中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的設計課件

1、中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 1 中壓氣體絕緣金屬封閉開關中壓氣體絕緣金屬封閉開關 設備的設計設備的設計 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 2 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備 是體現了新的設計理念、新的制造工 藝的一類產品，主要包括二大類： C-GIS和氣體絕緣二次配電開關 設備。 與常規(guī)開關柜有許多不同之處， 發(fā)展的時間有限，需要進一步去探索 設計、制造、檢驗、生產管理等諸多 方面，增加產品品種、提高產品質量、 降低成本。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 3 1.中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 主要技術基礎 1.1 低壓力SF6氣體或混合氣體的絕緣技術 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計和絕緣距離的 確定是以絕緣件表面、內部，電極表面， 或氣體間隙的許用場強為依據的。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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，在絕緣結構設 計時應采取各種措施使之避免。SF6電器設 備中要使電場設計的完全均勻幾乎是不可 能的，因而在設計中大多采用稍不均勻的 電場結構。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， 電壓增加出現飽和現象。因此SF6電器設備 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設備的

3、 設計 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，負 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 于負極性。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 6 根據空氣中的結果，并假設SF6和空 氣間的絕緣強度的某一倍數去設計SF6氣體 系統(tǒng)不會得出滿意的結果。 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 范圍內即使讓壓力上升閃絡電壓也不上升。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 7 1.1.2 SF6氣體絕緣性能與濃度的關系氣體絕緣性能與濃度的

4、關系 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 8 1.1.3 SF6氣體絕緣性能與壓力的關系氣體絕緣性能與壓力的關系 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 9 1.1.4三種物質接觸點的作用三種物質接觸點的作用 三種物質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，稱為三物質接觸。 由于SF6氣體的介電常數比固體絕緣材 料的小，在三種物質接觸點上介電常數小 的一側電場強度升高，容易出現碰撞電離 并發(fā)展成沿面閃絡，是絕緣上的薄弱環(huán)節(jié)。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 10 1.1.5支柱絕緣子的設計支柱絕緣子的

5、設計 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 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設備的 設計 11 1.2 低壓力壓縮空氣絕緣技術低壓力壓縮空氣絕緣技術 由于壓縮空氣的獲得、處理要比SF6氣 體經濟得多，也沒有SF6氣體的溫室效應問 題，用其作絕緣介質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過，但是能 在設計中直接應用的數據還很少，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設備的 設計 12 壓縮空氣中棒板間隙的直流閃絡電壓壓縮空氣中棒板間隙的直流閃絡電壓 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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、增強輻射和傳導來 解決，可采取的措施： 降低導體損耗，控制導體電阻率，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。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備

7、的 設計 14 1.4 真空斷路器的開斷技術發(fā)展真空斷路器的開斷技術發(fā)展 經過十多年的發(fā)展，真空斷路器 的開斷技術有了較大提高，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設備的 設計 15 2.中壓中壓C-GIS的特點及設計的特點及設計 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設備，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設備。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 16 2.1.2 CGIS是技術進步的產物是技術進步的產物 絕緣技術的進步 高壓開關設備隨著時代的前進在不斷地發(fā)生變 化，技術水平在不斷地提高；經歷了敞開式、柜式 （金屬封閉）、分相GIS、三相共箱GIS、 CGIS的變化過程，結構狀態(tài)也經歷了敞開、封 閉、密封、元件復合化、設備復合化的變化過程， 與之相應的絕緣技術也從空氣絕緣、油絕緣、大氣 復合絕緣、高壓力SF6氣體絕緣、低壓力氣體絕緣、 SF6復合絕緣的變革與發(fā)展。 CGIS就是低壓力氣體絕緣、復合絕緣、固

9、體絕緣技術發(fā)展的產物。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 17 密封箱體制造技術的進步 密封箱體的制造充分利用現代先 進的板材下料、折彎、焊接設備以及 氦氣檢漏技術，使密封箱體的精度、 剛度提高，漏氣率降低。密封箱體加 工技術的提高給中壓CGIS的發(fā)展提 供了基礎條件。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 18 工程實際的需要 40.5kV及以下電壓等級的開關柜采用 空氣和固體絕緣的復合絕緣技術，應用中 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、可靠性高的開關設備。工程建設的綜 合經濟效益優(yōu)越。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 19 企業(yè)發(fā)展的需要 中壓CGIS的技術含量高，是生產廠家掌握 的先進設計、生產工藝、檢驗技術、管理水平的 具體體現，增強了企業(yè)的競爭實力。對市場而言； 中壓開關柜的用戶多、用量大，要求各不相同， 用戶容易選用。 現在國內使用的中壓CGIS產品以進口或合 資企業(yè)生產的為主，每面柜子的售價在40萬元人 民幣左右；國產產品僅占一小部分，每面柜子售 價在30萬元人民幣左右。 經過多年的研制，國內中壓CGIS產品在開 發(fā)、生產、運行等各方面都有了長足的發(fā)展，積 累了一定的生產、管理、運行、工程設計的實踐

