高压及超变压SF6封闭电器的运行经验.doc

高压及超变压SF6封闭电器的运行经验李建基 SF6封闭式组合电器(GIS)在高压及超高压领域的使用越来越多。特别电压等级越高，技术经济效益越佳。 GIS向着高电压、大容量、小型化、共同化、复合化及二次现代化方向发展，在550kV级，将断路器的断口数从双断口减为单断口，则可使GIS小型化。根据日本实践，GIS采用单断口断路器，相比双断口断路器，将GIS布置长度减至45，并将GIS占地面积减为37，可见减少断口数，能有效地使GIS小型化。 在72.5kV300kV级，GIS明显趋向于三相共同化。所谓三相共同化，是将主回路元件的三相装在公用的接地外壳内，内充SF6气体绝缘，并用环氧树脂浇铸绝缘子加以支撑和分隔。欧洲和日本都在大力发展这种结构型式。如西门子公司的8DN8型GIS为三相共同式结构，其占地面积仅为普遍式(分相式)的50，间隔宽度仅为 0.8m。又由于采用铝外壳，做到轻量化和小型化。 复合化技术在日本得到大力发展，特别在 72/84154kV级。所谓复合化是将断路器、电压互感器、隔离开关、接地开关等置于一个充SF6气体的气罐内。如三菱公司新开发的全新概念超小型复合化GIS，其安装面积仅为原来的40，体积约为原来的30。 GIS的二次控制趋向现代化、智能化，即由传统的机电系统发展成以计算机为中心的现代智能化系统。国外各大制造公司为此都付出巨大努力，并有自主控制和保护装置。 GIS已于20世纪60年代问世，其电压等级已从高压发展到超高压及特高压，如72.5 2455508001100kV。由于其地位至为重要，因此其运行可靠性引起国际社会普遍重视。为此，国际大电网会议(CIGRE)于1996年向世界范围的用户作调查，并在1998年会议上以23102号论文，作了“高压GIS运行经验调查报告”。 调查结果按6个电压等级来划分。这里介绍最重要的3个电压等级；第1级100KVUn 200KV，第2级200KVUn300KV；第3级 300KVUn500KV。对于第1电压等级，调查了 63家用户，609套设备，3817间隔，34060间隔年。对于第2电压等级，调查了36家用户，270套设备，1730间隔，16040间隔年。对于第3电压等级，调查了21家用户，110套设备，689间隔年。 调查得出了故障数和故障率，如对第1电压等级，故障数465，每100间隔年故障率为1.45；对第2电压等级，故障数138，每100间隔年故障率为0.86；对第3电压等级，故障数179，每100间隔年故障率为2.81。故障按元件来划分，总的来说，5个故障最多的文件是断路器占43.4，隔离开关占17.9，电压互感器占5.6，母线占5.5，连接件占 11.9。具体到第1电压等级中123KV设备，断路器占54.7，隔断开关占17.2，接地开关占 5.3，电流互感器占0.7，电压互感器占6.2，母线占3.7，连接件占4.1，套管占0.9，电缆终端占4.4，变压器接头占0.2，避雷器占 0.5，其他占2.1。表1 设备的总数据 电压等级Cigre用户设备间隔间隔年GIS用户论坛用户设备间隔间隔年163609381734060122441031157882362701732160403622231321110689617431767809表2 各电压等级的故障数及故障率电压等级Cigre故障间隔年每100间隔年故障率GIS用户论坛故障间隔年FF1465320481.45107157880。67317963712.8168090.74表3 123KV设备故障中按元件分布的百分数元件GigreGIS用户论坛1985年总计1985断路器54.748.750.041.2隔离开关17.212.012.0-11.8接地开关.311.112.05.9电流互感器-电压互感器-母线11.8连接件4.1-套管0.91.7-11.8电缆终端-变压器接头0.2-避雷器0.5-其他17.5表4 123kV设备绝缘故障按地件分布的百分数元件GIS用户论坛Cigre33/23-12工作组断路器29.6隔离开关7.440接地开关3.1电流互感器11.1电压互感器11.117.3套管3.7母线14.8电锁终端11.142.2其他18.5绝缘故障占总故障的20。根据Cigre工作组33/2312在Electra刊物第176期上公布的数字，如在第1电压等级的123KV设备中，断路器隔离开关接地开关占40.6，电流互感器电压互感器套管占17.3，母线电缆终端其他占42.2。 国际大电网会议调查的GIS故障及故障率对制造厂家进一步了解故障原因和提高产品质量，具有指导意义。除了国际大电网会议对GIS的运行经验作了调查外，还有一个叫作GIS用户论坛的组织也对GIS的运行作了调查。