中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的設(shè)計課件

1、中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 1 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān) 設(shè)備的設(shè)計設(shè)備的設(shè)計 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 2 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備 是體現(xiàn)了新的設(shè)計理念、新的制造工 藝的一類產(chǎn)品，主要包括二大類： C-GIS和氣體絕緣二次配電開關(guān) 設(shè)備。 與常規(guī)開關(guān)柜有許多不同之處， 發(fā)展的時間有限，需要進一步去探索 設(shè)計、制造、檢驗、生產(chǎn)管理等諸多 方面，增加產(chǎn)品品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量、 降低成本。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 3 1.中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 主要技術(shù)基礎(chǔ) 1.1 低壓力SF6氣體或混合氣體的絕緣技術(shù) 1.1.1 SF6氣體

2、或混合氣體的絕緣特性 高壓電器中絕緣件的設(shè)計和絕緣距離的 確定是以絕緣件表面、內(nèi)部，電極表面， 或氣體間隙的許用場強為依據(jù)的。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 4 電場不均勻程度對SF6氣體擊穿電壓的 影響遠比空氣為大。因此，在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè) 計時應(yīng)采取各種措施使之避免。SF6電器設(shè) 備中要使電場設(shè)計的完全均勻幾乎是不可 能的，因而在設(shè)計中大多采用稍不均勻的 電場結(jié)構(gòu)。需要指出的是： 隨著間隙距離的增加，電場不均勻 程度亦增加，擊穿電壓的增加愈來愈慢， 電壓增加出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。因此SF6電器設(shè)備 中不能單純依靠加大間隙距離來提高擊穿 電壓，改善電場分布更為重要。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的

3、 設(shè)計 5 提高SF6氣體的壓力是提高擊穿電壓 的有效措施，但會受到強度、剛度、密封 性的制約。 稍不均勻電場中存在極性效應(yīng)，負(fù) 極性的擊穿電壓低于正極性。 不均勻電場中正極性的擊穿電壓低 于負(fù)極性。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 6 根據(jù)空氣中的結(jié)果，并假設(shè)SF6和空 氣間的絕緣強度的某一倍數(shù)去設(shè)計SF6氣體 系統(tǒng)不會得出滿意的結(jié)果。 不均勻電場的情況下，在沖擊中， 由于形成空間電荷所需的時間幾乎是沒有 的，所以不取決于氣體壓力，在可選用的 范圍內(nèi)即使讓壓力上升閃絡(luò)電壓也不上升。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 7 1.1.2 SF6氣體絕緣性能與濃度的關(guān)系氣體絕緣性能與濃度的

4、關(guān)系 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 8 1.1.3 SF6氣體絕緣性能與壓力的關(guān)系氣體絕緣性能與壓力的關(guān)系 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 9 1.1.4三種物質(zhì)接觸點的作用三種物質(zhì)接觸點的作用 三種物質(zhì)接觸是指金屬電極與固體絕緣 子接觸時，其周圍的絕緣介質(zhì)是SF6氣體， 而在金屬電極與固體絕緣子接觸線（點） 上也與SF6相接觸，稱為三物質(zhì)接觸。 由于SF6氣體的介電常數(shù)比固體絕緣材 料的小，在三種物質(zhì)接觸點上介電常數(shù)小 的一側(cè)電場強度升高，容易出現(xiàn)碰撞電離 并發(fā)展成沿面閃絡(luò)，是絕緣上的薄弱環(huán)節(jié)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 10 1.1.5支柱絕緣子的設(shè)計支柱絕緣子的

5、設(shè)計 對支柱絕緣子和絕緣拉桿的基本要求是： 有足夠的絕緣強度，能夠長期承受 運行電壓作用，無明顯局部放電和老化現(xiàn) 象，并能短時耐受絕緣水平規(guī)定的工頻電 壓和沖擊電壓。 有足夠的機械強度，能承受開關(guān)操 作的作用力，裝配中與運輸中的沖擊力， 以及短路電流的電動力等。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 11 1.2 低壓力壓縮空氣絕緣技術(shù)低壓力壓縮空氣絕緣技術(shù) 由于壓縮空氣的獲得、處理要比SF6氣 體經(jīng)濟得多，也沒有SF6氣體的溫室效應(yīng)問 題，用其作絕緣介質(zhì)對社會和用戶都有益。 各種電極形狀在較低壓力的壓縮空氣中的 絕緣特性有一些參考文獻報導(dǎo)過，但是能 在設(shè)計中直接應(yīng)用的數(shù)據(jù)還很少，需對各 種電

