探究SF6氣體絕緣全封閉組合電器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

郭良浩 呂昊 武亞軍

摘 要：由于SF6全封閉組合電器諸多優(yōu)點(diǎn)，近十幾年來(lái)，新投運(yùn)的變電設(shè)備大部分采用SF6全封閉式組合電器（GIS）設(shè)備，設(shè)備主要是由西高、沈高、泰高、平高等公司生產(chǎn)的SF6全封閉式組合電器（GIS）。全封閉式組合電器采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，六氟化硫從 1940 年作為絕緣介質(zhì)開(kāi)始，迄今已被廣泛地應(yīng)用在電力設(shè)備中，如高壓斷路器、變壓器、互感器、電容器、避雷器、接觸器、熔斷器、管道母等。本文詳細(xì)介紹了GIS的主要結(jié)構(gòu)，并且闡述了SF6氣體絕緣全封閉組合電器的設(shè)計(jì)安裝與應(yīng)用，希望能夠有效促進(jìn)SF6氣體絕緣全封閉組合電器的運(yùn)用與普及。

關(guān)鍵詞：GIS;結(jié)構(gòu)分析;過(guò)電壓

SF6全封閉組合電器（GIS）由于具備結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活、設(shè)計(jì)運(yùn)用便捷、可靠性較強(qiáng)、檢修便捷以及占地空間較小等優(yōu)勢(shì)，在10kV～35kV系統(tǒng)中的應(yīng)用前景非常好?，F(xiàn)今，10kV開(kāi)關(guān)柜能夠在向鐵路電力、信號(hào)供電的變、配電系統(tǒng)和牽引變電所向地區(qū)負(fù)荷供電的變、配電系統(tǒng)中。并且27.5kV開(kāi)關(guān)柜能夠在干線電氣化鐵道牽引變電所、開(kāi)閉所以及分區(qū)亭中得到應(yīng)用。

1、GIS的主要結(jié)構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)，GIS是積木式結(jié)構(gòu)，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器等元件能夠隨意進(jìn)行組合，并且可以依照用戶的實(shí)際需求和電氣主接線。GIS額定電壓運(yùn)行就是66～550kV，并且額定電流是1250～4000A，額定開(kāi)斷電流的范圍通常是31. 5～50kA，國(guó)產(chǎn)的GIS額定開(kāi)斷電流僅僅只能達(dá)到40kA。為了使得結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，并且滿足現(xiàn)代變電站的實(shí)際需求，分相式GIS通常會(huì)運(yùn)用在電壓高、電流大的地方。為了使得GIS的尺寸更小，110kV的GIS也通常會(huì)運(yùn)用到三相式的結(jié)構(gòu)。

1.1斷路器

GIS中的斷路器大部分是壓氣式斷路器（單壓式），這種斷路器的制造流程非常簡(jiǎn)單，通常使用壓力范圍是0.5 ～0.7Mpa，在普通區(qū)域運(yùn)行的時(shí)候，SF6氣體都不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

GIS斷路器的斷口能夠進(jìn)行垂直布置，當(dāng)然，水平也是可以的。水平布置的特性就是兩側(cè)出線孔需要其它元件的支持，在檢修的過(guò)程中，滅弧室從端蓋方向抽出，所以就不會(huì)要求起吊滅弧室高度，可是應(yīng)該具備一定的寬度;斷口垂直布置的斷路器，出線孔應(yīng)該在兩側(cè)進(jìn)行布置，并且操作機(jī)構(gòu)通常是斷路器的支座，在檢修的過(guò)程中，滅弧室應(yīng)該以垂直向上的狀態(tài)吊出，配電室高度應(yīng)該嚴(yán)格地控制，可是側(cè)向距離通常相較于斷口水平布置的斷路器較小。通常來(lái)說(shuō)，GIS的斷路器是進(jìn)行垂直布置，進(jìn)而在支持其它元件的時(shí)候，更加方便。

1.2隔離開(kāi)關(guān)

隔離開(kāi)關(guān)具備一定的復(fù)雜性，目的就是投入或是切除電路無(wú)電流區(qū)段。在結(jié)構(gòu)層面上來(lái)說(shuō)，這種開(kāi)關(guān)包括直動(dòng)式與轉(zhuǎn)動(dòng)式，轉(zhuǎn)動(dòng)式應(yīng)該設(shè)置在90°轉(zhuǎn)角的區(qū)域與直線回路，并且直動(dòng)式宜應(yīng)該設(shè)置在90°角的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，便于檢修。