德国和奥地利总计17家电力部门和其他SF6设备用户组成一个GIS用户论坛。其主要任务是促进进行广泛的经验交流。这个论坛对GIS的运行状态作了调查，在调查的基础上，分析其额定值、基本设计、试验技术及运行经验和故障率，并与Cigre调查作了对比。由14家电力部门提供了ABB、Alstom、Siemens及TRO等公司GIS产品的运行情况。 表1将GIS论坛调查设备总数与Cigre调查总数作了对比。表2给出GIS用户论坛与Cigre在电压等级1和3的故障数和故障率对比。从表可见，GIS论坛取得的故障率明显低于Cigre调查结果。充其原因有：1.制造和安装质量好；2.多数设备最终安装后作现场试验；3.维护和检修质量高。在电压等级3中，每100间隔年的故障率为 0.74次，明显低于Cigre的2.81次。 关于故障率按元件的划分(见表3)，按照Cigre的调查，所有故障约55属于断路器，第2位为隔离开关。 GIS用户论坛取得类似调查结果。但断路器的故障率在1985年以后明显地下降了，而其他设备有的都增加了。 GIS论坛调查结果还表明，设备的故障与运行年份有关。如SF6气体绝缘故障在10年之内出现最频繁，固体绝缘出现在18年之内，保护和控制装置故障均出现在5年之后。对于19年以后的设备来说，最常出现的是防爆膜盒破裂。 对于设备的绝缘故障，GIS用户论坛也作了调查分析。Cigre调查中，所有故障的20属于绝缘故障，而GIS用户论坛的调查结果为28.4，其中绝缘故障的25属气体绝缘，75属固体绝缘，固体绝缘还包括气体/固体分界面的故障。SF6气体绝缘全封闭组合电器事故后的检修 谢衍文 (新丰江水电厂，广东 河源 517021) 摘 要 介绍了进口SF6气体绝缘全封闭组合电器发生气室内部短路事故后，抢修被事故损坏的设备所涉及的工作步骤、工艺标准、安全防护、SF6气体处理等。 关键词 SF6气体绝缘；组合电器；检修工艺 1 设备事故概况 发生故障的GIS装置为三相分筒式组合结构，额定电压为220 kV，阿尔斯通公司制造，断路器气室的SF6气体压力为0.655 MPa(20)，其它气室的SF6气体压力均为0.35 MPa(20)，安装在半封闭式厂房内，气室布局及电气主接线见图1。事故起因是拉开22032隔离开关时，其A相触头因气室内部一传动杆销钉脱落造成触头未断开而指示器指示已断开，在合上2203B0接地开关时，引起A相单相接地短路，短路电流流过22032隔离开关和2203B0接地开关(录波图显示短路电流约1 kA)，结果2203B0接地开关A相被烧毁，但短路点所在的7S气室密封未遭破坏，气室防爆膜完好，从气室的观察窗可见7S(A相)气室内有大量白色粉末，需将2203B0接地开关A相和22032隔离开关A相更换。 图1 气室(虚线部分)和电气主接线(实线部分) 2 处理方法及步骤 2.1 落实安全措施 (1) 将故障气室7S及与之相邻的气室停电，做好电气方面的安全措施。 (2) 工作现场随时配备SF6气体泄漏报警仪，有报警时人员应暂时离开现场。 (3) 工作现场禁止吸烟。 (4) 工作后应立即清洗身体和衣服，未清洗前不得在生活场所随意走动。 (5) 工作人员在处理SF6气体、拆卸故障部件、检查清扫气室内部部件、更换吸附剂等工作中，应穿专用防护服和防护鞋，戴防毒面罩和防护手套。 (6) 有条件时，对故障气室的SF6气体做成份分析以确定其毒性。 (7) 工作人员感觉身体不适时，应立即离开工作现场。 (8) 做好万一发生急性中毒的应对措施。 落实上述措施后，在必备的材料和工具准备好和人员安排好后，方可进入现场进行下面的工作。 2.2 排除故障气室的SF6气体 由于故障气室7S(A相)的SF6气体经过电弧分解，含有有毒物质，不能直接回收或排向大气，处理方法是将这些气体通入有碳酸钠溶液的容器内，使有毒物质被吸收。故障气室的SF6气体应排除干净，并用高纯氮气过滤故障气室，然后抽出氮气。工作人员应做好防毒保护。盛装碳酸钠溶液的容器事后应深埋土中，严禁将液体随处乱倒。 2.3 将所有与故障气室相邻的气室减压 此工作必须等故障气室7S排气干净后进行。需减压的有5S、6G、7D、8S气室的A相，其中6G气室A相减压的目的是为了将电压互感器222PT的A相与220 kV母线段分离的需要。气室减压通过SF6气体处理车进行。 2.4 新的隔离开关及接地开关检查调整 此工作应在该设备吊装就位前完成。主要项目有测量触头直流接触电阻和触头对地绝缘电阻，满足制造厂的要求后，再用吸尘器将开关内吸干净，用无水乙醇清抹触头，最后将其密封好待装。 2.5 故障部件的拆除 此工作在故障气室的SF6气体排除后及邻近气室的SF6气体减压完成后进行。