电建技术认识全封闭式组合电器(GIS)(一)

北极星火电人2021-11-22 07:53:09


第一章 GIS简介

1GIS的定义

    全部采用SF6气体作为绝缘介质,并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中金属封闭开关设备。它是由断路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、套管8 种高压电器组合而成的高压配电装置,全称为gas insulated substation

 

2GIS厂商介绍

    目前GIS国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通、阿海珐(Areva)集团等,国内生产厂家有西安西开高压开关厂、平高集团、西安高压电器研究所电器制造厂、泰开集团有限公司、正泰电气股份有限公司、上海西门子高压开关有限公司、厦门ABB华电高压开关有限公司、江苏现代南自电气有限公司、湖北永鼎开关有限公司、天水长城开关厂等。目前合企生产的GIS占国内市场相当人的份额,如占550kV断路器和GIS市场的80%,占252kV断路器和GIS市场的50%,占126kv断路器和GIS市场的30%。

 

3GIS的特点

GIS一般由各种不同的间隔组成。本站为户内站,额定电压为252KV,主接线采用双母线接线方式。本期上8个间隔,其中3个主变、2个出线、2个测保、1个母联间隔。断路器机构采用CYT机构,电机电压AC220V、控制电压DC110V。隔离、接地开关机构电机电压AC220V、控制电压AC220V。断路器气室采用双闭锁接点密度继电器,其余气室采用单接点密度继电器。进、出线为套管架空线路。采用了三相共箱式结构(即三相灭弧室,安装在同一壳体内)。GIS与传统敞开式配电装置相比主要由于其具有以下几个方面的优点:

1GIS具有占地面积小、体积小,重量轻、元件全部密封不受环境干扰。

2)操作机构无油化,无气化,具有高度运行可靠性。

3 GIS采用整块运输,安装方便,周期短,安装费用较低;检修工作量小时间短。共箱式GIS全部采用三相机械联动,机械故障率低。

4)优越的开断性能——断路器采用新的灭弧原理为基础的自能灭弧室(自能热膨胀加上辅助压气装置的混合式结构),充分利用了电弧自身的能量。

5)损耗少、噪音低——GIS外壳上的感应磁场很小,因此涡流损耗很小,减少了电能的损耗。弹簧机构的采用,使得操作噪音很低。

 

3GIS的整体参数

序号

项目

单位

参数值

1

额定电压

KV

252

2

额定电流

A

2000

3

额定频率

Hz

50

4

额定峰值耐受电流

KA

80

5

额定短时耐受电流(3s

KA

31.5

6

局部放电

pC

35

7

1 min工频耐受电压

KV

相对地

断口间

相间

230

275

275

8

1.2/50μs额定雷电冲击耐受电压

KV

550

550

550

9

额定SF6气体压力(20

MPa

断路器室

其它气室

套管气室

0.6

0.4

0.5

10

最低功能压力(20)↓

0.5

0.33

0.4

11

补气压力(表压 20)↓

0.52

0.44

0.35

12

过压报警压力(表压 20)↑

0.65

0.45

0.55

13

SF6气体年漏气率


<1%

14

SF6气体水分含量

ppm

断路器室

其它气室

出厂前150

出厂前250

运行中300

运行中500

注:↓表示压力下降时测量,↑表示压力上升时测








 

4GIS进出线布置图



 

第二章SF6气体性质


1SF6气体的物理和化学性质

1)纯净的SF6气体是无色、无味、无臭、不燃,在常温下化学性质稳定,属惰性气体。气体密度是空气密度的5.1倍。

2SF6气体在0.29Mpa压力时,绝缘强度与变压器油相当,灭弧能力是空气的100倍。在1.2Mpa时液化,为此 SF6断路器中都不采用过高压力,使其保持气态。

3SF6气体有很强的电负性(SF6+e- =SF6-)而正负离子容易复合成中性质点或原子,这是一般气体所没有的,则SF6气体较其他气体有更强的灭弧性能。

4)而在断路器和GIS操作过程中,由于电弧、电晕、火花放电和局部放电、高温等因素影响下,SF6气体会进行分解,它的分解物遇到水分后会变成腐蚀性电解质。尤其是有些高毒性分解物.如SF4S2F2S2F10 SOF2HFS02,它们会刺激皮肤、眼睛、粘膜,如果吸入量大,还会引起头晕和肺水肿,甚至致人死亡。