6、極形狀的絕緣特性做一些實驗研究。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 12 壓縮空氣中棒板間隙的直流閃絡(luò)電壓壓縮空氣中棒板間隙的直流閃絡(luò)電壓 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 13 1.3 低壓力氣體中的載流與散熱低壓力氣體中的載流與散熱 對于小電流CGIS，在溫升方面不存在問題。 大電流CGIS溫升是難點。解決溫升主要是通過 降低發(fā)熱量、降低電流密度、增強輻射和傳導(dǎo)來 解決，可采取的措施： 降低導(dǎo)體損耗，控制導(dǎo)體電阻率，降低電 流密度，降低回路電阻，提高接觸壓力； 降低渦流損耗； 提高輻射率； 增大散熱表面積以及使用散熱器； 提高耐熱性能； 采用冷卻技術(shù)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備

7、的 設(shè)計 14 1.4 真空斷路器的開斷技術(shù)發(fā)展真空斷路器的開斷技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過十多年的發(fā)展，真空斷路器 的開斷技術(shù)有了較大提高，開斷能力 強、電壽命長、可靠性高，滅弧室部 分免維護，允許開合額定短路開斷電 流的次數(shù)多在20次以上，特別適合于 要求頻繁操作的場所。這些優(yōu)點是其 它斷路器無法比擬的，特別適合在中 壓CGIS中配置。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 15 2.中壓中壓C-GIS的特點及設(shè)計的特點及設(shè)計 2.1概述 2.1.1 CGIS的發(fā)展簡史及特點 柜式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，國 際上簡稱 CGIS或有稱GIS，是一種用于 1035kV或更高電壓輸配電系統(tǒng)以接受或 分配電能

8、并能對電力系統(tǒng)正常運行和故障 情況下實行控制、保護、測量、監(jiān)視、通 訊等功能的新型開關(guān)設(shè)備。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 16 2.1.2 CGIS是技術(shù)進步的產(chǎn)物是技術(shù)進步的產(chǎn)物 絕緣技術(shù)的進步 高壓開關(guān)設(shè)備隨著時代的前進在不斷地發(fā)生變 化，技術(shù)水平在不斷地提高；經(jīng)歷了敞開式、柜式 （金屬封閉）、分相GIS、三相共箱GIS、 CGIS的變化過程，結(jié)構(gòu)狀態(tài)也經(jīng)歷了敞開、封 閉、密封、元件復(fù)合化、設(shè)備復(fù)合化的變化過程， 與之相應(yīng)的絕緣技術(shù)也從空氣絕緣、油絕緣、大氣 復(fù)合絕緣、高壓力SF6氣體絕緣、低壓力氣體絕緣、 SF6復(fù)合絕緣的變革與發(fā)展。 CGIS就是低壓力氣體絕緣、復(fù)合絕緣、固

9、體絕緣技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 17 密封箱體制造技術(shù)的進步 密封箱體的制造充分利用現(xiàn)代先 進的板材下料、折彎、焊接設(shè)備以及 氦氣檢漏技術(shù)，使密封箱體的精度、 剛度提高，漏氣率降低。密封箱體加 工技術(shù)的提高給中壓CGIS的發(fā)展提 供了基礎(chǔ)條件。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 18 工程實際的需要 40.5kV及以下電壓等級的開關(guān)柜采用 空氣和固體絕緣的復(fù)合絕緣技術(shù)，應(yīng)用中 雖沒有大的問題，但仍存在大氣狀態(tài)的影 響，體積較大，隔一定時間要進行監(jiān)測、 清掃和維護。近年來出現(xiàn)的中壓CGIS體 積更加縮小、不需要維修或少維修。實際 工程中需要使用小型化、不受環(huán)境條

10、件影 響、可靠性高的開關(guān)設(shè)備。工程建設(shè)的綜 合經(jīng)濟效益優(yōu)越。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 19 企業(yè)發(fā)展的需要 中壓CGIS的技術(shù)含量高，是生產(chǎn)廠家掌握 的先進設(shè)計、生產(chǎn)工藝、檢驗技術(shù)、管理水平的 具體體現(xiàn)，增強了企業(yè)的競爭實力。對市場而言； 中壓開關(guān)柜的用戶多、用量大，要求各不相同， 用戶容易選用。 現(xiàn)在國內(nèi)使用的中壓CGIS產(chǎn)品以進口或合 資企業(yè)生產(chǎn)的為主，每面柜子的售價在40萬元人 民幣左右；國產(chǎn)產(chǎn)品僅占一小部分，每面柜子售 價在30萬元人民幣左右。 經(jīng)過多年的研制，國內(nèi)中壓CGIS產(chǎn)品在開 發(fā)、生產(chǎn)、運行等各方面都有了長足的發(fā)展，積 累了一定的生產(chǎn)、管理、運行、工程設(shè)計的實踐