气室拆至露空后，应暂时撤离现场半小时以上，然后用吸尘器吸净气室内的粉尘。每拆完1个法兰连接面，立即用塑料布将法兰盘接口封好。拆除气室内部母线等部件时应避免损伤部件及气室内壁。工作中应特别注意防毒保护。 2.6 拆出部件的检查处理 从气室内拆出的母线、触头等部件，先用吸尘器吸干净，再检查有无烧伤、变形、划伤，损坏或变形严重的部件应更换，损伤轻微的部位可用细砂纸打磨光滑平整，最后用无水乙醇抹净，用干净塑料布包好待装。 2.7 故障气室内部检查 检查前用吸尘器吸干净气室内的粉尘，穿好防护服后检查气室内部部件有无损坏，损坏的拆出修理或更换，最后用无水乙醇抹净气室内壁母线等内部部件后立即将气室密封。 2.8 新隔离开关及接地开关安装 先将拆出的气室内部部件装回气室并调整好，装完后用无水乙醇抹净气室内壁、安装部位及不干净处，再将新开关安装就位。回装时应更换所有法兰连接面的密封圈，紧固螺栓时用力矩扳手。工作中应特别注意密封圈不能有弹起、移位、扭曲等现象，对被拉扯过的新密封圈应更换，不能再用。装好后，保持接地开关2203B0的接地端与地断开状态，通过手动操作分合闸的方法，用三相对线灯分别检查新开关22032和2203B0的动触头行程、分合闸三相同步性等参数，并调整至满足要求。 2.9 测量触头的直流接触电阻 此工作在故障部件更换好且气室内部件全部装好后进行，所有拆卸过的触头都要测量，由于气室已全部密封，测量只能采用间接的方法进行。间接测量的做法是，在被测触头的两端各找出1个接地开关，这2个接地开关间的电气回路应能连通且经过被测触头，将这2个开关的接地连接片解开，操作连杆拆除，然后将直流电阻测试仪的测量线接到这2个接地开关的动触头接地引出端上，测出这2个接地开关间的回路直流电阻值(测量电流应达到100 A以上)，再测出另外两相对应位置的回路直流电阻值，被测触头的回路直流电阻值与原始测量值相比较及与另外两相对应位置测量值相比较，其差值都要满足标准要求，不满足要求者应找出原因并作出处理。 2.10 气室更换吸附剂及抽真空 此工作在气室内的触头直流电阻测量全部合格后进行。先将所有已减压的气室的吸附剂更换，然后开始对故障气室及其相邻气室抽真空，对密封破坏时间超过3 h的气室，抽真空时间应达到12 h以上，抽真空过程应连续进行，最后要求达到绝对压力50 Pa，并连续保持0.5 h以上。 2.11 气室充入SF6气体 此工作在气室抽真空合格后进行。充入的SF6气体应预先检查含水量及纯度合格。充气最好在环境湿度80%时进行。除6G气室外，其它排过气的气室都充入SF6气体，充气的终止压力从SF6气体压力与环境温度及大气压力的关系曲线查得。充气过程的充气压力应平稳且大小合适。气室充完气后，应至少静置12 h以上，使其温度稳定，然后检测该气室的SF6气体压力、水分、纯度是否满足要求。气室充完SF6气体后，用SF6气体检漏仪对阀门及法兰盘接口检漏。 2.12 校验密度继电器 此工作在气室的SF6气体达到稳定状态后进行，校验时应解除密度继电器接点对其它设备的控制。 2.13 气室的对地交流耐压试验 此工作在气室充气后且气室的SF6气体压力、水分、纯度检测合格后进行，所有排过气的气室及新开关所在气室的内部导体都要做对地交流耐压试验。222PT不能被交流耐压，因此耐压前将222PT的A相与220 kV母线段分离。交流耐压标准为，交流50 Hz正弦电压波形，开始从0起升压至115 kV，并维持5 min，然后升压至额定电压220 kV，并维持3 min，再升至316 kV(按IEC517标准得出)并维持1 min，然后减压至0，这样为1个试验周期；设备若能承受1个试验周期的交流耐压而不发生放电拉弧，则交流耐压通过；若第1个试验周期出现放电拉弧，则重复做1个试验周期，如不出现放电拉弧，则耐压通过，如还出现放电拉弧，且放电电压水平低于上1个试验周期的放电电压值，则要找出故障点并处理，如果放电电压水平等于或高于上1个试验周期的放电电压值，则再进行1个试验周期的试验。耐压后将222PT的A相装回原位。 2.14 有毒物质的处理 对从故障气室中清出的粉尘，用20%的NaOH溶液浸泡12 h后深埋土中；对吸收过故障气室的SF6气体的碳酸钠溶液及其盛装容器，吸气室粉尘的吸尘器，检修过程产生的垃圾，不再穿的防护服等，都应深埋土中。 对城市供电设施小型化的几点认识 李坚 (山西省电力公司安全监察部，山西省太原市030001) 摘要： 在我国大城市城区征地费用越来越高和征地越来越困难的条件下，以如何使220 kV和550 kV超高压直接供电的供电设施小型化、低噪声、防爆、环保，并最大限度减小占地面积为前提，介绍了目前电网中已投运或即将运行的小型供电设施，如组合电器、超导电缆、气体绝缘变压器及超导变压器等的研发和应用情况，可为我国在城市超高压供电方面解决现有设施体积过大等问题提供参考。 