第二章SF全封閉組合電器設(shè)計

華北電力大學(xué)第二章

SF6全封閉組合電器的設(shè)計組成元件：斷路器、母線、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、套管等；絕緣介質(zhì)：

SF6氣體，其絕緣性能、滅弧性能都比空氣好得多。電場結(jié)構(gòu)：同軸圓柱體間隙，故為稍不均勻電場。而常規(guī)變電站則是棒一板組成的不均勻電場。特點(diǎn)：GIS設(shè)備具有優(yōu)良的技術(shù)性能、占地面積少，特別適合于我國國情?！?概述圖2-1ELK型220kV雙母線饋電的GIS剖面圖§2GIS優(yōu)越性與常規(guī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)比較一、GIS設(shè)備的優(yōu)越性1占地面積?。褐挥谐Ｒ?guī)設(shè)備的1/4；2GIS設(shè)備不受環(huán)境影響3運(yùn)行安全可靠、維護(hù)工作量少、檢修周期長4施工工期短：現(xiàn)場安裝工作量減少80%左右5GIS設(shè)備沒有無線電干擾和噪音干擾結(jié)論：GIS設(shè)備占地最少，但是設(shè)備造價最貴，其建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)設(shè)備省得多。節(jié)約土地是我國的國策，GIS設(shè)備符合我國的國情。二、GIS與常規(guī)配電裝置的經(jīng)濟(jì)性比較§3GIS設(shè)備的主接線調(diào)度靈活性檢修靈活性擴(kuò)建靈活性可靠供電是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)投資少占地面積小電能損失少可靠性靈活性經(jīng)濟(jì)性主接線的設(shè)計原則主接線類型橋型接線單母線分段雙母線分段1/2斷路器多角形接線兩條線路兩個主變一個連接橋設(shè)備最省靈活性差可靠性差一臺斷路器將母線分為兩段簡單經(jīng)濟(jì)方便可靠性好一臺斷路器兩隔離開關(guān)兩個母線可輪流檢修調(diào)度靈活擴(kuò)建方便便于試驗(yàn)用于大容量高電壓系統(tǒng)調(diào)度靈活檢修方便可靠性高繼電保護(hù)母線故障各斷路器互相連接成閉合回路投資省占地面積小擴(kuò)建難可靠性差

設(shè)計者在選用GIS設(shè)備時，其主接線要考慮周到，要了解GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)，盆型絕緣子的布置是否合理。在檢修元件時是否擴(kuò)大故障，其范圍有多大?GIS設(shè)備與常規(guī)設(shè)備不同，除了考慮一次接線的電氣性能外，還要考慮SF6氣體的氣路是否與一次接線的電路相配合。因?yàn)镚IS設(shè)備氣室內(nèi)沒有SF6氣體是不能受電的。否則就會出現(xiàn)擴(kuò)大故障的可能。三、設(shè)計主接線時注意的問題一、概述

GIS設(shè)備的布置方式有很多種，在不同的電壓下，GIS設(shè)備的問隔尺寸、同相間的距離和不同相間的距離、元件組合尺寸都由GIS制造廠決定?！?GIS配電裝置的布置方式二、110kVGIS配電裝置的布置方式1、內(nèi)橋式布置2、單母線分段布置3、110kV雙母線雙分段布置4、110kV環(huán)型接線的配電裝置布置圖二、110kVGIS配電裝置的布置方式1、單母線用隔離開關(guān)分段布置2、220kV雙母線雙分段布置3、220kV3/2斷路器接線布置三、500kVGIS配電裝置的布置方式1、500kV雙母線用母聯(lián)聯(lián)絡(luò)斷路器接線布置2、500kV3/2斷路器接線布置§5GIS伸縮接頭和氣室及測量儀表配置一、伸縮原則配置GIS設(shè)備是由斷路器、隔離開關(guān)、互感器和母線互相連接起來的。這些元件的材料水同，膨脹系數(shù)不一樣，當(dāng)溫度變化時若各個元件不能自由伸長和縮短，由于溫度應(yīng)力的原因，勢必?fù)p壞元件。為此在GJS設(shè)備的母線管要配置伸縮節(jié)頭，其配置原則如下。

