水行業設計中選用的GIS氣體絕緣組合電器

李大勇　王冉　周慶蓮　姜福歡

[摘要]本文介紹了GIS氣體覺緣組合電器在66KV/10KV變電站的設計實例。高度集成的組合電器方案和普通空氣絕緣變電站相比，需要不到原來一半的面積，不必擔心占地和空間問題。

[關鍵詞]GIS，斷路器，隔離器開關，接地開關，模塊化系統

[中圖分類號]C931.6 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0216-02

1、前言

近年來，由于城市建設的規模急劇擴展，昂貴的土地費用和復雜的審批手續，對于一個新建的變電站來說，土地面積的需求已成為關系到整個變電站的造價的主要因素。

GIS是一種HIS系統。2004年在大連市的城市改造供水項目中選用了德國西門子公司的HIS氣體絕緣組合電器，該供水項目規模為80萬噸/日，設計中選用HIS氣體絕緣組合電器，該66KV/10KV變電站很有代表性。

2、GIS方案間隔、電器產品技術指標

8DN8-Ⅲ型HIS為用戶的開斷功能提供了一個富有創造性的方案，基于GIS技術，是緊湊型、費用低、模塊化、可以應用于室內和戶外，安全、可靠的運行。

現代化的工藝使得外形更美觀大方

8DN8-Ⅲ-HIS型組合電器采用了三相共體的結構，它的緊湊設計減少了設備本身所占有的空間；該設備大部分模塊清晰地布置在一個水平面上；鋁合金做外殼材料，可以提高防腐蝕性能且重量很輕；通過采用最新的結構和鑄造技術，優化了外殼的電場分布和機械性能。

六氟化硫氣體被用做絕緣和滅弧介質，所有的模塊都通過法蘭連接，靠精密的加工工藝和高質量的O型密封圈來保證設備的氣密性，這已在多年的使用中得到證明；絕緣盆子將間隔分隔幾個獨立的氣室，每一個氣室裝備了一套獨立的氣體監測設備、放暴膜和過濾材料，氣室中固定的過濾器可以吸收水分及SF6分解物。

防暴膜是防止氣室內氣體壓力的突變，防暴膜上面的氣體導向噴口，保證了防爆膜在打開時，氣體噴向一個限定的方向而不會傷害到運行人員；戶外使用的操作機構箱內安裝了加熱器；所有緊固件都是防腐材料制成。

模塊包括斷路器模塊、互感器模塊、終端模塊（含電纜終端模塊、空氣終端/避雷器、變壓器終端模塊）延伸模塊，重點介紹斷路器模塊及互感器模塊。

2.1 斷路器模塊

8DN8-Ⅲ型HIS開關的核心部分是三相共箱的斷路器模塊，由兩個部分組成：滅弧室；操作機構。

2.2 滅弧室

滅弧室是采用自能式的原理在斷路器操作時進行滅弧，由于所需的能量很小，相應發生的機械功能就小，這樣就使斷路器傳到外殼和地基上的應力也很小。

2.3 電流路徑

自能式斷路器的電流路徑是由靜觸頭支座，主觸頭，活動觸頭管、氣壓缸等組成的，弧觸頭是與主觸頭并聯的。

2.4 開斷工作電流

在分閘過程中，主觸頭首先打開，電流轉移至仍是閉合的弧觸頭，這樣，主觸頭就可以避免燒灼，隨著開斷的進行，電弧在弧觸頭之間發展，活動觸頭管向下運動，壓縮氣壓缸中的氣體，壓縮的滅弧氣體流經觸頭管進入觸頭間隙并滅弧。

2.5 開斷故障電流

如果短路電流很大，在弧觸頭周圍的滅弧氣體被電弧的能量充分地加熱，從而導致觸頭管中的氣壓上升，在這種情況下，產生滅弧氣壓所需的能量不必由操作機構提供。在操作過程中固定的弧觸頭打開，高壓滅弧氣體從滅弧噴嘴噴出，吹滅電弧。