关键词： 组合电器；超导电缆；气体绝缘变压器；超导变压器；供用电 0引言 随着我国大城市国际化的发展，大城市人口密集，高层建筑林立，用电量急剧增加，城市供电等级由原来的110 kV及以下已升到500 kV城市环网，220 kV直接供电的超高压供电等级。但由于传统超高压变电设施体积庞大，占地面积大，全国各大城市都出现了征地困难和土地征用费在变电站建设工程总费用中的比例越来越高的问题。同时，传统的大容量油浸式变压器因用油量大，一旦故障着火，将对高层建筑和人们的生命财产安全构成严重威胁，且随着城市整体人文环境质量的提高和人们自我保护意识的加强，市区内变电站设备以节能、低噪声、高阻抗、防爆、环保的中小型产品为主，因此，减少市区变电站的占地面积和使用不燃的变电站设备已成必然趋势。1超高压SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS) 超高压SF6全封闭组合电器是将断路器、过渡元件、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、进出线套管或电缆连接头等元件按所需的电气主接线，全部安装封闭在接地的并充有一定压力(如0.30.4 MPa)的SF6气体金属壳内所组成的一套变电站设备，也称为气体绝缘变电站(Gas Insulated Switchgear，GIS)，它的占地面积和安装空间只有相同电压等级常规变电站的百分之几到百分之二十，且电压等级越高，占地面积的比例就相对越小；且运行中由于全部电器元件都被封闭在接地的金属壳内，带电体不暴露在空气中(除了采用架空引出线的部分)，不受外界自然条件的影响，可靠性和安全性要比常规电器好得多，因此，变电站的土地和年运行费用很低。同时由于SF6气体是不燃不爆的惰性气体，因此GIS属防爆设备，适合在城市中心地区和其他有防爆要求的场合使用。 SF6气体绝缘全封闭组合电器按充气外壳的结构形状可分为圆筒形和柜形两类，其中圆筒形依据主回路的配置方式还可分为单相壳型(即分相型)、部分三相壳型(也称为主母线三相共筒型)、全三相壳型和复合三相壳型四种；柜形也称为CGIS，俗称充气柜，它依据柜体结构和元件间是否隔离可分为箱型和铠装型两种。GIS设备由于结构比较复杂，要求设计制造安装调试质量水平较高，因此价格比较贵，使得变电站建设的设备一次性投资较大。 目前用于西北电网官亭兰州东交流750 kV输变电示范工程的GIS组合电器为国内电网最高运行电压等级设备，该设备由韩国晓星公司与中国沈阳高压开关有限公司合作生产。2高压和超高压紧凑型组合式开关设备 高压和超高压紧凑型组合式开关设备是近年来变电设备向小型化方向发展的一种新型电气设备，在国外发展很快，并被广泛应用于变电站的新建、改造和扩建工程中。紧凑型组合式开关为单相电气设备，以SF6断路器为主体，与其他隔离开关/接地开关、电流/电压互感器等电气元件组合在一起，形成一个完整的高压开关系统，具有断路器、隔离开关/接地开关、电流/电压互感器等多重功能，各间隔安全可靠，长期工作稳定性是传统敞开式变电站的510倍。它是一种介于常规敞开瓷柱式电气设备(AIS)和SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)2大产品系列之间的新系列产品，不能压缩配电装置的横向尺寸，只能压缩配电装置的纵向尺寸，设备相间距离和常规敞开式配电装置相同，它可以做成模块，有SF6气体绝缘模块和空气绝缘模块2种，可分为金属封闭SF6绝缘和敞开式空气绝缘种基本类型。 高压和超高压紧凑型组合电器整套设备在出厂前即安装、调试完毕，设备运抵现场后，一个插接式开关系统(PASS)间隔在数小时内即可安装完毕，从而实现了“即插即用”的功能。其系列产品的主要特征是： 金属封闭SF6绝缘组合电器本体设备包括SF6断路器、光电电流/电压互感器、出线及母线隔离开关/接地开关、合成绝缘出线及母线套管，且上述各元件都封闭在金属外壳内，由SF6气体进行绝缘，它与GIS相似，具有可靠性高，方便灵活的特点。它利用出线和母线套管与常规敞开式软母线或硬母线相连，价格远低于GIS，可以极大地节省费用和占地面积。 敞开式空气绝缘组合电器由常规SF6瓷柱式断路器、瓷柱式隔离开关和接地开关、光电电流互感器组合而成。由于制造上的原因，从结构上无法像前述那样将电流/电压互感器组合成一个光电电流/电压互感器元件，所以该组合电器中不包括电压互感器，而只有单一实现电流互感器功能的光电电流互感器元件，它相对于AIS而言，可节省占地面积，有时可使占地面积减至常规电器占地面积的60%。 