220kVGIS课程课件.ppt

1 气体绝缘金属封闭开关设备GIS简介 2 一 概述 气体绝缘金属封闭开关设备 简称GIS 自开发以来 经历了四十多年历史 由于它将断路器 隔离开关 接地开关母线 互感器 避雷器 套管 电缆终端 油气套管等主要元件均装入密封的金属容器 内充以绝缘气体 故具有体积小 占地面积少 不受外界环境影响 运行安全可靠 维护简单和检修周期长等优点 因此倍受用户欢迎 发展非常迅速 现已被广泛的运用于各类变电站 3 二 GIS的构成 GIS 间隔 元件及系统 辅助设备 备件 工具等 间隔 元件及系统 间隔 元件及系统 4 二 GIS的构成 组成元件 CB 断路器DS 隔离开关ES FES 检修 故障关合接地开关BUS 母线CT 电流互感器VT 电压互感器LA 避雷器LCP 就地控制柜终端元件 SF6 airBsg SF6 oilBsgCSE电缆终端 5 系统组成 二 GIS的构成 续 总装内导DS ES连接机构接地系统SF6系统压缩空气系统电器控制系统电线管 空气配管底架支架平台 6 二 GIS的构成 续 D由用户选择的辅助设备充放气装置SF6检漏仪SF6水份仪其它装置设备 C其它运输品试验品备品备件专用工具铭牌 7 三 GIS的分类 按电压 72 5kVGIS126kVGIS145kVGIS252kVGIS275kVGIS363kVGIS550kVGIS 按结构 全三相共箱型主母线三相共箱 其余分箱型全三相分箱型 8 四 GIS的一次主接线及总体布置 9 GIS的一次主接线 GIS可满主各种主接线的要求 主要一次主接线类型 单母线接线形式双母线接线形式桥形接线形式一倍半接线形式三角形接线形式平行四边形接线形式 126 145kVGIS主要布置形式有单母 双母分段 桥形 双桥 双母 变压器直联等多种接线方式 以桥形接线为多 252kVGIS主要布置形式有单母 双母分段 双母 一倍半等接线方式 其中双母接线为多 363 550kVGIS主要布置形式有 双母 一倍半 三角形 平行四边形等接线方式 10 总体布置形式主要取决于现场安装条件和主接线的要求 同时也与进出线配置及元件结构等有关 总体布置设计的任务是根据主接线要求在限定的安装场地和空间范围内使所有组成元件布置的合理 稳固 便于运行维护 经济美观 GIS总体布置 11 GIS总体布置 126kV标准桥型布置形式 126kV单母布置形式 126kV双母线布置形式 12 252kV双母线布置形式 550kV一倍半接线布置形式 363kV双母线布置形式 GIS总体布置 13 五 SF6气体系统 西开厂GISSF6气体系统的设计原则是按照设备各元件的执行功能并尽可能减少气隔的数量 同时考虑到减小事故和检修时涉及的范围来设置 西开厂GISSF6气体系统采用分散监控方式 取消了SF6阀门及SF6管路系统 采用新型的自封接头及SF6密度计 从而去除了GIS外部管路的泄漏环节 使GIS具有更低的SF6泄漏率 密封技术应用三菱公司技术 即O形圈 密封胶技术 可确保产品的气密性 14 五 SF6气体系统 SF6气体系统示例 15 SF6监测系统的优点 SF6气体系统设计按照设备各元件的执行功能考虑事故 检修和扩建涉及的范围来设计气隔SF6气体系统分散监控 取消复杂的管路系统 减少漏气环节采用DELO公司的自封接头 接口统一 充放气简单采用表计监控 安全可靠表计带温度补偿 观察方便SF6气体泄漏率低 年泄漏 1 16 SF6气体采用简单方便的密封密封原理密封面 O形圈 密封槽 密封胶 密封技术 17 密封的优点 涂密封胶达到辅助密封的效果 防锈的作用 防止O形圈材料老化 有效阻止外界水分进入 18 六 压缩空气系统 气动操作 压缩空气系统是为西开厂GIS断路器 隔离 接地开关 如选用气动机构 操作提供气源的装置 西开厂GIS压缩空气系统可选用双回路供气 确保正常供气及检修之用 西开厂GIS压缩空气集中供气系统可选用由两台空气压缩机 两个主储气罐 控制屏和电气柜构成 19 典型气动操作气源 20 六 压缩空气系统 21 七 基础 虽然西开厂GIS的安装地点各不相同但其标准单元安装基础中的予埋件 接地棒予埋件以及地沟等的具体位置和每个位置基础之上之承重有相同之处 22 控制系统直接反映元件的工作状态 电力系统运行状态和变电站的运行方式实现就地及远方操作与主控屏连接后 可实现自动跳闸和重合闸 控制部分实现GIS元件的闭锁和元件之间的联锁 八 电气控制系统 23 采用程序化控制 由计算机统一管理 实现电站无人化 元件之间 间隔之间实现功能连锁 保证一次设备安全运行 24 ZF9 252气体绝缘金属封闭开关设备 25 西安高压开关厂自1985年开始与日本三菱电机株式会社合作进行40 5 550kVSF6产品生产以来 已向国内外提供了110 550kV电压等级的GIS产品两百多个工程共计两千多个间隔 其中252 275 363kVGIS自1988年湖南东江水电站 252kVGIS9个间隔 投入运行开始已有126个工程858个间隔投入运行 受到广大用户的普遍认可 根据国家机械部和电力部的要求 ZF9 252GIS通过样机试制 经各种型式试验考核于1997年通过机械部 电力部两部鉴定后进入大批量生产阶段 一 概述 26 二 252kVGIS新种类252kVGIS用断路器目前可根据用户需要配用多种方式的操动机构 