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GIS设备的结构

编辑:恒电高测 浏览: 添加时间:2017-07-26 15:17

1. GIS设备分类

GIS设备按照安装地点可分为户内式和户外式两种。户外式GIS设备是在户内式GIS设备基础上增加防雨和防尘设备,其余结构都相同。

GIS设备按照设备集中组合程度可分为GIS(全GIS)和HGIS(半GIS)两种。

2. GIS设备出线方式

(1) 架空线引出方式。GIS设备用SF6/空气瓷套管与架空线相连。

(2) 电缆引出方式。GIS设备出线端直接与高压电缆相连,密封垫的一侧为SF6气体,另一侧为电缆油。

(3) GIS设备出线端直接与主变压器对接。此时连接套管的一侧充有SF6气体,另一侧则充有变压器油。

3. GIS设备罐体结构形式

(1) 全三相共箱式结构。不仅三相母线,而且三相断路器和其他电气元件采用共箱罐体。

(2) 不完全三相共箱式结构。母线采用三相共箱式,而断路器和其他电气元件采用分箱式。

(3) 全分箱式结构。包括母线在内的所有电气元件都采用分箱式罐体。

全三相共箱式结构的体积和占地面积小,消耗钢材少,加工工作量小,但技术要求高,额定电压越高,制造难度越大,在实际中运用较少。不完全三相共箱式结构和全分箱式结构运用比较普遍。全分箱式结构主要运用于超高压和特高压配电装置中。

4. GIS配电装置现场布置方式

(1) 适合GIS配电装置的主接线方式:

1) 桥形接线;

2) 单母线分段接线;

3) 双母线分段接线(包括双母线单分段和双母线双分段);

4) 3/2断路器接线;

5) 多角形接线;

(2) 各种电压等级GIS配电装置现场典型布置。

1) 110, 220, 330, 500kV的单母线接线和双母线分段接线,可按照开放式设备的配电装置布置方式,将母线置于上层或者在地面一侧布置,出线间隔置于底层或者母线一侧并排布置。

2) 110kV环形接线方式,断路器按环形连接,出线隔离开关及线路电容式电压互感器(CVT)等设备在环形的外围并排布置。

3) 330, 500, 750kV及1000kV 3/2断路器接线方式的GIS配电装置现场布置方式有两种:①按照“一”字形布置,即两段母线架空布置,其他所有断路器间隔***尾相连“一”字形排列;②与3/2断路器接线开放式设备布置一致,两段母线分别置于配电装置的两端,每一串设备分别连接于两段母线,串与串之间并排布置。

4) 330kV和500kV双母线接线方式,主母线和分支母线有三相共箱式、三相全分箱式和主母线共箱而分支母线分箱式结构。

5. GIS设备气室

由于不同元件气室的SF6气体压力要求不同,也为了检修方便,将GIS内部相同压力或不同压力的各电气元件的气室间设置使气体互不相通的密封间隔,称为气隔,每一个间隔也叫一个气室。

(1) 设置气隔有以下好处:

1) 可以将不同SF6气体压力的各电气元件分隔开。

2) 有特殊要求的元件(如避雷器、电压互感器等)可以单独设立一个气室。

3) 在检修时可以减少停电范围。

4) 可以减少检修时SF6气体的回收和充放气工作量。

5) 有利于安装和扩建工作。

(2) GIS中断路器与其他电气元件***分为不同的气室。

1) 由于断路器气室内SF6气体压力的选定要满足灭弧和绝缘两方面的要求,而其他电气元件内SF6气体压力只需考虑绝缘性能方面的要求,两种气室的SF6气压不同,所以不能连为一体。

2) 断路器气室内的SF6气体在电弧高温作用下可能分解成多种有腐蚀性和毒性的物质,在结构上断路器气室与其他气室不连通就不会影响其他气室电气元件的性能。

3) 断路器的检修几率比较高,断路器气室与其他气室分开后,要检修断路器时就不会影响到其他电气元件的气室,因而缩小了检修范围。

6.伸缩节(也叫金属波纹管)

由于GIS各设备间组成复杂,金属筒体在使用中有热胀冷缩现象,GIS基础也可能有较小位移,所以在GIS母线或者出线间隔安装一定数量的伸缩节。伸缩节的具体作用是:

(1) 吸收地基及设备等的附件制作误差和组装安装误差。

(2) 吸收设备外壳和基础的相对热伸缩。

(3) 发生事故时,有伸缩节,容易将设备进行拆卸和重新组装。

(4) 减少传达到外壳的机械振动力。

(5) 补偿地震和地基下陷等长期的地质因素变化引起的设备应力。

(6) 吸收因通过电流引起外壳与地基间相对位移。

7. GIS设备SF6气体密度继电器及设置原则

为了监视GIS设备密封是否良好,气室中的SF6气体是否有泄漏,在GIS设备每个气室装设一到两个压力表或者密度计来监视气室压力变化情况。压力表受环境温度影响较大,密度计装有温度补偿装置,受环境温度影响较小。GIS设备的每个气室均装有SF6气体密度继电器或者压力表,并直接与罐体相连。

使用于GIS设备中的密度计均带有信号接点,也叫密度继电器,是一种使用接点附着型压力计。一般断路器气室正常压力为0. 55~0.6MPa。除断路器以外的其他气室正常压力为0.5-0.55MPa.个别厂家GIS设备气室的压力要求较低,比如:110kV线路电压互感器气室的额定压力是0. 4MPa,报警值为0. 35MPa。所有GIS设备气室压力在正常范围内,可以进行倒闸操作。

8. GIS设备外壳

(1) 由于电气设备都装在筒体(也称为罐体、壳体)内,那么这个筒体也就是GIS的外壳,***满足一定的性能要求:

1) 能充分满足GIS组合电器所有设备的各项强度要求,能够诱导循环电流、磁滞现象及外电流***小化,***是防腐材质的金属。

2) GIS的外壳应能满足在异常情况下的气体压力,并能满足因电流产生的短暂内部电弧,且对其他结构不会产生影响,能够充分承受电弧引起的压力上升。

3) GIS壳体的保护方式有两种:一种是用防爆装置,即压力释放装置;另一种是采用快速接地开关。1000kV及750kV GIS各个气室不设置专门的压力释放装置。500kV及以下电压等级的GIS,部分厂家在各个气室都设置了专门的压力释放装置(也叫防爆膜)。对不设计压力释放装置的GIS筒体刚性要求更高。

4) GIS的外壳连接螺栓部位使用密封垫圈,凸缘相接触的外面用硅树脂进行处理,里面则进行防水剂处理。因为随时要通过检测窗检查内部,需要经常开关,两个元件气室接触面使用双重密封圈结构。

5) GIS外壳的允许感应电压:通过人体的安全电流***小于等于1mA的要求,在GIS安装后现场运行时,其外壳的正常感应电压、故障感应电压都应满足人体单手接触壳体和双手同时接触壳体的***小值,人体接触单相壳体和同时接触两相壳体的感应电压也应满足人体允许的***小值。

(2) 三相分箱式GIS母线,正常运行时外壳就有一定感应电压,为防止感应电压对设备和人员安全的影响,一般采取以下措施:

1) 安装接地线,接地线截面积按照GIS设备的热稳定要求计算,各元件的接地线应并联后直接连接主地网。当变电站内GIS间隔较多时,可设置两条接地母线,每条接地母线与主接地网的连接点不少于两个。

2) 分箱式母线接地前,应先用金属板将三相母线筒的接地线连接在一起后再接地。由于正常运行时三相母线感应电压平衡,因此,通过接地线的电流是三相不平衡感应电流,其数值较小。

3) 为防止GIS感应电流通过设备支架、运行平台、楼梯、扶手等金属管产生环流,应对其外壳进行多点接地。

4) GIS电缆外皮、金属管道只允许一点接地,防止产生环流。

5) GIS设备与主变压器连接时,GIS设备与套管之间绝缘应良好。

6) 三相联动的隔离开关、接地开关的连接杆之间应绝缘。

(3) 三相共箱式GIS母线正常运行时,三相电流平衡,在外壳上的感应电压为零,外壳没有涡流,不会发热,也不会对运行维护人员有安全危险。发生故障时,三相电压失去平衡,外壳上将有感应电压,产生环流,对运行维护人员的安全造成威胁。所以,三相共筒式GIS母线外壳及其金属结构都要多点接地,接地线的截面积按通过的***大故障电流计算。

(4) GIS筒体伴热带。筒体伴热带的使用方法是当气温降至-30℃时,将伴热带投人。当气温上升至-20℃时,将伴热带断开。同一个罐体上的两根伴热带定期轮流使用,以延长其使用寿命。