国外许多大的制造公司对户外紧凑型开关设备非常重视，并相继开发出很多产品，如日本三菱公司生产的Mits，ABB公司的Cais和Compact等，且正在向更加小型化和智能化的方向发展。目前紧凑型组合式开关设备的产品代表主要是ABB公司生产的PASS，国内在220kV和110 kV交流输电网中有所应用，同时三峡送出500 kV直流工程的换流站中，也已采用了几十台该公司生产的HPL型550 kV超高压组合电器(Compact)。它由1个SF6断路器、1个出线隔离开关/接地开关、1个母线隔离开关/接地开关、1个光电电流互感器等元件组合而成。其元件配置如图1所示。1垂直伸缩式隔离开关；2数字式光电TA；3HPL型断路器；4中心控制柜；5接地开关图1HPL型550 kV超高压组合电器(Compact)元件配置图 Compact的结构特点为：SF6断路器元件采用常规瓷柱式HPL 550型SF6断路器，单柱双断口，断口瓷柱套管水平安装，成T字型结构布置在组合电器中间，并附弹簧操动机构； 2个隔离开关/接地开关元件采用常规瓷柱式垂直开启的隔离开关，为双剪刀结构形式，并附电动操动机构，分别布置在组合电器两侧；电流互感器元件是利用Rogowski线圈工作原理的光电电流互感器，位于断路器与隔离开关之间，并安装在SF6断路器两侧水平布置的2个灭弧室套管的顶部，可满足500 kV进(出)线回路电气主接线的要求。3超导电缆 超导电缆采用超导材料在液氮汽化温度(约-196 )下无电阻的传输大电流，导体损耗不足常规电缆的1/10，即使加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%60%，且同样截面超导电缆的电流输送能力是常规电缆的35倍。 超导电缆与常规电缆相比具有低噪声的特性，使用的金属和绝缘材料较少，因此使用超导电缆可以节约输电系统的占地面积和空间，且没有常规充油电缆存在的漏油污染环境的弊病。目前由国产超导线材制造的我国第一组35kV超导电缆已于2004年7月10日在昆明220 kV普吉变电站并网运行，这标志着我国成为继美国、丹麦之后，世界上第三个将超导电缆投入电网运行的国家。4气体绝缘变压器 SF6的负电性(即吸附电子的能力)和优异的热交换特性使其有很好的绝缘性能和冷却效果，气体绝缘变压器(Gas-Insulated Transformer,GIT)就是以SF6气体作为绝缘介质的不燃变压器，它利用SF6气体的惰性性质，当变压器内部发生电弧现象时，内部升高的压力会被SF6气体体积的变化而抵消，不易燃不易爆，且占地面积小；SF6气体密度也比变压器油的密度小得多，因此声音传送比较慢，中间铁心发出的声音很少能传到罐体，使得GIT在运行中所产生的噪声很小，无需隔离墙，从而整体显得简洁、轻巧，使空间得到充分利用，因而大大降低了变电站的建设成本。尤其当GIT与GIS配合使用时，这些优势更加明显，因此，自20世纪60年代以来在日本、欧洲得到开发，且一些小型的自动冷却式GIT已得到了广泛应用。 气体绝缘变压器根据其冷却介质的不同，可分为气体绝缘、气体冷却和气体绝缘、液体冷却二大类型。一般容量小于60 MVA的GIT，因热损耗较小，通常可采用SF6气体循环冷却的散热方式，这种类型的GIT与传统的油浸式变压器在结构上有不少类似之处。对容量大于60MVA的GIT，大多数采用液体(C8F16O或C8F18)冷却和SF6气体绝缘分离式结构。这类产品的结构和油浸式变压器有很大差异，通常为分层冷却、箔式绕组的气体绝缘变压器。目前，我国采用无噪声的由自然冷却法获得的强制式气冷类型的双模式GIT也已投入了使用。 对SF6气体绝缘变压器而言，它与传统油浸式变压器相比，根本区别在于GIT采用的是SF6气体进行绝缘和冷却，因而二者在结构特征上既有相似之处，但也有所差别，它们间的比较如下： (1) 对于GIT来说，罐内SF6气体压力越大，冷却特性和绝缘性能也就越好，但较高的压力对变压器器身的压力承受强度要求较高，这样反而会增加变压器的重量和对形状的要求，因此GIT一般采用压力为0.110.14 MPa，而油浸式变压器则为正常大气压力。 (2) 在冷却系统方面，GIT与油浸式变压器的不同之处在于冷却介质和冷却处理方面的差异，GIT采用SF6或C8F16O作为冷却介质，而油浸式变压器则采用变压器油作为冷却介质；同时为获得与油浸式变压器同样的冷却特性，GIT使用了空气压缩机，其循环率比强制式油冷型油浸式变压器的循环率大几十倍。 (3) 在绝缘结构方面，根据工作电压和容量的不同，GIT选用各种饼式绕组和箔式绕组，高低压绕组间、绕组对地间的主绝缘强度主要决定于SF6气体的绝缘强度；在绝缘材料方面，GIT采用具有很高机械强度和绝缘能力的高密闭性塑料薄膜作为铜线的绝缘包布，绝缘等级为E、B级。