11、 經驗。因生產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。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 20 2.2中壓C-GIS的技術特點 2.2.1中壓C-GIS的總體結構 因解決了絕緣插接和焊接工藝問題， 7.240.5kV CGIS產品的柜體結構有了 很大變化，綜合應用氣體絕緣、固體絕緣、 界面絕緣等多種絕緣結構，很多元件是插 接式的，甚至各氣室都是獨立的，斷路器 氣室、母線氣室構成積木式結構，單母線、 雙母線組合靈活。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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、 對母線實現的主接線方式又細分為：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（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設備的 設計 22 密封殼體的結構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。 進線柜主開關均配真空斷路器，除此 外還配有三位置隔離開關、電流互感器、 電壓互感器、避雷器，

13、多條電纜進線。 出線柜主開關多為配真空斷路器，也 可以配負荷開關或負荷開關+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設備的 設計 23 母聯(lián)柜主開關為真空斷路器，還配有 三位置隔離開關?？梢允亲舐?lián)絡，也可以 是右聯(lián)絡，實現母線分段。根據工程需要 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，配有母線電流互感器、三位 置隔離開關。根據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設備的 設計 24 CGIS中非常重要的一個元件就是 母線聯(lián)接器，其作用是：當產品現場安 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構使兩個柜體 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體與金屬外 殼間建立固體的界面絕緣。用類似結構 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設備的 設計 25 總體布置 采用了新型的硅橡膠連接頭， CGIS結構 由箱式向鎧裝式發(fā)展，形成互不影響的獨立氣室、 積木式結構，組合靈活；以低壓力SF6氣體作為絕 緣介質，在諸多方面與空氣絕緣開關柜、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及其操動機構，將隔 離、接地復合為一體，在實現接通、隔離

15、、接地 功能的同時，減少了元件數、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設備的 設計 26 縱觀各種類型的中壓CGIS，可以明 顯的看出總體結構與母線的結構有密切關 系，母線的結構對總體結構有限制要求。 為了使母線在現場便于安裝，總體結構自 然就順應母線結構來確定了。一次主回路 僅母線、三位置隔離開關、斷路器三個主 要模塊，按它們的相對位置總體結構可以 劃分為三大類：上中下布置、下中上布置、 后中前布置?？傮w結構給人感覺是更多地 吸收了常規(guī)開關柜的技術，實際上是GIS技 術與開關柜技術的有機結合。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 27

16、 目前有三種類型母線結構并存： 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設備的 設計 28 上中下布置的典型產品有日本三 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設備的 設計 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結構示意圖結構示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 30 下中上布置的典型產品有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設備的 設計 31 后中前布置的典型產品有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設備的 設計 32 2.2.2典型產品的主要技術參

18、數 主要幾家公司典型產品的主要技術參 數為：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設備的 設計 33 2.2.3絕緣結構 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，構成主回路導 體、斷路器、隔離開關的電極等的帶電部分與密封 箱體之間的對地絕緣或導體間的相間絕緣。SF6氣 體中的沿面絕緣特性取決于最大電場，一產生電暈 就很容易引起沿面的閃絡，所以即使在絕緣件的沿 面上也必須有為實現電場衰減的結構。SF6氣體、 電極以及絕緣件接觸的部分會出現電場上升現象， 對電場產生影響，成為絕緣上的薄弱點。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 34 固體絕緣：采用環(huán)氧樹脂材料作絕緣介質， 中間是高壓導體，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電層等方法設 置一接地的金屬層或半導電層。中間高

20、壓導體與 接地的金屬層或半導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。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。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 35 2.2.4新型密封殼體結構及密封殼體 的焊接、檢漏工藝技術 新的板金工藝應用，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 設計技術的成熟與普及，可以應用更加合理、美 觀、成本低、質量高、工期短的設計新結構與新 的工藝流程。 新的焊接工