 

2SF6气体压力与温度的关系


10.65Mpa气室过压报警。

20.6Mpa断路器气室额定压力。

30.5Mpa断路器闭锁压力。

40.45Mpa其余气室过压报警。

50.4Mpa其余气室额定压力。

60.35其余气室补气压力。

 

3GIS室发生SF6泄漏的危害

       GIS室内空间较封闭,一旦发生SF6气体泄漏,流通极其缓慢,毒性分解物在室内沉积,不易排出,从而对进入GIS室的工作人员产生极大的危险。而且SF6气体的比重较氧气大,当发生SF6气体泄漏时SF6气体将在低层空间积聚,造成局部缺氧,使人窒息。另一方面SF6气体本身无色无味,发生泄漏后不易让人察觉,这就增加了对进入泄漏现场工作人员的潜在危险性。

 

4、泄露气体伤害后主要症状

1)呼吸系统:刺激呼吸道,打喷嚏,呛咳,   咽部干燥,有烧灼感,继而呼吸不畅,胸闷气短,严重时呼吸困难,喉头水肿、溃烂。

2)眼部:流泪,怕光,烧灼感,充血,水肿。

3)皮肤:瘙痒,皮疹,接触处可能有红肿。

4)消化道:吞咽困难,恶心,呕吐,腹痛。

5)神经系统:突然头痛,头昏,全身软弱无力,感觉抑郁,严重会惊厥,抽搐,休克,猝倒,昏迷。

 

5、现场急救办法

如果怀疑发生中毒现象,应采取以下措施:

1)组织人员立即撤离现场,开启通风系统,保持空气流通。

2)观察中毒者,如有呕吐应使其侧位,避免呕吐物吸入,造成窒息。

3)皮肤污染,应立即用清水冲洗,换衣服。

4)眼部伤害或污染用清水冲洗并摇晃头部。

5)应弄清毒物性质,并保留呕吐物待查。

6)现场应配备必要的药品。

 

6、防护方法

1)减少SF6气体的排放量,提高气体的回收率。设备内的SF6气体不得向大气排放,应采用净化装置回收,经处理合格后方准使用。

2SF6电气设备安装与主控制室隔离,防止泄漏气体进入主控室。设备安装室内应有良好的排风系统,通风孔应设在室内下部,底部应设SF6气体泄漏报警器和氧量仪。

3)工作人员不得单独或随意进入GIS室,因工作需要必须进入时应先排风20min,不准在设备防爆膜附近停留。工作人员在进入电缆沟或低位区前,必须测量氧气含量,如氧气含量低于18%时,不得进行工作。气体采样及处理渗漏时,工作人员要穿带防护用品,并在通风条件下进行。

4)发生紧急事故应立即开启全部通风系统进行通风,发生设备防爆膜破裂事故时,应停电处理,并用汽油或丙酮擦拭干净。

 

第三章SF6断路器


一、断路器本体部分

1、外部形状

弹簧机构、底座、断路器装配、密度继电器、防爆片、挡板。

弹簧机构悬于底座侧面,断路器装配在底座上面,起到连接弹簧结构与断路器装配的作用。



2、开断装置结构

1)绝缘支座:起着绝缘支撑的作用。下部实现的是对操动机构的绝缘,上部连接的是静触头座。

2)静触头:内有可导电部件,实现电流互感器与断路器的通路,安装在静触头座上。

3)动触头:其外部是动触头座。动触头是电流断开的位置,也是电弧产生的地方。因此对其电气、机械性能要求较高,所以用了铜钨合金材料制成,具有耐高温等良好的机械性能。

3)动触头座:是有环氧树脂浇灌而成,有良好的绝缘性能。动触头藏于SF6气室内,气室的巧妙的设计使在电弧产生后能够有效的灭弧,期间有几个比较关键的地方是引弧环、导向筒及喷嘴。

4)引弧环:主要是让电弧均匀分配以利于灭弧。

5)导向筒:是使断路器分合时动作准确到位。

6)喷嘴:就是要保证其喷出的SF6气体集中与于电弧。以便在电流过零时实现有效的灭弧。

7)静弧触头:它与动触头相联,的是也是由铜钨合金制成。

8)静弧触头的导电部分与静触头的可导电的部件相连,实现回路的导通。

9)拉杆:是动触头动作的最直接的部件,在断路器分合闸栏杆带动灭弧装置里整个可动部件运动,实现分合闸。

10)内拐臂:带动三相的拉杆,实现三相连动的的功能。

 