油浸式变压器则采用绝缘纸，其绝缘等级为A级。 (4) 保护方面，GIT取消了气体继电器，装设了与气体继电器等效的突发压力继电器，该继电器测量气体压力的上升速度以确定内部故障的发生并给出一个跳闸信号，此时虽然SF6气体随温度变化而膨胀、收缩时的体积变化会直接转变为压力的变化，但由于GIT的气体容量很大，内部故障造成的本体压力不会上升到危险状态，除非故障能量非常大、故障时间特别长，因此，GIT不需安装压力释放设备和附加油枕，这样就降低了变压器的高度和占地成本，而且杜绝了由于呼吸器硅胶受潮更换不及时可能引起变压器受潮的隐患，从而提高了运行安全性和可靠性。 (5) GIT采用SF6气体绝缘的真空有载分接开关，它采用真空开关切断有载开关切换机构的电流，并采用滚柱式触头系统和无润滑轴承，以防止电弧引起的SF6分解气体对变压器本体的影响；油浸式变压器则在变压器油中采用滑动接触切断电流。 (6) GIT在出厂时完整组装，SF6气体也注入其中，在安装现场无需抽真空，同时，由于SF6气体的密度仅为绝缘油密度的1/60，且黏性较低，因此在冷却管中压力降很小，这样冷却器既可以水平安装，也可以脱离变压器垂直安装，从而使其布局相当灵活。5超导变压器 在传统的变压器中，绕组中的铜损占变压器满负荷运行时总损耗的绝大部分，而采用高温超导绕组可以大大降低这部分损耗和提高导电容量，因此超导变压器就是用超导材料(如铋的氧化物等超导体)替代原来的传统金属作为线圈材料的变压器，超导变压器的特点为效率高、体积小、无环境污染以及可用液氮代替油料，从而无火灾隐患等优点，超导变压器在相同容量下体积比常规变压器小4060，它的变电效率高达99.4，可直接安装在现有的变电站内，从而节省大笔建设经费，有利于节省能源和满足保护环境的要求，且具有故障限流功能，是被公认为最有可能取代常规变压器的高新技术。 目前用于配电实验的高温超导变压器，已由ABB公司、日本九州电力公司、美国超导公司以及德国西门子公司等开发并投入了运行。我国由中科院电工研究所自主研制成功的第一台630 kVA/10.5 kV三相高温超导变压器样机(其二次侧输出电流是目前世界上最大的)也已顺利通过了各项试验检测，这是继美国、瑞士、德国、日本等少数几个国家之后，我国研究成功的首台三相高温超导变压器样机，这为下一步研制实用型高温超导变压器打下了可靠的技术基础；同时45kV单相超导变压器(变压幅度为1602 400 V)，为了获得在遭受雷击、短路冲击等特殊情况下的极端参数，也在沈阳变压器研究所完成了破坏性极端实验。实验结果表明，超导变压器的各项性能均达到或优于同级常规变压器，预计2005年可完成全部研制工作，并进行挂网示范运行。6组合电器的小型化和智能化 随着电力制造工业的不断发展和高新技术的应用，国际上几大开关设备制造公司的SF6气体绝缘开关装置的设计制造水平也在不断提高，小型化和智能化是SF6气体组合电器的发展趋势。以GIS为例，小型化GIS结构更为简单，使用的零部件数大为减少，因此价格较传统的GIS有明显下降，在相同技术参数配置的情况下，其价格一般是传统GIS的70%80%，且SF6气体的用量和泄漏都相对减少，有利于环保；小型化GIS的安装更为灵活，能满足一些城市内特殊布置的要求，为变电站的布置和周围环境的协调性创造了更好的条件。因此，无论从经济角度安装的灵活性、或是环保角度考虑，高压和超高压GIS和紧凑型组合电器的发展趋势都是小型化和智能化。 目前组合电器小型化的途径主要是：减少断路器的断口数，如将双断口断路器更换为体积较小的单断口断路器(体积不到原来的60%)。目前国外一些大的开关制造公司已做到单断口电压为550 kV和800 kV，国内也有生产厂家研制成功了550 kV的单断口断路器。三相共筒化结构，这种结构一般可减少占地面积40%以上，同时还可减少外壳的涡流损耗和现场的安装维修工作量。目前170kV以下电压等级的GIS产品几乎全是三相共筒化结构，日本已开发出363 kV全三相共筒式结构GIS和550 kV母线三相共筒式结构GIS。采用小型元件替代传统GIS中的常规元件。如日本三菱公司开发的GIS用新型氧化物避雷器，不但体积为传统避雷器体积的40%60%，而且避雷器的残压下降，从而使被保护设备的雷电冲击耐受水平(LIWL)下降；再就是基于Faraday效应的光电式电流传感器的输出稳定性很好，而安装空间只有传统电流互感器的1/24，基于Pockels效应的电压传感器安装空间为传统电压互感器的1/3。 组合电器的智能化主要是指二次监控系统的智能化。