21、藝應用，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， 應用新焊接結構、加強筋結構與新的工藝流程， 使焊接后的部件無變形或小變形、剛度大大提高， 焊縫質量大大提高，外形美觀。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 36 螺柱焊接工藝的應用，即螺柱焊技術。由于 螺柱焊結構簡單、熱影響區(qū)小、高的焊接強度以 及靈活性好，應用于板上或筋上，容易實現無縫 連接，螺紋尺寸M3M20都可選用，焊后的部件 無變形，焊縫質量可靠，外形美觀。 同步抽真空工藝和氦檢漏技術的應用。中壓 CGIS在生產、正常運行的中，承受的正壓力多 在0.08MPa以下，而生產中抽真空的過程中承受 的負壓力，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，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設備的 設計 37 氦檢漏技術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，在密封容器內收集氦氣的數量， 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設備的 設計 38 2.2.5真空斷路器和真空滅弧技術 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設備的 設計 39 2.2.6三位置隔離開關 三位置隔離開關的結構分為直動導電 桿型與轉動閘刀型兩大類。布置方式有沿 柜寬布置三相的正裝和沿柜深方向布置三 相的側裝，均為三相機械聯(lián)動。聯(lián)動桿有 兩種類型：轉動式三相聯(lián)動，可以是一根 轉軸同時帶動三相刀閘轉動，也可以是三 根轉軸通過變換成為同時分別帶動三相導 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動，也可以是 由三根拉桿同時分別帶動三相刀閘轉動。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 40 2.2.7傳感

25、技術、新型數字技術與軟 件技術 采用了現代傳感技術，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 新型科技成果應用于中壓CGIS，實現了傳感元件 數字化。 利用數字技術與軟件技術，以實現中壓CGIS 產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方案。隨著 電力系統(tǒng)向數字化、智能化、網絡化的方向發(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設備的 設計 41 2.3中壓 CGIS產品發(fā)展趨勢 研究非SF6氣體的

26、絕緣特性 新型絕緣結構設計、制造技術的研究 開斷技術的研究 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設備的 設計 42 智能化，實現狀態(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，流水線裝配 研究絕緣件老化的在線檢測與診斷系統(tǒng)。 研究預防故障事故的保護監(jiān)控系統(tǒng)。 強調模擬工具的開發(fā)與應用 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 43 3.1 概述 近十年來，新產品不斷涌現?？勺杂蓴U展的SF6 環(huán)網柜得到進一步發(fā)展，配用新型SF6負荷開關，常 將兩個進出線+一個變壓器保護的三單元做成間隔式 或一體式結構，然后根

27、據需要擴展為更多單元集成的 二次配電用開關柜，密封殼體用2.53mm普通鋼板或 不銹鋼焊接而成，壽命期內一次性密封，提高了設備 運行的可靠性和穩(wěn)定性，減少了運行和維護費用，實 現了設備的小型化，負荷開關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)網柜與二次配電用多回路開關 柜的設計 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 44 3.2 環(huán)網柜與二次配電用多回路開關 柜技術特點 3.2.1總體結構及參數 國外多回路配電柜品種較多、且系列化，因是限 定在配電網使用參數上基本相差不大。從表中可以看 出，主要技術參數可以歸納如下： 額定電壓：7.2、

28、12、17.5、24、少數達36kV； 額定電流：200、400、630、個別產品母線部分 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設備的 設計 45 3.2.2 密封箱體一次性密封 一般設計為密封壓力系統(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。壽命期內一次 密封，在箱體上僅有連接高壓電纜和操動 機構的孔，不需要維護充氣隔室。為了防 止內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設備的

29、設計 46 3.2.3 配用簡單開斷的負荷開關 配用負荷開關可實現如下功能： a.控制回路、開合負荷電流、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)網配電）分段和重 構功能。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 47 負荷開關有多種結構型式：有去離子 柵式、真空式、壓氣式。但大多數公司都 采用SF6作滅弧介質，這是因為SF6有優(yōu)良 的滅弧性能且SF6負荷開關僅開斷額定電流， 而不開斷短路電流，成本比較低廉。在壓 氣式負荷開關中又有直動式和回轉式；直 動式負荷開關導電桿上下直線運動，合