3、断路器导电回路

从电流互感器的电连接部分——静触头座—— 静弧触头——动动弧触头——压气缸——带状触指——导向筒——动触头座——另一端的电流互感器的导电部分。

 

4、绝缘结构

1)对地的绝缘:通过断口间绝缘座,绝缘拉杆来实现。

2)断口间的绝缘:通过断口间的绝缘筒、喷嘴、SF6气隙来实现的。

3)相间绝缘:通过SF6气隙来实现的。

5、灭弧原理

灭弧室采用的是双气室自能式的灭弧原理,有一热膨胀室和一压气室,在两室之间有一单向阀片,在压气室的下部外侧设有减压弹簧和一减压阀片。ABC三极灭弧室的绝缘栏杆分别与拐臂盒中的三个内拐臂相连。弹簧操动机构带动拐臂盒中的主传动轴,主传动轴通过拐臂与连杆传动,带动绝缘拉杆相连的三个拐臂运动,从而使ABC三极灭弧室共同进行合闸操作。

 

6、灭弧过程

1)开断大电流时,主触头分开后,弧动、静触头随后产生电弧。电弧能量加热热膨胀室建立灭弧所需的压力。热膨胀室中的高压力气体经绝缘喷口吹向电弧,使电弧在电流过零时熄灭。随后阀门打开,排出多余气体。

2)开断小电流(电抗、电容电流和空载线路)时,由于电弧能量小,依靠电弧能量难以建立灭弧所需的压力,因此必须设法提供附加吹气作用。附加气吹作用是动触头向下运动带动固定活塞的压气作用使辅助气室(压气室)中的压力升高,打开阀门,让气体通过压气室经绝缘喷口吹向电弧。


二、断路器操作机构

1、弹簧操作机构结构


6-1合闸弹簧6-2合闸脱扣器6-3合闸止位销6-4棘轮6-5棘爪6-6拉杆6-7传动轴

6-8储能电机6-9主拐臂6-10凸轮6-11磙子6-12分闸止位销6-13分闸脱扣器6-14分闸弹簧

6-15分闸弹簧拐臂6-16传动拐臂6-17主传动轴


弹簧操作机构结构实物图

2、弹簧操作机构各部件的作用

1)合闸弹簧:它比分闸弹簧要大一些,弹簧的弹力也相对大一些,这主要是因为弹簧在合闸的同时要给分闸弹簧储能,对其操作功要求要高一点。

2)合闸脱扣器:合闸时候将合闸弹簧预储存的能量释放出来,实现弹簧合闸,而脱扣器的能量主要来自合闸线圈,当合闸线圈受到合闸的信号之后,立即动作于合闸脱扣器动作。

3)合闸止位销:合闸弹簧在预合储能的时,当储能电机带动棘轮既定位置,合闸止位销动作,将弹簧能量储存在既定的状态。

4)棘轮:带动合闸弹簧的拉杆弹簧压缩储能,并且棘轮上面还安装有能够控制行程开关的部件,当棘轮转动到既定地方时,它会自动的将行程开关断开,使电机停止工作。

5)棘爪:棘爪是与棘轮相配合作用的,棘轮转动的过程当中,棘爪总是一格一格给它定位,并发出滴答滴答的声响。

6)拉杆:作用很简单,就是实现能量的传递。

7)传动轴:它是有钢铸造而成,同拉杆一样,实现一些动作部件的连接。

8)储能电机:它是动力的源泉。为合闸线圈的储能提供动力。他控制引线均引接至汇控柜里面,电源的来源也是由引接进来的。本操动机构用的是750W的电动机。

9)减速器:由于电机的转速很快,而齿轮等转动的速度却比较慢,为了实现两者之间的协调。所以要让电机的速度降来。

10)主拐臂:目的是为了实现三相连动凸轮 :分闸装置里面的一部分,与磙子等部件组成一个整体。

11)其他:另外的分闸止位销,分闸脱扣器,均与合闸时作用相同,只是方向相反而已。

 