由于传统组合电器的二次监控系统是由众多的电磁式继电器、多触点辅助开关、行程开关及压力开关等元件组成，可靠性较差，使得组合电器的维护也因产品的运行状况不明而只能采用传统方式，因此为解决以上问题就有必要采用二次监控智能化系统。 与传统组合电器的二次监控方式相比，智能化组合电器的二次监控方式的特点是： (1) 采用高可靠性、长寿命的信息传感器，如近年来，已被用作电流传感器的Rogowski空心环状线圈和已经开发并在近期应用于组合电器的基于Faraday效应的光电流传感器，其结构简单，测量电流范围大，频带响应范围宽，信号无畸变，因无铁芯因而也就没有磁饱和问题； (2) 采用体积小，功能强的微机数据处理系统，对采集所得的数据进行A/D转换、并进行算术和逻辑运算以及记录等操作，且实时性好，准确性、可靠性高； (3) 分析微机数据处理系统处理好的数据，根据运行经验和动作规则，按状态决定是否需要检修，从而最大限度地减少组合电器维护工作量， 使组合电器的使用寿命延长。 目前GIS的二次监控智能化系统主要包括：电压电流传感器，断路器执行机构，气体密度测量传感器，隔离开关和接地开关执行机构，其他物理现象传感器，如电弧、局放、温度和长度变化等。监控系统主要可以实现对GIS的绝缘性能、机械性能和电气性能3个方面的监控工作，并且采用了一些较新的技术，如红外技术和超声波技术等。 紧凑型组合式开关设备在测量、控制、保护系统中，采用了计算机技术、数字化技术和光纤通信技术，支持数字式继电器，并在继电保护系统引入了微机处理和分段监控保护，从而实现了二次监控系统的智能化。7结束语 随着电子学、光电子学、光纤传感技术、超导技术及数字信号处理等现代高科技的发展，供电设施小型化在国外发展很快，如近期，日本九州大学已开发了采用铋氧化物超导体作线圈材料，以-196 的液氮为冷却剂，从而实现了冷却装置小型、轻型化的可把22 kV电压转变为6.9 kV，容量为1 000 kW的大容量超导变压器，并可望在几年后达到实用水平；我国也正在加紧小型化供电设施的研究和开发；同时由于设备的主要组装调试工作已在制造厂内完成，现场安装和调试工作量较小，因而可缩短变电站的安装周期；再加上运行中除了断路器需定期维修外，其他元件几乎无需检修，维护工作量和年运行费用大为降低，即变电站的土地和年运行费用很低，再加上未来的SF6气体绝缘设备的小型化发展将进一步减少SF6气体的使用和泄漏率，更加重视环保问题，同时在二次监控系统中采用高新技术，设备的灵活性和适应性会更加提高，以及设备制造成本的下降等特点。相信在不久的将来，由小型化高压和超高压组合电器(GIS或紧凑型开关设备)与超导电缆和GIT(或超导变压器)将会共同组成一个更加方便灵活的完整小型化供电变电站。8参考文献1李坚，郭建文.变电运行及设备管理技术问答.北京：中国电力出版社，2005.2尹星光，李伟强.SF6气体绝缘变压器在我国的应用前景探讨电力设备，2004，(1)：3941.3王琦，邱毓昌.SF6气体绝缘开关装置的小型化与智能化.电力设备，2003,(4)：2831.4Reinbold C.Mahmood Z.Current and voltage measurement with optical sensors technology.Proceedings of 3rd EPRI Optical Sensors System Workshop，Pittsburgh，PA，Oct.1719，2001:E211E.5Hrabliuk J.D.P.optical current sensors eliminate CT saturation，January 2002 PES Winter Power Meeting.6Shichimiya, S. Development of advanced arresters for GIS with new zinc-oxide elements. IEEE Trans on Power Delivery, 1998，13(2)：465472.高压电器是电力系统中使用比较广泛的一种设备，但在我国由于缺乏明确的标准化定义，因此各种场合使用的这一术语，其含义有一定的出入。这儿介绍的是高等教科书中介绍的并为多数人认同的概念。com 高压电器概述 高压电器是电力系统中使用比较广泛的一种设备，但在我国由于缺乏明确的标准化定义，因此各种场合使用的这一术语，其含义有一定的出入。这儿介绍的是高等教科书中介绍的并为多数人认同的概念。 1、高压电器定义 国际上公认的高低压电器的分界线交流是1kV（直流则为1500V）。为交流1kV以上为高压电器，1kV及以下为低压电器。高压电器是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测的设备。