11、 經(jīng)驗。因生產(chǎn)CGIS所需的專用裝備還未完全到 位或完善，目前仍處于小批量生產(chǎn)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 20 2.2中壓C-GIS的技術(shù)特點 2.2.1中壓C-GIS的總體結(jié)構(gòu) 因解決了絕緣插接和焊接工藝問題， 7.240.5kV CGIS產(chǎn)品的柜體結(jié)構(gòu)有了 很大變化，綜合應(yīng)用氣體絕緣、固體絕緣、 界面絕緣等多種絕緣結(jié)構(gòu)，很多元件是插 接式的，甚至各氣室都是獨立的，斷路器 氣室、母線氣室構(gòu)成積木式結(jié)構(gòu)，單母線、 雙母線組合靈活。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 21 基本組成元件及柜型 中壓CGIS按柜的用途可分為進線柜、出線 柜、母聯(lián)柜、母線提升柜、測量柜等不同的柜型。

12、 對母線實現(xiàn)的主接線方式又細(xì)分為：a. 單母線及 單母線分段，b. 雙母線及雙母線分段。按氣室的 多少細(xì)分為：a. 單氣室，b. 二氣室，c. 三氣室或 多氣室。 各柜型中按氣隔功能及主要組成部件可分為： 斷路器氣室、三位置隔離開關(guān)（包括母線或母線 的一部分）氣室、電纜隔室、控制及儀表隔室、 機構(gòu)隔室，泄壓隔室、固體絕緣母線或母線聯(lián)接 器等。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 22 密封殼體的結(jié)構(gòu)類型主要分為三大類： a. 鋼板封閉方箱型，b. 鋁筒或鋼筒封閉圓 筒型，c. 部分圓筒、部分方箱型。 進線柜主開關(guān)均配真空斷路器，除此 外還配有三位置隔離開關(guān)、電流互感器、 電壓互感器、避雷器，

13、多條電纜進線。 出線柜主開關(guān)多為配真空斷路器，也 可以配負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合電 器。出線柜其他元件的配置在很多情況下 與進線柜基本一致。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 23 母聯(lián)柜主開關(guān)為真空斷路器，還配有 三位置隔離開關(guān)?？梢允亲舐?lián)絡(luò)，也可以 是右聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)母線分段。根據(jù)工程需要 可以選配電壓互感器、避雷器等。 母線提升柜需與母聯(lián)柜配合使用，不 再配主開關(guān)，配有母線電流互感器、三位 置隔離開關(guān)。根據(jù)工程需要可以選配電壓 互感器、避雷器等。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 24 CGIS中非常重要的一個元件就是 母線聯(lián)接器，其作用是：當(dāng)產(chǎn)品現(xiàn)場安 裝拼柜時，在不打開密封

14、箱體上的密封 蓋板的情況下采用插接結(jié)構(gòu)使兩個柜體 間的母線在電路上連通并承載額定電流， 同時在兩柜之間的主母線導(dǎo)體與金屬外 殼間建立固體的界面絕緣。用類似結(jié)構(gòu) 也可解決其它高壓元件的絕緣插接。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 25 總體布置 采用了新型的硅橡膠連接頭， CGIS結(jié)構(gòu) 由箱式向鎧裝式發(fā)展，形成互不影響的獨立氣室、 積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；以低壓力SF6氣體作為絕 緣介質(zhì)，在諸多方面與空氣絕緣開關(guān)柜、GIS存 在較大的區(qū)別；利用方形容器布置高壓元件；專 用的真空滅弧室，使中壓CGIS外形尺寸大大減 ??；專用的三位置隔離開關(guān)及其操動機構(gòu)，將隔 離、接地復(fù)合為一體，在實現(xiàn)接通、隔離

15、、接地 功能的同時，減少了元件數(shù)、降低了制造成本， 提高了可靠性；按智能化的要求配置新型傳感元 件。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 26 縱觀各種類型的中壓CGIS，可以明 顯的看出總體結(jié)構(gòu)與母線的結(jié)構(gòu)有密切關(guān) 系，母線的結(jié)構(gòu)對總體結(jié)構(gòu)有限制要求。 為了使母線在現(xiàn)場便于安裝，總體結(jié)構(gòu)自 然就順應(yīng)母線結(jié)構(gòu)來確定了。一次主回路 僅母線、三位置隔離開關(guān)、斷路器三個主 要模塊，按它們的相對位置總體結(jié)構(gòu)可以 劃分為三大類：上中下布置、下中上布置、 后中前布置。總體結(jié)構(gòu)給人感覺是更多地 吸收了常規(guī)開關(guān)柜的技術(shù)，實際上是GIS技 術(shù)與開關(guān)柜技術(shù)的有機結(jié)合。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 27