9. GIS中的绝缘子

GIS设备中的绝缘子有两种:隔断气室用的盆式绝缘子和支持GIS母线等元件的支持绝缘子。支持绝缘子及隔离区域用的盆式绝缘子,都是用环氧树脂制成的真空状态绝缘子,在绝缘子内没有空气。支持绝缘子的强度能够保持在绝缘子发生故障时,克服电磁力,保持导体与外壳间有足够的距离。

隔离用的盆式绝缘子,在正常情况下,具备承受隔离两个气室间有可能发生的***大压力差的机械强度。也就是说既能承受隔离的一侧因持续的内部电弧达到***大气体压力状态,另一侧则是正常状态时的压力差;又能承受隔离的一侧气室在维修及正常状态下,有可能发生的***大压力,另一侧气室的气体则完全泄漏掉而处于真空状态。盆式绝缘子发生故障时,其强度能够满足抵御故障时产生的电磁力,充分保持导体与外壳的有效间隔距离。

10. GIS设备的吸附剂

在GIS设备筒体检修人员入孔处安装有吸附剂,目的是吸收SF6气体中的潮气及气态分解物。GIS中所使用吸附剂的主要成分是活性氧化铝Al2O3,它能吸附SOF2、S02F2、SO2、S2 F10O、SOF4等分解物,有较好的选择性,它不吸收SF6气体,所以在GIS设备中被广泛使用。

活性炭、烧碱、石灰等吸附剂,虽然各有利弊,但综合性能仍然不及活性氧化铝好。

11. GIS设备中的梅花触头

在GIS设备中,当一个区域与其他区域的外壳和螺栓相接触时,导体间的接触电阻自动形成。使用梅花触头,在额定电压下通过额定电流,或者通过事故电流时,导体接触部位在适当的压力下相接触,维持了较低的接触电阻。

使用镀银的梅花触头还能够防止因外壳收缩而引起导体接触面减小。

12. GIS设备的操作平台及梯架

GIS设备运行时,需要手动操作的部位,如隔离开关、接地开关等附有平台及梯架,按部位分别使用不锈钢或镀铅,主要为了抑制平台及梯架因泄漏磁场而产生的循环电流,抑制形成闭合环而采用特殊的结构,并且每个平台及梯架都与接地网装置***连接,***了设备及运行操作人员安全。

13. GIS中的水分

(1) GIS设备中水分的来源:

1) GIS设备在制造、运输、安装、检修过程中有可能接触水分,水分会逐渐浸入。

2) GIS设备的绝缘件里带有的水分,在运行过程中,慢慢向外释放。

3) GIS中的吸附剂自身带有一定水分。

4) 水蒸气分子直径小于SF6气体分子直径,在运行中,水仍然可以通过GIS密封不是很严的部位进去。

5) SF6气体中含有水分。

(2)水分对GIS设备的危害:

1) 水分会引起设备化学腐蚀。

2) 水分会对电气设备的绝缘件造成危害。

(3)如何控制GIS设备中水分含量:

1) 控制SF6气体中水分含量。

2) 改善GIS设备密封质量,改善安装工艺。

3) 在GIS中放置不易潮解的吸附剂。

4) 改善GIS设备安装环境,减少GIS设备大气环境中水分的进人的机会。

14. GIS断路器

(1) 断路器分类。GIS断路器按照现场布置方式分为立式和卧式两种。

立式用于220kV及以下电压等级的GIS设备;20kV及以下电压等级的GIS若采用立式,则需要增加安装厂房的高度,变电站的空间走廊也将受到影响,所以一般采用卧式。

GIS断路器按照断口数量分为单断口断路器、双断口断路器和多断口断路器。

(2) 断路器操动机构。

1) 断路器操动机构按配备数量分为分相操动机构和三相共用一台操动机构。

2) 断路器操动机构按提供能量的方式分为氮气储能液压机构、弹簧储能液压机构、弹簧机构和弹簧气动机构等。

15. GIS断路器就地控制柜

(1) 就地控制柜的组成:

1) 在就地控制柜上,按照单线模拟图线路,分别在母线、线路上按照接线方式安装断路器、快速接地开关、隔离开关及接地开关的操作把手和指示灯,还安装了就地/远方转换开关、辅助继电器、报警装置、辅助开关、连接内部和外部用端子排等。