一般的高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器。但有时也把变压器列入高压电器（如电机工程学会中高压电器分专委会）。 西安高压电器研究所是1958年在规划的西安开关整流器厂中央试验室基础上由一机部批准成立的，因该所当时明确为西安建设中的开关、电瓷、电容、绝缘和变压器厂开展研究开发、试验服务，涉及开关、变压器、保护电器、量测电器等各专业，因此定名为高压电器研究所，该名称一直延续至今。 2、高压电器分类及功能 2.1开关电器 主要用来关合与开断正常电路和故障电路，或用来隔离电源、实现安全接地的一种高压电器设备。 1）高压断路器：不仅能关合、开断正常的负荷电流（包括空变、空线、空缆等），也用来开合故障电流，且当发生短路故障（或其它异常运行状态、欠压、过流等）时可以实现自动分闸、自动重合闸。因此高压断路器是一种多功能的自动开关。 2）熔断器：俗称保险。当负荷电流过载到一定值，或出现故障电流时能自动熔断而开断。分为限流熔断器及喷射式熔断器。 3）负荷开关：能开合负荷电流（含容性、感性负载电流），有时能关合短路电流但不能开断短路电流。 4）接触器：只有一个休止位置，非手动操作就能关合、开断及承载正常电流及规定的过载电流的开断、关合位置。一般用来频繁控制大型用电设备（如大电动机等）。 5）隔离开关：用来隔离电路或电源，在闭合位置时能承载正常电流及规定的短路电流，有时能开断很小的电容电流及容量不大的变压器的空载电流，有时能开合母线转换电流。 6）接地开关：用来对设备或被检修线路实现保护接地。 有时要求负荷开关、接触器、接地开关关合短路电流。 7）重合器：能够按照预定的顺序，在导电回路中进行开断和重合操作，并在其后自动复位、分闸闭锁或合闸闭锁的自具（不需外加能源）控制保护功能的开关设备。 8）分段器：一种能够自动判断线路故障和记忆线路故障电流开断的次数，并在达到整定的次数后在无电压或无电流下自动分闸的开关设备。 某些分段器可具有关合短路电流（自动重关合功能）及开断、关合负荷电流的能力，但无开断短路电流的能力。 2.2量测电器 1）电流互感器：用来转换和测量线路、母线的电流供计量与保护用。传统的电流互感器是采用油纸绝缘电磁式，现在又有环氧浇注、SF6电流互感器，最新的有光电式电流互感器。为满足机电一体化设备需要，现在已有线性功能的电流传感器。 2）电压互感器：用来测量线路、母线电压，以供计量和继电保护用。传统电压互感器是油纸绝缘电磁式。目前在高压、超高压范围内则用重量轻、体积小的电容式电压互感器，国际上已开发正在商品化的光电式互感器。 2.3限流与限压电器 1）电抗器：是一个扼流线圈，用来限制故障电流，用包裹绝缘导线绕制。目前也有用环氧浇注法制做，其体积小，绝缘强度和机械强度比较高。 2）阻波器：也是一种电感线圈，主要用于载波通讯，限制高频载波进入变电所。 3）避雷器：用来限制过电压，使电力系统中电器设备免受大气过电压和内过电压的危害，是一种泄能装置。最简单的有保护间隙，还有管形避雷器、阀式避雷器、磁吹避雷器。最新的有保护特性比较好的氧化锌避雷器。 注：限流熔断器也是一种快速限流（幅值）的保护电器。 3高压电器基本性能要求 处于电力系统中的各种户内、户外高压电器，应能承受正常和异常电压、电流作用，以及各种环境因素作用而不损坏。因而要求其具备各种性能如下。 3.1电气性能方面要求 1）电压 高压电器绝缘应能经受规定的长期最大工作电压、短时过电压、内部过电压和大气过电压作用而不损坏。标志这些作用电压的性能参数是：最大工作电压、短时工频试验电压、操作波试验电压和雷电冲击波试验电压。 2）电流 高压电器应能经受长期正常工作电流，温升不超过规定值。在短时异常和故障电流作用下也不允许因电动力、触头熔焊、电磁干扰等影响继续工作的损害。 这方面标志参数有：额定电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流，额定短路关合电流、电动机和电容器关合涌流等。 3）其它要求 如高压断路器要求关合、开断短路电流、自动重合闸、开合空载线路充电电流（过电压不超过规定值）和开合负荷电流以及连续开断各种电流能力的电寿命等。 3.2自然环境因素 这些因素很多，例如： 1）海拔：影响外绝缘和额定电流。外绝缘耐压能力随海拔提高而降低；电器的散热能力随海拔提高而困难（但环境温度则随海拔上升而降低）。 2）环境温度：影响额定电流、机械可靠性和电气可靠性。 3）湿度：影响绝缘及金属零件锈蚀。 4）风速：影响户外产品机械强度。 5）污秽：影响外绝缘的绝缘强度。 其它如雨、地震、湿热、干热等因素也影响绝缘强度和机械可靠性。 4、高压电器发展趋势 随着科技进步，高压电器采用了高新技