(1)土建結(jié)構(gòu)有伸縮縫的地方；

(2)會產(chǎn)生震動的地方，如GIS與主變壓器連接的地方；

(3)母線過長的地方。二、GIS設(shè)備與外部連接

1、GIS與架空線連接：用SF6/空氣瓷套管相連接；2、GIS設(shè)備與高壓電纜連接：設(shè)計者應(yīng)盡量減少兩個電纜頭的高差，有條件下用干式電纜；3、GIS設(shè)備與主變壓器連接：用SF6油套管相連接；三、GIS設(shè)備氣室的布置原則1、因SF6氣體的壓力不同，要分成若干個氣室；

2、因絕緣直接不同要分成若干個氣室；

3、GIS設(shè)備檢修時，要分成若干個氣室。四、GIS設(shè)備氣室的測量儀表配置1、GIS設(shè)備內(nèi)部故障時氣室的壓力計算§6GIS設(shè)備的外殼保護(hù)一、GIS設(shè)備故障時氣室的壓力和外殼少穿時間計算GIS設(shè)備的外殼用鋁合金或鋼材制成。當(dāng)母線管或元件內(nèi)部故障時，電弧使SF6氣體的壓力升高，若沒有防爆裝置，剛可造成外殼爆炸。當(dāng)內(nèi)部發(fā)生故障而不能及時切斷故障點(diǎn)，電弧能將外殼燒穿。為了不致使故障擴(kuò)大，在變電站的進(jìn)線線路上安裝快速接地隔離開關(guān)。使開關(guān)直接接地，通過保護(hù)裝置切斷電源。2、電弧燒穿外殼的時間GIS設(shè)備外殼被電弧燒穿的時間與其材料、厚度和故障電流的大小有關(guān)。一般都是從做燒穿試驗(yàn)的方法得到的。二、外殼保護(hù)方法選擇1、防爆裝置；

2、快速接地隔離開關(guān)。結(jié)論：1、電弧電壓對氣室壓力升高有很大的影響。氣室越小，壓力的升高幅度越大。氣室越大，壓力升高的幅度并不是很大。此小氣室對防爆膜敏感，可靠性高。由于快接地隔離是由故障電流作為啟動電流的，只要故障電流達(dá)到動作值，快速接地隔離開關(guān)必然動作，對于大氣室用快速接地隔離開關(guān)的可靠性高。

2、防爆膜的破壞值是正常壓力的四倍，在小氣室可以達(dá)到這個壓力，而大氣室達(dá)不到。電就是說，在大氣室，故障電流很大也未足以達(dá)到防爆膜的破壞值。可見大氣室對防爆膜已不起作用。只靠快速接地隔離開關(guān)。三、防爆膜的面積和快速接地隔離開關(guān)整定時間計算1、防爆膜面積：

2、快速接地隔離開關(guān)動作時間：大電流接地系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)§7GIS外殼感應(yīng)電壓計算及其接地方式一、概述GIS設(shè)備的母線和外殼是一對同軸的兩個電極，構(gòu)成稍不均勻電場。當(dāng)電流通過母線時，在外殼感應(yīng)電壓，使外殼產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，使GIS設(shè)備容量減少。當(dāng)運(yùn)行人員接觸時會觸電危及人身安全。因此要使GIS設(shè)備外殼的感應(yīng)電壓在安全規(guī)定的范圍之內(nèi)，外殼也不發(fā)熱。