16、 目前有三種類型母線結(jié)構(gòu)并存： 氣體絕緣母線；插接式固體絕緣母線； 充氣母線室+母線連接器。充氣絕緣母 線+母線連接器或插接式固體絕緣母線 的使用解決了現(xiàn)場不用抽真空、充氣 等處理SF6氣體的問題。優(yōu)點除了不受 塵埃和凝露的影響外，便于母線連接、 分段或改接。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 28 上中下布置的典型產(chǎn)品有日本三 菱公司的HS-X型、FUJI ELECTRIC 公司CGIS 2100型、SIEMENS公司 的 NX PLUS型、ABB公司ZX2 型。非 常適合于插接式固體絕緣母線，或者 充氣母線室+母線連接器。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 29 三菱公司三菱公司

17、HS-X型型1224kV C-GIS 西高所開發(fā)的西高所開發(fā)的XGN46-40.5(Z)/T125025型型 C-GIS結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 30 下中上布置的典型產(chǎn)品有ABB公司的ZX1.2， 非常適合于充氣母線室+母線連接器。 ABB公司公司ZX1.2 型型1240.5kV C-GIS 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 31 后中前布置的典型產(chǎn)品有AREVA公司的 WS型1240.5kV CGIS，非常適合于氣體 絕緣母線。 AREVA WS型型1240.5kV C-GIS 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 32 2.2.2典型產(chǎn)品的主要技術(shù)參

18、數(shù) 主要幾家公司典型產(chǎn)品的主要技術(shù)參 數(shù)為：額定電流12502500A；40.5kV級 1min工頻耐受電壓85kV或個別95kV，雷電 沖擊耐受電壓185kV；額定短時耐受電流 31.5kA，額定峰值耐受電流80kA，額定短 路開斷電流31.5kA，SF6氣體額定壓力 （20時、表壓）：0.05MPa及以下；外 形尺寸：當(dāng)額定電流1250A 及以下時柜寬 600或以下，額定電流1250A以上時柜寬 800，柜高2300左右，柜深1700左右。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 33 2.2.3絕緣結(jié)構(gòu) 使用的絕緣類型有氣體絕緣、沿面絕緣、固體絕 緣、界面絕緣。 氣體絕緣：在主回路導(dǎo)體與密

19、封箱體之間用SF6 氣體絕緣。 沿面絕緣：用固體絕緣件作介質(zhì)，構(gòu)成主回路導(dǎo) 體、斷路器、隔離開關(guān)的電極等的帶電部分與密封 箱體之間的對地絕緣或?qū)w間的相間絕緣。SF6氣 體中的沿面絕緣特性取決于最大電場，一產(chǎn)生電暈 就很容易引起沿面的閃絡(luò)，所以即使在絕緣件的沿 面上也必須有為實現(xiàn)電場衰減的結(jié)構(gòu)。SF6氣體、 電極以及絕緣件接觸的部分會出現(xiàn)電場上升現(xiàn)象， 對電場產(chǎn)生影響，成為絕緣上的薄弱點。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 34 固體絕緣：采用環(huán)氧樹脂材料作絕緣介質(zhì)， 中間是高壓導(dǎo)體，澆注成形，表面通過液態(tài)金屬 噴鍍法進行鋅噴鍍或通過涂敷半導(dǎo)電層等方法設(shè) 置一接地的金屬層或半導(dǎo)電層。中間高

20、壓導(dǎo)體與 接地的金屬層或半導(dǎo)電層間靠固體絕緣材料耐受 電壓。表面層粘合力大小與噴鍍的種類、粒度、 金屬噴鍍槍、膜厚等有關(guān)。表面層萬一發(fā)生碰撞、 剝落，其端部就會造成局部放電的發(fā)生。 界面絕緣：將硅橡膠等彈性材料壓接在環(huán)氧 樹脂的面上，用該界面維持絕緣。與表面壓力、 界面光潔度、V-t特性有關(guān)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 35 2.2.4新型密封殼體結(jié)構(gòu)及密封殼體 的焊接、檢漏工藝技術(shù) 新的板金工藝應(yīng)用，即激光切割+折彎+焊接/ 鉚焊。由于激光切割的高靈活性、高精度，三維 設(shè)計技術(shù)的成熟與普及，可以應(yīng)用更加合理、美 觀、成本低、質(zhì)量高、工期短的設(shè)計新結(jié)構(gòu)與新 的工藝流程。 新的焊接工