2.6 操作機構

彈簧儲能機構為斷路器的分合提供能量，它安裝在一個緊湊的防腐蝕鋁合金外殼中，合閘彈簧和分閘彈簧布置在易于觀察的操作區內。整個操作機構完全和SF6氣室隔離開。防摩擦軸承和免維護儲能機構的應用保證了可以可靠運行數十年。

2.7 操作機構的優點

即使在電站電源故障時，保持確定的分合閘位置；無論合閘彈簧的狀態如何，斷路器最終可完成分閘操作；可進行大量的機械開斷操作；最少數量的活動部件；結構緊湊。

2.8 隔離開關和接地

隔離開關和接地開關的功能是綜合在一個三位置開關單元內。活動觸頭可以閉合隔離斷口或將高壓導體與接地開關的固定觸頭相連。在中性位置，無論是隔離開關還是接地開關的觸頭都不是閉合的，由一個電動操作機構驅動殼體內的絕緣轉軸，實現三相觸頭的聯動。

2.9 快速接地開關

快速接地開關是插入式接地開關。接地開關的動觸頭插入接地位置的靜觸頭，其操作機構是電動機帶動的彈簧儲能機構。

2.10 互感器模塊

電流和電壓互感器是為了測量和保護而設計的模塊。根據不同用戶需求，可提供常規的互感器或最先進的電流和電壓傳感器，例如充電型的數字互感器。

2.11 電流互感器模塊

通常采用的是功率強大的感應式電流互感器，這種電流互感器可以放在本體或布置中的任何位置。

2.12 電壓互感器模塊

采用了功率強大的電壓互感器，電壓互感器可以布置在出險隔離開關的任意一側，通過密封的絕緣板將二次連接引出殼體外。

2.13 終端模塊

終端模塊通過架空線、變壓器和電抗器、電纜方式將GIS間隔和設備連接起來，因而，它們實現了把殼體內的SF8氣體絕緣向其它絕緣介質的轉換。

2.14 延伸模抉

在間隔內通過延伸模塊完成各種方案的間距要求

3、控制與檢測

可靠并且美觀的組合電器控制系統也是非常可靠的先進的

間隔內所有控制、監視對象與集成式控制柜的電纜連接在出廠前也已完成，這樣不但能最大限度地減少現場調試時間，而且能降低出現故障的范圍和幾率。

根據標準設計，控制及監視系統由電動機械部分整合而成同時也能提供集控制與保護于一體的SICAMHV數字化控制方案，數字化模塊擁有自診斷及監控等功能。可以通過遠程監控了解到變電站中開關設備更多詳細的信息。從長遠的角度上說，能夠降低變電站的運行成本。

由于選用的變壓器均在8000KVA至30000KVA，所以均要差動保護，綜合保護器也為德國西門子公司產品。

3.1 變電站控制

控制和保護系統配置在各個控制柜中。

可以根據用戶要求提供滿足用戶特定需要的高壓開關設備。并提供標準化的設計方案。通常提供的組合電器控制方案是智能化的支持標準網絡協議的數字化控制以及保護系統，并附以監視和自診斷功能。基于西門子控制與保護設備廣闊的適用范圍，能提供為用戶度身定制的解決方案。

3.2 氣體監視

氣密性的絕緣盆子將每個間隔分割成功能獨立的多個氣室（如斷路器，隔離開關，電壓互感器等等）。每個氣室都始終處在帶有顯示裝置的密度繼電器的監視狀態中，在氣室壓力發生任何異常變化時，密度繼電器將立即報警。如在使用SICAM控制的設備上加裝傳感器，則還能對個氣室的氣體壓力變化趨勢進行預報。

4、GIS系統的優點

4.1 投資成本低

4.2 運行更節省、安全、可靠

4.3 免維護

4.4 保護環境

4.5 適應各種環境

4.6 經濟性和多用性

5、結束語

今后，供水項目中，用戶尤其是老水廠改造，66KV/6KV、66KV/10KV變電站選用GIS氣體絕緣組合電器方案愈來愈多，設計要優化，節省投資。另外GIS產品質量不斷提高，技術不斷發展，肯定要更新換代，設計人員不斷關注這一趨勢。與時俱進，不斷認真優化設計，使GIS在水行業應用更廣泛。節省更多投資。