí)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(zhǎng)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(dòng)對(duì)斷路器的三極同時(shí)進(jìn)行分、合閘及重合閘操作。三極分別配有相同的液壓機(jī)構(gòu)。液壓機(jī)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。 (2)隔離開關(guān) 隔離開關(guān)是 GIS 的標(biāo)準(zhǔn)元件之一。其主要作用是用來隔離電壓 ,視動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)方式的不同 ,有轉(zhuǎn)動(dòng)式和直動(dòng)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(guān)和快速隔離開關(guān)兩種。普通隔離開關(guān)主要用于在線路無電流時(shí)切合和隔離電路，配電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，通過三極傳動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)三極聯(lián)動(dòng)操作。快速隔離開關(guān)除具有普通隔離開關(guān)的特性外，還具有切合感應(yīng)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(jī)構(gòu)操作。普通隔離開關(guān)和快速隔離開關(guān)本體結(jié)構(gòu)是相同的，其三極結(jié)構(gòu)也完全相同，相間靠三極傳動(dòng)聯(lián)動(dòng)。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(dòng)靜觸頭斷口位置設(shè)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(guān)通過精確的西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 電場(chǎng)計(jì)算，優(yōu)化斷口 結(jié)構(gòu)，使隔離開關(guān)具有斷口距離小，耐壓性能高等特點(diǎn)。降低了運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，也相應(yīng)的降低了對(duì)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(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，通用性強(qiáng)。圖 22 為隔離開關(guān)的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)。 圖 22 隔離開關(guān)的內(nèi)外部結(jié)構(gòu) (3)接地開關(guān) 接地開關(guān)也是 GIS 標(biāo)準(zhǔn)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(guān)主要用于工作維護(hù)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(dòng)操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三極聯(lián)動(dòng)操作?？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。保護(hù) GIS 免受燒損。配彈簧操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三極聯(lián)動(dòng)操作。接地開關(guān)通過精確的電場(chǎng)計(jì)算，優(yōu)化斷口結(jié)構(gòu)，使隔離開關(guān)具有斷口距離小，耐壓性能高等特點(diǎn)。降低了運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，也相應(yīng)的降低了對(duì)操作功的需求。采用了高通流能力的電聯(lián)接，大