21、藝應(yīng)用，即激光焊接。由于激光 焊接的高精度、非常小的熱影響區(qū)、高的穿透性， 應(yīng)用新焊接結(jié)構(gòu)、加強筋結(jié)構(gòu)與新的工藝流程， 使焊接后的部件無變形或小變形、剛度大大提高， 焊縫質(zhì)量大大提高，外形美觀。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 36 螺柱焊接工藝的應(yīng)用，即螺柱焊技術(shù)。由于 螺柱焊結(jié)構(gòu)簡單、熱影響區(qū)小、高的焊接強度以 及靈活性好，應(yīng)用于板上或筋上，容易實現(xiàn)無縫 連接，螺紋尺寸M3M20都可選用，焊后的部件 無變形，焊縫質(zhì)量可靠，外形美觀。 同步抽真空工藝和氦檢漏技術(shù)的應(yīng)用。中壓 CGIS在生產(chǎn)、正常運行的中，承受的正壓力多 在0.08MPa以下，而生產(chǎn)中抽真空的過程中承受 的負(fù)壓力，約為0

22、.1MPa。為了減少密封箱體在制 造過程中受到較大壓力差的不利影響，采用了抽 真空工藝，即；密封箱體放入比其略大的密封容 器內(nèi)，密封箱體、密封容器同時抽真空，維持二 者間的壓力差小于0.03MPa，最終二者都抽至真 空。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 37 氦檢漏技術(shù)就是利用抽真空工藝在二 者同步都抽至真空的條件下，向密封箱體 注入氦氣，在密封容器內(nèi)收集氦氣的數(shù)量， 快速、高精度測量密封箱體的年泄漏率。 在確定密封箱體的年泄漏率合格的情況下， 回收氦氣。然后，同時向密封箱體充入絕 緣氣體（SF6或N2）、向密封容器充入空氣， 并維持二者間的壓力差小于0.03MPa，密 封容器充大氣壓后

23、，密封箱體充至額定壓 力。采用這種工藝首先對環(huán)境沒有污染； 其次檢測精度高，可檢測年泄漏率0.01； 再者檢測效率高；最后密封箱體不會因為 生產(chǎn)過程收受大于額定充氣壓力的壓力， 不至使密封箱體過于變形。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 38 2.2.5真空斷路器和真空滅弧技術(shù) 中壓CGIS中配置的斷路器要求開斷能力強、 電壽命長、可靠性高，滅弧室部分免維護。真空 滅弧室的絕緣性能好，觸頭開距小，電弧電壓低， 電弧能量小，開斷時表面燒損輕微。因此，真空 斷路器的機械壽命和電壽命都很高。通常機械壽 命和開合負(fù)載電流的壽命都在萬次以上。允許開 合額定短路開斷電流的次數(shù)多在20次以上，特別 適合

24、于要求頻繁操作的場所。這是其它斷路器無 法比擬的，因此中壓CGIS中90配置的是真空 斷路器。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 39 2.2.6三位置隔離開關(guān) 三位置隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)分為直動導(dǎo)電 桿型與轉(zhuǎn)動閘刀型兩大類。布置方式有沿 柜寬布置三相的正裝和沿柜深方向布置三 相的側(cè)裝，均為三相機械聯(lián)動。聯(lián)動桿有 兩種類型：轉(zhuǎn)動式三相聯(lián)動，可以是一根 轉(zhuǎn)軸同時帶動三相刀閘轉(zhuǎn)動，也可以是三 根轉(zhuǎn)軸通過變換成為同時分別帶動三相導(dǎo) 電桿的直動；平動式三相聯(lián)動，可以是一 根拉桿同時帶動三相刀閘轉(zhuǎn)動，也可以是 由三根拉桿同時分別帶動三相刀閘轉(zhuǎn)動。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 40 2.2.7傳感

25、技術(shù)、新型數(shù)字技術(shù)與軟 件技術(shù) 采用了現(xiàn)代傳感技術(shù)，配置了多種傳感器，如 電流/電壓傳感器、位置傳感器、密度傳感器等，將 新型科技成果應(yīng)用于中壓CGIS，實現(xiàn)了傳感元件 數(shù)字化。 利用數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù)，以實現(xiàn)中壓CGIS 產(chǎn)品的就地或遠程控制、保護、測量、通訊、顯示、 監(jiān)視、故障錄波和事件記錄等功能以及智能化。 電子式電流電壓互感器是電力系統(tǒng)中測量、保 護和計量電壓電流參量的一種新的技術(shù)方案。隨著 電力系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展， 電子式互感器替代傳統(tǒng)電磁式互感器是一個必然的 趨勢。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 41 2.3中壓 CGIS產(chǎn)品發(fā)展趨勢 研究非SF6氣體的