1.3電流互感器

電流互感器能夠獨(dú)立地構(gòu)成一個(gè)元件，或是能夠和套管、電纜頭共同構(gòu)成一個(gè)元件。獨(dú)立的電流互感器應(yīng)該安裝在一個(gè)直徑相對(duì)較大的筒內(nèi)，并且筒內(nèi)依照實(shí)際需求，應(yīng)該設(shè)置4～6個(gè)環(huán)形鐵芯，進(jìn)行二次繞組的時(shí)候，就可以繞在鐵芯上。

1.4電壓互感器

包括電容分壓式與電磁式，這是基于原理進(jìn)行劃分的，要是基于絕緣方法進(jìn)行分類(lèi)，就能夠分成環(huán)氧澆注式與SF6氣體絕緣式。

1.5母線

三相母線是在一個(gè)筒內(nèi)，處于封閉的狀態(tài)，導(dǎo)電桿運(yùn)用條形（盆形）進(jìn)行支撐與固定，并且其優(yōu)勢(shì)就是外殼渦流的損失相對(duì)較小，并且載流容量相對(duì)較大?？墒?，三相母線的電動(dòng)力較大，并且可能會(huì)出現(xiàn)三相短路的現(xiàn)象。另外一種就是單相母線筒，一個(gè)相線是在一個(gè)筒內(nèi)進(jìn)行封閉的，其優(yōu)勢(shì)是不會(huì)出現(xiàn)三相短路的現(xiàn)象，圓筒直徑相較于相同環(huán)境下的三相母線來(lái)說(shuō)，要小一些，能夠分割若干個(gè)氣隔，并且降低了回收的SF6氣體量?？墒且灿幸恍┍锥耍热缯加幂^多的空間資源，存在渦流損耗等。

1.6接地（快速）開(kāi)關(guān)

（1）工作接地開(kāi)關(guān)，其動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的速度較小，工作接地開(kāi)關(guān)能夠憑借手動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行，也能夠憑借機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

（2）快速接地開(kāi)關(guān)，其觸頭運(yùn)動(dòng)速度較大，這種接地開(kāi)關(guān)一般都設(shè)置在匯流母線與電纜引線上。并且在進(jìn)行GIS停電檢修的過(guò)程中，結(jié)合安全工作的實(shí)際需求，要把快速接地開(kāi)關(guān)關(guān)合，之后將附近的工作接地開(kāi)關(guān)關(guān)合。

（3）保護(hù)接地開(kāi)關(guān)，其關(guān)合時(shí)間相對(duì)較短，并且目的就是熄滅GIS內(nèi)部的閃絡(luò)電弧，鑒于此，保護(hù)接地開(kāi)關(guān)應(yīng)該具備較強(qiáng)的可靠性，并且不能出現(xiàn)誤動(dòng)作。

2、設(shè)計(jì)安裝與應(yīng)

2.1總體布置設(shè)計(jì)

2.1.1變電所室內(nèi)高度的確定

把全封閉組合電器設(shè)置在室內(nèi)的時(shí)候，室內(nèi)的空間一定要控制在特定的高度，進(jìn)而使得下面幾個(gè)要求得到滿足：

（1）使得檢修過(guò)程中，整體吊出斷路器的高度需求得到滿足;

（2）達(dá)到工廠運(yùn)輸組合件的起吊高度標(biāo)準(zhǔn);

（3）組裝結(jié)束之后，在進(jìn)行耐壓測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)該滿足帶電體對(duì)房頂安全距離的條件。

2.1.2變電所室內(nèi)寬度的確定

變電所室內(nèi)寬度的決定性因素就是全封閉組合電器的具體布置需求與通道的實(shí)際寬度。通道包括維護(hù)通道與一般通道。而主要通道寬度的決定性因素包括下面幾點(diǎn)：

（1）滿足帶電體離墻的距離要求;

（2）滿足搬運(yùn)SF6回收小車(chē)所應(yīng)該保持的距離;

（3）檢修斷口是水平布置的斷路器，在抽出滅弧室的過(guò)程中，應(yīng)該滿足相應(yīng)的距離要求;