3、动作过程



1)合闸弹簧储能操作

当断路器合闸操作完毕时,限位开关将储能电机接通,电机带动棘爪推动棘轮顺时针旋转,通过拉杆将合闸弹簧储能,棘轮过死点后,在合闸弹簧力的作用下棘轮受到顺时针的力矩,但合闸脱扣器又将棘轮上的合闸止位销锁住,从而将机构保持在合闸预备状态。

2)合闸操作

弹簧机构处于分闸位置且合闸弹簧已储能。当合闸电磁铁受电动作后,合闸脱扣器释放棘轮上的合闸止位销,在合闸弹簧的作用下,棘轮通过传动轴带动凸轮顺时针旋转,凸轮推动主拐臂上磙子,从而带动主拐臂旋转,并通过拉杆带动传拐臂顺时针旋转,传动拐臂旋转时不仅带动拐臂盒中的主传动轴顺时针旋转将断路器本体合闸,并带动分闸弹簧拐臂对分闸弹簧储能。当断路器合闸到位后,分闸脱扣器又将主拐臂上的分闸止位销锁住,从而保持断路器本体在合闸位置和分闸弹簧在压缩储能状态。

 

4、断路器弹簧操作机构优、缺点

优点:

1)合、分闸电流都不大一般在1.5A—2.5A,要求电源的容量也不大。

2)既可远方电动储能,电动合、分闸,也可就地手动储能,手动合、分闸,因此,在直流电源消失的情况下也可手动合、分操作。

3)动作快,且能快速自动重合闸。

4)无论合闸弹簧的状态如何,断路器都可以完成分闸操作。

5)可进行大量的机械开断操作。

缺点:

1)结构较复杂,冲力大,构件强度要求高。弹簧机构经常发生拒绝电动合闸的情况,主要原因在于,电动储能不到位,挂簧拐臂还没有过死点位置,行程开关便将储能电机电源切除,这时将无法实现电动合闸。由于操作合闸按键后,断路器拒绝合闸,辅助开关不能及时切除合闸回路,经常引起合闸线圈长期带电而烧毁合闸线圈或行程开关。

2)跳闸后分闸不到位,合、分闸指针指在合、分位置中间,因此,无法确认断路器是否确已分开,动静触头开距是否符合要求,不得已只好用上一级断路器将其切除,造成暂时的大面积停电,延误了送电时间,将事故扩大。

 SF6断路器的运行维护

        SF6断路器在运行、检修过程中,一定要遵守《六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则》。

1、运行中的巡视检查

1)检查断路器的外绝缘部分应完好,无损坏、脏污及闪络放电现象;

2)对照温度压力曲线,观察压力表指示应在规定的范围内,并定期记录压力、温度值;

3)分、合闸位置指示器应指示正确,并分、合闸应到位;

4)整体紧固件应无松动、脱落;

5)储能电机及断路器内部应无异常声响;

6)断路器的分、合闸线圈应无焦味、冒烟及烧伤现象;

7)断路器接地外壳或支架接地应良好;

8)断路器外壳或操动机构箱应完整、无锈蚀;

9)断路器各件应无破损、变形、锈蚀严重等现象。

 

2SF6断路器运行中的维护

1)每年对外壳锈蚀部分进行防腐处理及补漆;

2)应定期对断路器转动及传动部位作一次润滑(半年一次),并操动3次应正常;

3)每两年一次对断路器所有密封面定性检漏,不应有10-6 ul以上的漏点存在;

4)每年应对断路器进行一次SF6气体微量水分测试,测试结果对照水分温度曲线,不应超过300pp20);

5)其它项目,如绝缘、操作试验等可按有关规定定期进行,试验结果应符合相关标准。

 

3、解体检修防护

当出现下列情况时,SF6断路器应返回制造厂进行解体大修

1)断路器运行时间已达到10年;经检查后存在有严重影响设备安全运行的异常现象。

2)操作次数已达断路器所规定的机械寿命次数

3)累计开断电流达到断路器所规定的累计开断数值。

4)注:异常现象的判定及累计开断数值可参见制造厂诊断说明。

 

第四章  隔离开关、接地开关

一、分类

1、按功能可分为隔离开关和接地开关

1)隔离开关 1.快速隔离开关 配电动弹簧机构 切合母线、转移电流

                            2.普通隔离开关弹簧机构       隔离线路

2)接地开关 1.快速接地开关 配电动弹簧机构 切合静电、电磁感应电流,关合峰值电流 ; 2.普通接地开关弹簧机构       工作接地

2、按结构来分可分为角形开关和线形开关

1)角形开关(断路器下出线口至母线筒,主回路有转折) 