26、絕緣特性 新型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)的研究 開斷技術(shù)的研究 重要零部件裝配前的無損探傷檢測，如 絕緣子無損探傷檢測、密封箱體探傷檢測 等。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 42 智能化，實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，建立計算機輔 助維護系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng) 降低成本 專業(yè)化生產(chǎn)，流水線裝配 研究絕緣件老化的在線檢測與診斷系統(tǒng)。 研究預(yù)防故障事故的保護監(jiān)控系統(tǒng)。 強調(diào)模擬工具的開發(fā)與應(yīng)用 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 43 3.1 概述 近十年來，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。可自由擴展的SF6 環(huán)網(wǎng)柜得到進一步發(fā)展，配用新型SF6負(fù)荷開關(guān)，常 將兩個進出線+一個變壓器保護的三單元做成間隔式 或一體式結(jié)構(gòu)，然后根

27、據(jù)需要擴展為更多單元集成的 二次配電用開關(guān)柜，密封殼體用2.53mm普通鋼板或 不銹鋼焊接而成，壽命期內(nèi)一次性密封，提高了設(shè)備 運行的可靠性和穩(wěn)定性，減少了運行和維護費用，實 現(xiàn)了設(shè)備的小型化，負(fù)荷開關(guān)即可電動亦可手動分、 合閘，保護變壓器用的組合電器為電動或手動合閘， 彈簧儲能脫扣分閘。 3. 環(huán)網(wǎng)柜與二次配電用多回路開關(guān) 柜的設(shè)計 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 44 3.2 環(huán)網(wǎng)柜與二次配電用多回路開關(guān) 柜技術(shù)特點 3.2.1總體結(jié)構(gòu)及參數(shù) 國外多回路配電柜品種較多、且系列化，因是限 定在配電網(wǎng)使用參數(shù)上基本相差不大。從表中可以看 出，主要技術(shù)參數(shù)可以歸納如下： 額定電壓：7.2、

28、12、17.5、24、少數(shù)達36kV； 額定電流：200、400、630、個別產(chǎn)品母線部分 達1250A； 額定短時耐受電流：16、20、25kA； 額定峰值耐受電流：40、50、63kA； 外形尺寸：柜寬多為350 mm左右，最小柜寬為 210mm。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 45 3.2.2 密封箱體一次性密封 一般設(shè)計為密封壓力系統(tǒng)，殼體由 2.53mm的鋼板或不銹鋼焊成，通過整板 折彎可使得焊縫長度最短。壽命期內(nèi)一次 密封，在箱體上僅有連接高壓電纜和操動 機構(gòu)的孔，不需要維護充氣隔室。為了防 止內(nèi)部電弧故障引起爆炸，在殼體上裝有 防爆膜片。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的

29、設(shè)計 46 3.2.3 配用簡單開斷的負(fù)荷開關(guān) 配用負(fù)荷開關(guān)可實現(xiàn)如下功能： a.控制回路、開合負(fù)荷電流、過載電流； b.配合熔斷器實施故障電流和過載電流保 護； c.用以開合并聯(lián)電抗器、電動機、配電線閉 環(huán)電流、電容器組、空載電纜； d.實施配電線路（含環(huán)網(wǎng)配電）分段和重 構(gòu)功能。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 47 負(fù)荷開關(guān)有多種結(jié)構(gòu)型式：有去離子 柵式、真空式、壓氣式。但大多數(shù)公司都 采用SF6作滅弧介質(zhì)，這是因為SF6有優(yōu)良 的滅弧性能且SF6負(fù)荷開關(guān)僅開斷額定電流， 而不開斷短路電流，成本比較低廉。在壓 氣式負(fù)荷開關(guān)中又有直動式和回轉(zhuǎn)式；直 動式負(fù)荷開關(guān)導(dǎo)電桿上下直線運動，合