2) 在汇控柜上装有继电器和检测控制柜内温湿度的控制器。

3) 为了促进就地控制柜内的空气循环,在底部安装有通风口。为防止昆虫等的侵入,在通风口安装有防虫网罩。

4) 为防止凝结水分,在就地控制柜及断路器操动机构箱内,装有调节温度和湿度的带操作装置的电加热器,并附有保护套。断路器操动机构箱内调温及调湿操作装置只在三相之中的A相机构内装设。

5) 断路器就地控制柜及断路器操动机构箱都有就地操作把手或者按钮,在就地操作回路装有闭锁装置,闭锁装置的钥匙要有专人负责保管。就地操作时,要加强监护。

(2) 就地控制柜的作用:

1) 每串设备设置一个就地控制柜,柜内有就地控制、信号、保护和报警所需的各种元件,对断路器、隔离开关、接地开关进行电气操作的控制开关以及由辅助开关提供的元件状态指示。安装和检修GIS设备,或者当遥控系统失灵时,在就地控制柜模拟图上直接进行倒闸操作,完成对设备状态的改变。

2) 当远方监视系统失灵时,可通过就地控制柜上的监视信号能够监视到设备运行状况。

16. GIS隔离开关

GIS设备的电场属于不均匀电场,隔离开关动静触头均设计成同轴圆柱体.能够互相插人。GIS隔离开关根据用途可分为三种。一种是只切断主回路,使供电回路形成一个明显断开点,叫隔离开关。第二种是将主回路直接接地,直接接在GIS设备的外壳上,叫接地隔离开关,在电力系统内叫接地开关。以上两种隔离开关只能切断电容电流和电感电流。第三种是快速接地隔离开关,也叫快速接地开关。

快速接地开关能够直接合上接地短路电流,发生GIS内部故障时,人为快速将电路接地,使保护动作,切断故障电路。它的结构特点是:采用弹簧机构,动作速度快;触头采用铜钨合金结构,断弧能力强,断开静电感应和电磁感应电流快。它的作用是:在合闸的状态下,具有通过额定短时间电流的能力;为测定主回路电阻和电流互感器的变比,附有绝缘套管,通过拆卸和安装接地铜带与外壳连接,所以,卸除接地铜带就可以当做试验端子使用;在偶然发生的误操作中,即使投人到充电线路上也能将故障电流安全疏散,而且***不会造成机械性和电气性的设备损坏。快速接地开关是三相分离操作型的。有反馈检测装置,在反馈持续标准时间以上时,将关闭操作系统,此时只有通过手动操作解除反馈信息才能进行正常的再操作。

GIS隔离开关的操动机构也分为分相机构和三相共用一台机构,机构按照主要能源分为电动机构和弹簧机构两种。

GIS隔离开关应用于330kV及以上电压等级同塔双回线路时,应在灭弧室加装有利于开断感应电流的合适电阻。

17. GIS母线电压互感器

GIS母线电压互感器有两种:电磁式和电容式。GIS母线作为电压互感器的一次绕组,二次绕组用于测量和保护。电压互感器作为独立气室,与母线气室用盆式绝缘子隔开。

750kV母线电压互感器为单极电磁式,垂直安装。它们通过盆式绝缘子与750kV GIS母线相连接。电压互感器由两个测量绕组、保护用绕组和辅助开口三角绕组组成。750kV GIS母线设备只在A相母线装设一只电压互感器。由于 750kV主变压器及线路均设置三相电压互感器,母线电压互感器只用于电压型母线保护和母线电压测量,所以根据现场运行实际,一相电压互感器就能够满足要求。

GIS线路电压互感器也是作为独立气室垂直安装在线路分支母线上。

18. GIS电流互感器

电流互感器套在GIS母线管上,母线作为电流互感器的一次绕组。母线管的外面包着环形铁芯,与母线同芯,二次绕组在铁芯的外面。

19. GIS避雷器

用于GIS的避雷器有两种:一种是带磁吹火花间隙和碳化硅非线性电阻串联而成的避雷器,一种是没有火花间隙的氧化锌避雷器。由于氧化锌避雷器有较强的吸收能力和较高的通流容量,所以在实际中应用比较广泛。

GIS母线使用非线性无间隙金属氧化物电阻片、金属外壳封闭、SF6气体绝缘型避雷器较多,三相母线分别装设一只避雷器。

GIS线路避雷器也是作为独立气室垂直安装在线路分支母线上,三相各装设一只。




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