解決方法：方法1：在GIS設(shè)備外殼用全鏈多點(diǎn)接地方法，其優(yōu)點(diǎn)是GIS外殼的感應(yīng)電壓為零，但會引起環(huán)流，金屬外殼仍然發(fā)熱，輸送容量還要下降；方法2：將GIS外殼分段絕緣，每一段只有一個接地點(diǎn)，這樣GIS外殼不產(chǎn)生環(huán)流，但有感應(yīng)電壓。1、GIS外殼允許感應(yīng)電壓（1）人體只接觸GIS一相外殼；（2）人體接觸GIS相外殼；（3）故障情況下，GIS外殼允許感應(yīng)電壓。2、GIS外殼感應(yīng)電壓的計算

正常情況下

故障情況下

1)在人體電阻相同的情況下，兩手同時接觸母線管的感應(yīng)電壓，要比單手接觸母線管的感應(yīng)電壓要高；

2)在上述情況下，中間相外殼的感應(yīng)電壓最低，而距離為

Rk時的外殼感應(yīng)電壓最高；

3)故障時，外部單相接地比內(nèi)部單相接地的外殼感應(yīng)電壓要高；

4)感應(yīng)電壓高的母線管，分段絕緣距離短，反之則長；

5)當(dāng)單手接觸母線管時，與工作人員所站地方的土壤電阻率有關(guān)，土壤電阻率低的地方，母線管的分段絕緣長度要短，反之則長；

6)母線管發(fā)生外部故障時，其分段絕緣長度要短；母線管發(fā)生內(nèi)部故障時，其分段絕緣長度要長。結(jié)論1、三相共筒式母線的GIS外殼接地三相母線共同安裝在一個母線管里。正常運(yùn)行時，一切安全。但在故障時，三相電壓失去平衡，在外殼將感應(yīng)電壓，產(chǎn)生環(huán)流，雖然時間不長，但也會危及運(yùn)行人員的安全，所以GIS外殼及其金屬結(jié)構(gòu)都要多點(diǎn)接地，接地線的截面按流過的故障電流計算。

3、GIS外殼與管路、電纜外皮的接地2、離相式母線的GIS外殼接地由于離相式母線的GIS設(shè)備，三相母線分別裝于不同的母線管里，正常運(yùn)行時，外殼有感應(yīng)電流，其值為電流回路電流的70％～90％之間，根據(jù)外殼的材料而定。鋁合金的外殼的感應(yīng)電流是鋼外殼的3.4倍，這么大的感應(yīng)電流會引起外殼及其金屬結(jié)構(gòu)發(fā)熱，并使GIS設(shè)備的額定容量減少，使二次回路受到干擾。解決措施如下：①安裝接地線；②三相母線管的接地線用短金屬板連在一起接地③GIS設(shè)備外殼應(yīng)多點(diǎn)接地；④GIS所有金屬管道也只允許一點(diǎn)接地⑤GIS設(shè)備的外殼與SF6/油套管之間應(yīng)絕緣；⑥三相聯(lián)動的隔離開關(guān)、接地隔離開關(guān)的連接桿之間應(yīng)絕緣。

通過接地主電流的接地線叫接地主母線，從主母線接到其他元件的接地線叫支接地線。4、GIS接地母線的截面選擇由于接地線的作用不同，其參數(shù)按下面的原則選擇：(1)選用接地母線時：短路電流的持續(xù)時間按1s考慮，故障電流按單相接地短路電流計算；