30、、 分電路；旋轉(zhuǎn)式負(fù)荷隔離開關(guān)，導(dǎo)電桿及 其附件旋轉(zhuǎn)形成氣吹，并形成單斷口或雙 斷口，一般行程較短。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 48 依靠聯(lián)合使用的高壓熔斷器可以開斷 大到網(wǎng)絡(luò)的短路電流。去離子?xùn)旁?，?開關(guān)分?jǐn)鄷r，閘刀的運動使電弧拉長，在 電動力的驅(qū)動下，電弧移到去離子?xùn)牌校?并被分割成若干串聯(lián)的短電弧。但電弧被 驅(qū)動到特別設(shè)計的去離子?xùn)艃?nèi)時。電弧就 被冷卻。當(dāng)電流過零時，如果刀閘已經(jīng)到 達能承受暫態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）的位置， 電弧就熄滅了。依此原理，燃弧時間能被 限制在10ms以內(nèi)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 49 3.2.4 使用限流熔斷器對終端變壓器 或饋電

31、線路出線保護 負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器可實現(xiàn)如下功能： a.控制、開合、隔離變壓器及其配送回路； b.對中壓變壓器的中壓側(cè)、變壓器及低壓 配電回路內(nèi)的短路電流及過載電流進行保 護； c.快速有效地在10ms以內(nèi)切除變壓器內(nèi)部 故障，從而有效保護變壓器安全。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 50 組合電器較之?dāng)嗦菲饔腥缦聝?yōu)點： a.在配電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場合，負(fù)荷開關(guān)斷口 具有隔離斷口的性能，熔斷器有限制過電 流產(chǎn)生的熱和電動效應(yīng)的特性，保證與斷 路器等同性能的情況下，結(jié)構(gòu)簡單、體積 小、制造成本低； b.熔斷器對過載或短路電流具有感識性能， 并通過撞擊器動作觸發(fā)，可以不需要外圍 的二次輔助設(shè)備和裝

32、置； c.運行維護簡單。負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，熔斷 器動作后僅限于更換熔斷件； 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 51 d.對故障的反映速度快。故障電流直接自 能地啟動熔斷器及其撞擊器動作，而斷路 器不能超越繼電保護響應(yīng)和其機構(gòu)的固有 分閘時間； e.熔斷器的限流截斷和允通特性，降低了 與之串聯(lián)的回路中所有元件的動熱穩(wěn)定性 能要求。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 52 3.2.5 配用輕型斷路器擴展使用場合配用輕型斷路器擴展使用場合 二次配電的首端，容量較大，額定電流、短路電 流更大，需要配用斷路器。 二次配電中配用的斷路器容量都不大，額定電流 1250A，額定短路開斷電流25kA。

33、斷路器可實現(xiàn)如下功能： 作為環(huán)網(wǎng)柜、開閉所等進線開關(guān)，有效承載和保 護所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)較大故障電流。 配合數(shù)字式綜合繼電器作為出線開關(guān)，有效承載 所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)稍大的額定電流，有效承載 和保護所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)較大故障電流。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 53 3.2.6 通過柜型擴展實現(xiàn)開關(guān)柜其它通過柜型擴展實現(xiàn)開關(guān)柜其它 功能功能 通過柜型擴展實現(xiàn)與一般開關(guān)柜相等的其 他功能。 設(shè)置繼電器、計量元件、通訊元件、補償 電容器、避雷器、智能化單元可實施計量、 保護、無功補償、遙訊、遙控、遙測等配 電自動化功能。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 54 3.2.7 便于現(xiàn)場安裝

34、的電纜插接件便于現(xiàn)場安裝的電纜插接件 電纜插接件，用于線路進、出線的聯(lián) 接，一般做成全屏蔽型，安全可靠。電纜 插頭有內(nèi)錐式和外錐式兩種，其形狀有直 式、彎角式和T型。額定電流一般在 200630A。美國、法國、德國等國家都制 定有電纜插頭件的標(biāo)準(zhǔn)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 55 3.2.8 更多地采用數(shù)字化二次控制回更多地采用數(shù)字化二次控制回 路路 二次控制回路：國外比較先進的產(chǎn)品， 二次元件已采用了傳感技術(shù)和數(shù)字技術(shù)， 二次控制回路采用集成方式就地或遠程控 制、保護、計量、監(jiān)視、通訊為一體的微 機控制管理系統(tǒng)模塊，使多回路配電開關(guān) 柜向小型化、模塊化、智能化方向發(fā)展。 中壓氣體

35、絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 56 3.2.9 友好的操作界面友好的操作界面 操動機構(gòu)位于正面，設(shè)計了友好的操 作界面，確保操作人員和維護人員的安全。 設(shè)有觀察窗，可以監(jiān)視主開關(guān)、接地開關(guān) 的觸頭運行狀態(tài)，一次線路模擬單線圖和 模擬顯示器可以顯示開關(guān)內(nèi)部狀態(tài)，使操 作簡捷、正確、安全。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 57 3.2.10 柜體的小型化柜體的小型化 柜體的小型化。使用了三工位負(fù)荷開關(guān)， 有效地減少零部件數(shù)量，整體結(jié)構(gòu)更緊湊； 限流熔斷器也向小型化發(fā)展，兩者結(jié)合， 柜體越來越小。 柜體采用鎧裝結(jié)構(gòu)，母線室與開關(guān)室之間， 開關(guān)室與電纜室之間均有金屬隔板，防護 等級可達IP67。