30、、 分電路；旋轉式負荷隔離開關，導電桿及 其附件旋轉形成氣吹，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設備的 設計 48 依靠聯(lián)合使用的高壓熔斷器可以開斷 大到網絡的短路電流。去離子柵原理，在 開關分斷時，閘刀的運動使電弧拉長，在 電動力的驅動下，電弧移到去離子柵片中， 并被分割成若干串聯(lián)的短電弧。但電弧被 驅動到特別設計的去離子柵內時。電弧就 被冷卻。當電流過零時，如果刀閘已經到 達能承受暫態(tài)恢復電壓（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。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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 負荷開關+限流熔斷器可實現如下功能： 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、變壓器及低壓 配電回路內的短路電流及過載電流進行保 護； c.快速有效地在10ms以內切除變壓器內部 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設備的 設計 50 組合電器較之斷路器有如下優(yōu)點： a.在配電網絡的應用場合，負荷開關斷口 具有隔離斷口的性能，熔斷器有限制過電 流產生的熱和電動效應的特性，保證與斷 路器等同性能的情況下，結構簡單、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 的二次輔助設備和裝

32、置； c.運行維護簡單。負荷開關結構簡單，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設備的 設計 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和其機構的固有 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設備的 設計 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、斷路器可實現如下功能： 作為環(huán)網柜、開閉所等進線開關，有效承載和保 護所轄中壓配電系統(tǒng)內較大故障電流。 配合數字式綜合繼電器作為出線開關，有效承載 所轄中壓配電系統(tǒng)內稍大的額定電流，有效承載 和保護所轄中壓配電系統(tǒng)內較大故障電流。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 53 3.2.6 通過柜型擴展實現開關柜其它通過柜型擴展實現開關柜其它 功能功能 通過柜型擴展實現與一般開關柜相等的其 他功能。 設置繼電器、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設備的 設計 54 3.2.7 便于現場安裝

34、的電纜插接件便于現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準。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 55 3.2.8 更多地采用數字化二次控制回更多地采用數字化二次控制回 路路 二次控制回路：國外比較先進的產品， 二次元件已采用了傳感技術和數字技術， 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 柜向小型化、模塊化、智能化方向發(fā)展。 中壓氣體

35、絕緣金屬封閉開關設備的 設計 56 3.2.9 友好的操作界面友好的操作界面 操動機構位于正面，設計了友好的操 作界面，確保操作人員和維護人員的安全。 設有觀察窗，可以監(jiān)視主開關、接地開關 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內部狀態(tài)，使操 作簡捷、正確、安全。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 57 3.2.10 柜體的小型化柜體的小型化 柜體的小型化。使用了三工位負荷開關， 有效地減少零部件數量，整體結構更緊湊； 限流熔斷器也向小型化發(fā)展，兩者結合， 柜體越來越小。 柜體采用鎧裝結構，母線室與開關室之間， 開關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設備的 設計 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場安裝時都有 泄漏或排放倍受關注。現在通過設計可使 SF6在制造過程和現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設備的 設計 59 3.3 組合電器設計中幾個典型問題的組合電器設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、負荷開關、變壓器的配合 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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 次配電開關設備次配電開關設備 3.4.1產品特點 所有高壓帶電部件全部密封在低壓力 SF6氣體中，實現小型化、輕量化。 模塊化設計，由不同模塊組合實現各種 主接線，并可根據需要變換組合方式形成 多回路開關系統(tǒng)。 不受環(huán)境條件影響。 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 61 采用不同界面絕緣結構，實現高壓部件 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設備的 設計 62 具有以下幾種基本柜型： 兩進一出環(huán)網柜， 負荷開關柜， 負荷開關+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設備的 設計 63 還可派生成其它產品： 戶外SF6環(huán)網柜 戶外開閉所 柱上SF6負荷開關 箱式變電站 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 64 3.4.2 主要技術參數 環(huán)網柜主要技術參數 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 額定有功負載開斷電流A ：630 轉移電流開斷能力A ：1700 額定短路關合電流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設備的 設計 65 斷路器主要技術參數 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設備的 設

40、計 66 3.4.3 外形及尺寸 環(huán)網柜軸視圖 10501400810（二進一出） 3501400810（單柜） 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 67 負荷開關柜軸視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 68 組合電器柜軸視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 69 負荷開關柜單獨使用情況側視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 70 環(huán)網柜與負荷開關柜并柜正面示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 71 操動機構示意圖 負荷開關示意圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 72 斷路器柜側面剖視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 73 斷路器柜正視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 74 戶外環(huán)網柜(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設備的 設計 75 計量柜正面剖視圖 中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備的 設計 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