（4）進(jìn)行最大件（母線筒）搬運(yùn)的過(guò)程中，應(yīng)該滿足相應(yīng)的距離要求。

一般通道就是指通道兩側(cè)不存在盤(pán)柜，只是在安裝調(diào)試的時(shí)候，將工作量不大的任務(wù)做完，這種通道的寬度能夠?yàn)?0cm。

對(duì)戶外設(shè)置的全封閉組合電器，通道寬度應(yīng)該在周?chē)钤O(shè)塑料大蓬，并且應(yīng)該能夠滿足開(kāi)進(jìn)汽車(chē)吊裝等實(shí)際需求，通常和組合電器外緣的距離應(yīng)該大于3.5m。

2.2 GIS的通風(fēng)

SF6氣體絕緣設(shè)施的氣體年泄漏量應(yīng)該小于1%，但是，因?yàn)槊芊赓|(zhì)量存在問(wèn)題，或是由于密封圈使用年限過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)超出這個(gè)值。另外，由GIS中將SF6氣體回收，或是進(jìn)行解體維修的時(shí)候，室內(nèi)空氣被污染的風(fēng)險(xiǎn)也是存在的。但是，空氣中SF6氣體含量應(yīng)該小于1000ppmV，不然就會(huì)在一定程度上影響工作人員的身體健康。此外，SF6氣體可能會(huì)存在一些電弧分解物，有一些分解物可能存在毒性。所以，戶內(nèi)式GIS一定要設(shè)置優(yōu)質(zhì)的通風(fēng)設(shè)施。

根據(jù)GIS的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻贸?，泄漏的SF6氣體其實(shí)不是在室內(nèi)空氣中均勻混合的，一般是在電纜溝等低洼區(qū)域沉積，或是在地板附近的低層區(qū)域中沉積，由于SF6體的比重基本上是空氣的5倍。所以，工作人員在沉積SF6氣體的空間作業(yè)，就有缺氧的危險(xiǎn)，甚至可能會(huì)出現(xiàn)窒息的現(xiàn)象。所以，GIS通風(fēng)設(shè)備的取風(fēng)口一定要在變電站下部進(jìn)行布置，進(jìn)而使得通風(fēng)換氣的效率得到提升。

2.3 GIS的裝飾與防火

在GIS安裝以及檢修的時(shí)候，空氣中的含塵量通常要小于0.1mg/m?，并且空氣的相對(duì)濕度應(yīng)該控制在70%以下。所以，GIS最好不選擇容易起灰的水泥地面與石灰墻面，并且不必要的門(mén)窗不要設(shè)置。

GIS的絕緣介質(zhì)是不可燃的SF6氣體，這也就意味著其本身不存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，可是GIS尚有變壓器及電力電纜等以油為絕緣介質(zhì)的設(shè)備，所以還是有火災(zāi)隱患，所以應(yīng)該運(yùn)用切實(shí)可行的防火手段，設(shè)置防火器材。

2.4 SF6氣體漏氣的處理方法

GIS設(shè)備殼體上有砂眼漏點(diǎn)，部分砂眼用樣沖在砂眼周?chē)鸩较蛏把厶帥_，直到漏氣點(diǎn)消除，部分外殼在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法處理的殼體進(jìn)行更換。

部分漏氣點(diǎn)在殼體與表計(jì)之間使用的連接銅管回路上的漏點(diǎn)，把有漏氣點(diǎn)銅管拆卸后用氣焊重新焊接。經(jīng)檢查無(wú)泄漏后安裝漏點(diǎn)消除。

對(duì)閥門(mén)中波紋管開(kāi)裂造成的漏氣，選用質(zhì)量較好的閥門(mén)進(jìn)行更換。

若是螺栓漏氣不便更換的，可以在螺栓處加密封墊，螺栓上涂密封膠后緊固。處理方法有效節(jié)省了材料和人工費(fèi)用。

3、結(jié)語(yǔ)

GIS設(shè)備不但具備非常好的技術(shù)性能，所占空間也相對(duì)較小。在運(yùn)用過(guò)程中，基于設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)、檢修等各個(gè)層面，不斷優(yōu)化GIS，能夠在很大程度上促進(jìn)GIS各個(gè)領(lǐng)域中的運(yùn)用與普及。

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