36、 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 58 3.2.11 在全封閉系統(tǒng)中進行氣體處在全封閉系統(tǒng)中進行氣體處 理理 SF6氣體在制造過程和現(xiàn)場安裝時都有 泄漏或排放倍受關(guān)注?，F(xiàn)在通過設(shè)計可使 SF6在制造過程和現(xiàn)場安裝的全部過程都處 于一個總的封閉系統(tǒng)中，消除了制造中SF6 的泄漏或排放，消除了現(xiàn)場氣體的處理問 題。采取的工藝措施是把焊接完成后的環(huán) 網(wǎng)柜放入一個特殊的容器中，此容器的作 用是在抽真空過程中提供一個不變的壓差 以及用作檢查泄漏和對箱體充入氣體。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 59 3.3 組合電器設(shè)計中幾個典型問題的組合電器設(shè)計中幾個典型問題的 考慮考慮 3.3.1 額定

37、短路開斷電流 3.3.2 額定電流 3.3.3 轉(zhuǎn)移電流的確定 3.3.4交接電流的確定 3.3.5熔斷器的低過電流特性 3.3.6熔斷器、負(fù)荷開關(guān)、變壓器的配合 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 60 3.4 西高所開發(fā)的固定式氣體絕緣二西高所開發(fā)的固定式氣體絕緣二 次配電開關(guān)設(shè)備次配電開關(guān)設(shè)備 3.4.1產(chǎn)品特點 所有高壓帶電部件全部密封在低壓力 SF6氣體中，實現(xiàn)小型化、輕量化。 模塊化設(shè)計，由不同模塊組合實現(xiàn)各種 主接線，并可根據(jù)需要變換組合方式形成 多回路開關(guān)系統(tǒng)。 不受環(huán)境條件影響。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 61 采用不同界面絕緣結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高壓部件 的插接與柜體的

38、擴展。 全屏蔽電纜進出線。 可配用斷路器或斷路器柜。 可配用高壓監(jiān)視元件、綜合數(shù)字式繼電 器。 可配高壓計量柜。 可加裝遙控和監(jiān)控單元。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 62 具有以下幾種基本柜型： 兩進一出環(huán)網(wǎng)柜， 負(fù)荷開關(guān)柜， 負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合電器柜， 斷路器柜， 高壓計量柜， 母線提升柜， 母線分段柜。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 63 還可派生成其它產(chǎn)品： 戶外SF6環(huán)網(wǎng)柜 戶外開閉所 柱上SF6負(fù)荷開關(guān) 箱式變電站 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 64 3.4.2 主要技術(shù)參數(shù) 環(huán)網(wǎng)柜主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓 kV： 12 額定電流 A ：630 100 1m

39、in工頻耐受電壓kV ：42 雷電沖擊耐受電壓kV ：75 額定有功負(fù)載開斷電流A ：630 轉(zhuǎn)移電流開斷能力A ：1700 額定短路關(guān)合電流kA ：50 額定短路開斷電流kA ：31.5 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 65 斷路器主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓 kV： 12 額定電流 A ：630 1min工頻耐受電壓kV ：42 雷電沖擊耐受電壓kV ：75 額定短路開斷電流kA ：20 額定短路關(guān)合電流kA ：50 額定短時耐受電流 kA ：20 額定短路持續(xù)時間 s：4 額定峰值耐受電流 kA ：50 分閘時間ms：3560 合閘時間 ms：4080 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)

40、計 66 3.4.3 外形及尺寸 環(huán)網(wǎng)柜軸視圖 10501400810（二進一出） 3501400810（單柜） 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 67 負(fù)荷開關(guān)柜軸視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 68 組合電器柜軸視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 69 負(fù)荷開關(guān)柜單獨使用情況側(cè)視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 70 環(huán)網(wǎng)柜與負(fù)荷開關(guān)柜并柜正面示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 71 操動機構(gòu)示意圖 負(fù)荷開關(guān)示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 72 斷路器柜側(cè)面剖視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 73 斷路器柜正視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 74 戶外環(huán)網(wǎng)柜(斷路器單獨使用情況)打開門板后軸視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 75 計量柜正面剖視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的 設(shè)計 76 母線分段柜（帶電流互感器）正面剖視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