新型252kV GIS產品設計理念及關鍵技術

胡 輝

（廈門ABB 高壓開關有限公司，福建 廈門 361006）

隨著科學技術的不斷發展和高新技術的應用，變電站設備易操作、小型化、智能化、高可靠性、制造和運行低成本已成為一種發展趨勢。目前國內已有的126kV 三相共筒式GΙS、252kV 部分共箱式GΙS 等設備所采用的三相共筒型的設計理念均已不能滿足需求。在這種形勢下，ABB 公司自主研發了一款基于新型共箱化技術、新型人機界面技術、全雙動自能式斷路器技術、新型液壓彈簧操作機構技術的新一代252kV ELK-14/252 型GΙS。

1 新一代GIS 產品設計理念和特點

新一代252kV ELK-14/252 型GΙS 與原來的ELK-14/300 的產品相比，在其產品設計理念和整間隔布置結構上，運用新型共箱化和新型人機界面技術大幅度提高了原有產品的整體性能和技術水平。

圖1 新型252kV ELK-14/252 型GIS

1.1 新型共箱化設計理念

首先，GΙS 的每個功能模塊均采用三相共氣室，即每個功能模塊的三相導體均安裝在同一個殼體里，包括斷路器模塊。斷路器模塊的共箱化使GΙS產品的小型化得到了很大提升：

1）進一步減小了開關設備占地面積小，減少了SF6用量。

2）三相磁場平衡，外殼渦流損耗很小。

3）傳動零部件少，沒有相與相間的外部傳動拉桿，機械故障率小，且每相特性參數穩定，相間差異小。

然后，每個功能模塊的每相導體與外殼都呈同軸分布，各個功能模塊之間分別通過三個單相法蘭接口和三個獨立的單相絕緣子與其他功能模塊連接，但是均在一個完整的殼體內。這樣的設計與使用三相絕緣子連接的共筒型設計相比，更具優勢：

1）可靠性高,內部導體和外殼之間近似同軸圓柱的均勻電場分布，對地絕緣裕度大，而且相間電氣故障的概率大為下降。

2）當斷路器開斷時，在滅弧過程中產生的帶電粒子和熱氣流無極間擊穿的可能，運行穩定安全可靠。

3）由于各個功能模塊的所有三相組件均在一個單獨的殼體內，避免了更多的外部氣體管路連接，SF6氣密性好。

綜上所述，這種新型的共箱化設計，將單相設計與共筒設計的優點集為一體，避免了單相設計與共筒設計的缺點。既使設備小型化，又提高了產品的可靠性，使GΙS 產品達到了完美的統一。

1.2 新型人機界面的設計理念

新一代的252kV ELK-14/252 型GΙS 首次將斷路器操作機構、隔離開關操作機構和接地開關操作機構布置于設備前方，并且均安裝在同一個機構箱內。各個功能模塊的位置指示器、操作按鈕、機械聯鎖、電氣聯鎖、手動操作等功能以及互感器的二次終端，也布置在設備前方的機構箱內，與就地控制柜一體化。就地控制柜通常放置在GΙS 間隔前方，即操作機構箱的頂部，與其組成一個整體，根據工程的具體要求和客戶的實際需求，也可以提供常規控制的獨立控制柜。

圖2 新型252kV ELK-14/252 型GIS 設備人機界面

這種新型人機界面的設計，使得所有功能模塊均可以很容易在間隔正前方進行監控和維護，便于巡視和檢修。一體化的設計也使設備安裝和投運時間減少到最低，間隔將按照標準化、自動化和可靠的程序在工廠完成標準的安裝與測試。工廠內模塊組件的預組裝和嚴格的質量控制簡化了現場的安裝和調試工作，可以大大減少現場安裝工作。間隔的拼裝時間和氣體處理工作將減到最小，能夠避免在現場安裝過程中所帶來的故障隱患。

綜上所述，最新一代的ELK-14/252 GΙS 在原有產品的基礎上將斷路器、隔離開關、接地開關、母線模塊及連接模塊等進行了新型共箱化的設計和新型人機界面的設計，功能優化、布局緊湊、可靠性高、更易維護和使用。

2 新一代GIS 產品關鍵技術的研究

新一代252kV ELK-14/252型GΙS 運用了全雙動自能式斷路器、新型液壓彈簧操作機構等關鍵性技術，使得設備更加智能化。整間隔僅配用一臺新型液壓彈簧操作機構，即可實現單相/三相分閘、合閘及快速自動重合閘操作。

2.1 全雙動自能式斷路器技術

新型的252kV ELK-14/252型GΙS 斷路器采用了全雙動自能式斷路器技術，全雙動自能式滅弧原理與自能式滅弧室（熱膨脹+輔助壓氣）相比，所需要的操作功更少。斷路器斷口兩側的主觸頭、動弧觸頭、靜觸頭和靜弧觸頭均由連桿聯接進行反向運動（全雙動），不僅剛分速度顯著增加，又降低了機械應力并進一步減少了機構操作功。

圖3 全雙動自能式斷路器

當開斷大電流時，依靠電弧能量增壓，此時泄壓閥閉合，滅弧的能量由電弧自身提供；當開斷小電流時，泄壓閥處于打開狀態，壓氣所產生的高壓氣體吹滅小電流電弧。

每組斷路器包括一臺液壓彈簧操作機構和三個獨立的單斷口滅弧室,檢修時滅弧室可以很容易的從殼體中移出并以新的滅弧室替換。

2.2 新型液壓彈簧操作機構技術

目前國內已有的252kV GΙS 斷路器，為了滿足電力系統運行時對單相操作的需求，多采用每相斷路器配備一臺液壓機構或彈簧機構。但這種方式容易導致單相誤動，并且在進行三相電氣聯動時，又帶來同期誤差難以保證的難題。而采用三相斷路器配備一臺液壓機構或彈簧機構，雖然可以保證較好的動作同期性，但是無法滿足對于單相操作的需求。

新型的252kV ELK-14 型GΙS 斷路器配用一臺新型液壓彈簧操作機構，在不改變本體結構和配置的情況下，即可具備三相操作和單相操作的功能，并且可以有三相共氣室和單相獨立氣室兩種選擇。

圖4 新型液壓彈簧操作機構

該機構結合了液壓和彈簧操動機構的優點，性能穩定，可靠性高。由充壓模塊、碟簧儲能模塊、三個獨立的驅動活塞桿和控制閥、輔助觸點和位置指示等模塊組成。液壓控制回路集成在一個緊湊，密封的缸體中，無需任何外部管路。所有功能模塊都更易于維護和檢修。

3 結論

新一代252kV ELK-14/252 型SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備，在產品設計上結合了新型共箱化技術、新型人機界面技術、全雙動自能式斷路器技術、新型液壓彈簧操作機構技術，具有系統安全性、可靠性以及經濟性和耐久性等一系列顯著的優點，在易操作、小型化、智能化、高可靠性等方向上有了創新跨越式的發展，為廣大電力用戶提供了更優化的解決方案，代表了GΙS 最新的技術發展方向和趨勢。

[1] 尚振球.高壓電器[M].西安:西安交通大學出版社,1992.

[2] 邱毓昌.高電壓工程[M].西安:西安交通大學出版社,1995.

[3] 馬西奎.電磁場理論及應用[M].西安:西安交通大學出版社,2000.

[4] 嚴彰,朱德恒.高電壓絕緣[M].西安:西安交通大學出版社,2006.