            1.角形隔离开关 主回路直角拐弯隔离处

              2.角形接地开关主回路直角拐弯接地处

2)线形开关 (电流互感器至和出线套管之间)

      1.线形隔离开关 主回路直线隔离处

              2.线形接地开关主回路直线接地处

 

二、线形隔离开关和线形接地开关动作特性


1、线形隔离开关过程

动触头座固定在绝缘子上,动触头与触头座内的齿条相连,当操动机构接到操作命令后,机构主轴上的拐臂旋转60o,与拐臂相联的连杆带动齿轮箱主轴上的拐臂旋转60o,在绝缘拉杆的连接下,通过齿轮、齿条传动带动动触头运动,使隔离开关的动触头沿其中心线作直线运动,实现分、合操作。

2、线形接地开关动作过程

动触头与连板相连,并贯穿绝缘子。动作时机构主轴上的拐臂旋转60o,从而主轴上的拐臂也旋转60o。从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o,内拐臂通过滚针轴承与连板相连,并带动连板沿导向杆作直线运动,实现分、合操作

3、角形接地开关

角形接地开关的结构如图所示,触头支座固定在绝缘支座上,动触头与托架相连,并贯穿触头支座。当操动机构接到操作命令后,机构主轴上的拐臂旋转60o,通过与机构拐臂相连的连杆带动接地开关主轴上的外拐臂旋转60o,从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o,内拐臂再带动托架沿导向杆作直线运动,使接地开关的动触头沿其中心线作直线运动,实现分、合闸操作。合闸终了,动触头插入静触头内;分闸完毕,动触头缩进触头内,保证接地开关断口间有充足的绝缘距离。

4、角形隔离开关

角形隔离开关的触头座固定在盘式绝缘子上,动触头与托架相连,并贯穿于触头座。当操动机构接到操作命令后,机构主轴上的拐臂旋转60o,通过与机构拐臂相连的连杆带动开关主轴上的外拐臂(旋转60o,从而使装在同一主轴上的内拐臂旋转60o,内拐臂再带动托架沿导向杆作直线运动,使隔离开关的动触头沿其中心线作直线运动,实现分、合闸操作。


 

                 线形 和角型                                            

 

三、操作机构

1、电动操作机构

一般隔离开关配用电动操作机构,电动操作机构是由电动机、传动机构、微动开关、辅助开关等组成。它是由电动机带动蜗杆、蜗轮转动,使隔离开关和接地开关通过连杆系统实现分合闸操作。

  

2、电动弹簧操作机构 

电动弹簧操动机构是由电动机、传动机构、贮能弹簧、缓冲器、微动开关、辅助开关等组成。它是由电动机带动蜗杆、蜗轮转动,在带动拐臂转动使弹簧压缩储能,当弹簧能量释放时,带动机构的输出轴转动,通过连杆系统使隔离开关和接地开关实现分合闸操作。为了监视隔离开关的断口状况,在外壳上可以开设观察窗。隔离开关的分合闸位置可以由操作拐臂与隔离开关制动螺钉之间的间隙确定。


 

四、投运前的检查项目

1、接地开关速度的测量

速度采用旋转测量的方法,分闸、合闸速度的定义如下:

分闸速度:从刚分点到刚分点后10ms行程内的平均速度。

合闸速度:从刚合点到刚合点前10ms行程内的平均速度。

测速时的注意事项:测速在额定工作气压和额定操作电压下进行。

2、投运前的检查项目

1 手摇机构进行慢分、慢合操作,检查电机电源回路是否切换、动作正常。

2 85%100%110%额定电压下进行电动操作三次,应正常。

3 检查分、合闸动作时间、三极同期性,应满足技术要求。

4)隔离开关每极回路电阻小于70Wm

5)接地开关每极回路电阻<80 uΩ.

6 快速接地开关气室(接地开关与隔离开关处于同一气室中)的SF6气体水分含量不超过150ppm,普通隔离、接地开关气室的SF6气体水分含量不超过250ppm

 

(未完待续)



说明:文章来源于网络,版权归原作者所有。


长按下方二维码“识别”、关注公众号。