(2)選用接地支線時：短路電流的持續(xù)時問按1s考慮，故障電流按單相接地短路電流的70％計算；

(3)選用三相短路的短接板，法蘭的跨接線的截面選擇時：短路電流按三相短路電流計算，持續(xù)時間為4s。A—接地線的截面；I—流經(jīng)接地線的電流；t—短路電流的持續(xù)時間；C—接地線的材料常數(shù)。一、GIS過電壓保護(hù)的特點(diǎn)§8GIS的過電壓保護(hù)1、GIS設(shè)備具有較小波阻抗2、GIS設(shè)備的內(nèi)部電場都是稍不均勻電場，伏秒特性比較平坦，沖擊系數(shù)小。3、GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備之間的電氣距離小，防雷措施與常規(guī)設(shè)備相比，較容易滿足要求。二、避雷器的保護(hù)范圍1、常規(guī)變電站2、GIS變電站的避雷器裝在線路出口的情況下的保護(hù)范圍結(jié)論：GIS變電站的防雷保護(hù)范圍比常規(guī)的范圍大。但考慮到GIS設(shè)備母線的傳播速度低于光速，故也有常規(guī)變電站的防雷保護(hù)范圍大于GIS變電站。§9GIS設(shè)備的土建設(shè)計一、GlS設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計GIS沒備是由剛性的各個元件用螺栓連接起來的，為了防止SF6氣體泄漏，母線管法蘭連接時的垂直誤差不超過0.5mm，固定元件的基礎(chǔ)水平誤差則不能超過2mm，為此GIS設(shè)備基礎(chǔ)的施工標(biāo)準(zhǔn)要按照設(shè)計圖紙的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1、GIS設(shè)備在基礎(chǔ)上的固定方式①用地腳螺栓或焊接的方式來固定。②當(dāng)環(huán)境溫度變化時，地腳螺栓或焊縫都受到剪力的作用，要用滑動固定方法。方法如下：螺栓座⑤焊在底板⑥上面，螺栓④旋入到螺栓座里，用螺母①和③夾緊GIS設(shè)備底板，并擰緊。壓釘⑧用螺母⑦壓緊在基礎(chǔ)鐵板⑥的上面。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，底板⑥將受到溫度應(yīng)力作用，向左右移動，使之達(dá)到新的平衡，不致因溫度應(yīng)力的作用而使零件變形。GIS設(shè)備配電室起火的可能性比常規(guī)式設(shè)備少，因?yàn)榕潆娛依餂]有絕緣油，SF6本身不燃燒，故起火的可能性減少，但不能排除人為而造成的火災(zāi)。因此還應(yīng)設(shè)置防火設(shè)備。常見的滅火劑用1211。GIS配電室的裝飾目的是以防塵、防潮為主。二、GlS設(shè)備配電室的防火裝飾設(shè)計三、GlS設(shè)備配電室的通風(fēng)設(shè)計當(dāng)配電室里的GIS設(shè)備故障時，有SF6氣體和其分解物泄漏出來，其分解物多有毒性，危害工作人員的健康。為此應(yīng)及時將室內(nèi)的空氣排出，補(bǔ)充新鮮空氣。規(guī)程規(guī)定配電室里的SF6氣體含量不得高于1000ppM，空氣中的含氧量不得低于18％，所以在GIS配電室中必須裝設(shè)通風(fēng)設(shè)備，其通風(fēng)量為配電室空間體積的3～5倍。正常運(yùn)行時通風(fēng)機(jī)每小時通風(fēng)四次。這是按通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量為配電室的一倍計算的。若通風(fēng)機(jī)容量太，通風(fēng)的次數(shù)可以減少。

GIS設(shè)計的最后一道工序，就是編寫GIS設(shè)備的技術(shù)條件。將GIS的使用條件、技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)項目提出具體的要求，作為制造廠據(jù)此生產(chǎn)GlS的重要依據(jù)。§10GIS設(shè)備的技術(shù)條件一、GIS設(shè)備的一般規(guī)定

1．使用條件（1）海拔高度：1000m以下。（2）環(huán)境溫度：①戶內(nèi)最高為40℃；②戶內(nèi)最低為一10℃；③戶外最高為45℃④戶外最低為一10℃（3）24h的最大溫度差25℃（4）最大相對濕度：月平均不大于90%(20℃)。（5）最大風(fēng)速：40m／s（6）覆冰厚度：1mm。（7）耐地震能力(在一般地區(qū))①地面水平加速度為0.20～0.25g；②地面垂直加速度為0.10～0.125g；③考慮到水平加速度和垂