以满足不同用户的各种需求 27 A组成元件 CB 断路器DS 隔离开关ES FES 检修 故障关合接地开关BUS 母线CT 电流互感器VT 电压互感器LA 避雷器LCP 就地控制柜终端元件 SF6 airBsg SF6 oilBsgCSE电缆终端 三 总体构成 28 B系统构成 总装内导DS ES连接机构接地系统SF6系统压缩空气系统电器控制系统电线管 空气配管底架支架平台 三 总体构成 续 29 D由用户选择的辅助设备充放气装置SF6检漏仪SF6水份仪其它装置设备 C其它运输品试验品备品备件专用工具铭牌 三 总体构成 续 30 四 布置方式 ZF9 252GIS为主母线三相共用一个壳体 其余分相式布置结构和全三相分箱结构 采用标准元件积木式布置 可满足各种主接线要求 间隔中心距仅为3m 相间距0 8m 产品体积小 紧凑 节省占地面积 31 ZF9 252GIS用断路器可根据配置需要选用立式布置或卧式布置 以立式布置居多 ZF9 252GIS所有操作机构布置在便于观察和维护的位置 四 布置方式 续 ZF9 252GISCB卧式布置 ZF9 252GISCB立式布置 母线共箱结构 32 母线分箱结构 3 2接线 立式断路器 33 1 可靠的导电性能断路器导电回路采用自力型触指 该触指无须外加弹簧压紧 靠材料自身弹力保证其对导电元件压紧力 无崩簧触指或触指松散危险 断路器的电寿命和机械寿命高 电寿命 开断满容量20次 开断额定工作电流2000次 2 涡流损耗小ZF9 252GIS几乎所有元件壳体主要采用铝壳体结构 电压互感器及避雷器除外 基本无涡流损耗 且壳体抗腐蚀能力强 五 主要特点 34 3 操作机构配置 40 50 63kA配置气动操作机构40 50kA配置弹簧操作机构40 50kA配置弹簧操作机构 液压机构 气动机构 弹簧机构 35 4 高度的绝缘可靠性GIS中盆式绝缘子 绝缘筒 绝缘拉杆 绝缘台等为西开厂自制件或进口 这些环氧树脂绝缘件应用德国里悉公司浇注设备和日本三菱公司配方和工艺制成 每件制品都要做工频耐压和局放试验 局放量低于IEC标准要求 5 优异的壳体结构GIS的金属壳体 园筒 采用冷翻边工艺 使垂直ZF9 252相交二筒的焊缝不在相贯线上 极大地改善了电场分布 缩小了结构尺寸 五 主要特点 36 6 安全可靠ZF9 252GIS的全部带高电压部件均置于密封金属外壳内 壳体内的SF6气体不仅做内部绝缘介质 同时还作为断路器的灭弧介质 产品无触电危险 7 环境耐受力强由于GIS除进出线外 都被金属壳体所包容 故不受自然界风 霜 雨 雪的影响 亦不受外界污秽和高海拔的影响 具有强的耐环境能力 同时由于GIS外壳的屏蔽作用 对无线电和通讯的干扰大为降低 五 主要特点 37 8 耐地震能力强GIS除进出线套管外 其余均是金属件 机械性能良好 耐冲击和地震能力较强 9 成套性好GIS的整套设备由制造厂完整提供 且各元件之间的技术参数配合均由制造厂统一解决 可以减少用户和设计院许多时间和精力 五 主要特点 38 10 便于运输 安装方便252kVGIS产品在设计中 已将GIS分为若干运输包装单元 分割的原则为既便于运输又尽可能不破坏各元件的完整性 这样 可减少现场除尘净化 抽真空等工作量 11 现场工作量小ZF9 252GIS在厂内完全按现场状况进行装配及出厂试验 五 主要特点 39 ZF9 252GIS经过十余年两百多个间隔的设计生产积累了丰富的经验 目前ZF9 252GIS的工程设计生产均结合各工程特点按已成熟的标准功能单元及间隔模块进行 真正达到了标准化 模块化设计生产 六 标准间隔模块介绍 40 252kVGIS电缆进出线间隔布置示例 六 标准间隔模块介绍 41 252kVGIS进出线间隔布置示例 六 标准间隔模块介绍 42 252kVGIS母联间隔布置示例 六 标准间隔模块介绍 43 252kVGIS保护间隔布置示例 六 标准间隔模块介绍 44 七 主要技术参数 1 使用环境条件安装条件 户内或户外海拔 1000m 2000m 3000m环境温度 35 40 耐地震能力 水平加速度0 3垂直加速度0 15覆冰厚度 20mm最大风压 700pa 34m s 污秽等级 级 45 2 主要技术指标 六氟化硫气体零表压下 五分钟工频耐受电压20 160kV 在1 1倍最高电压下 晴天夜晚无可见电晕 无线电干扰水平 在1 1倍最高电压下 2500 V 六氟化硫气体年漏气率 断路器 1 六氟化硫气体水分含量 断路器 150ppm v 其他 250ppm v 机械寿命 不维修试验3000次 局部放电 10pc 间隔 46 标称电压220kV额定电压252kV额定频率50Hz额定电流2000 2500 3150 4000A额定短路开断电流40 50 63kA额定短时耐受电流40 50 63kA额定短路持续时间3 3 1S额定峰值耐受电流100 125 157 5kV 3 额定参数 47 额定雷电冲击耐受电压 断路器 对地 断口 1050 950 206kV隔离开关 对地 断口 1050 1050 295kV额定一分钟工频耐受电压 断路器 对地 断口 460 395 145kV隔离开关 对地 断口 460 430 110kV 4 额定绝缘水平 48 SF6气体额定压力 20 断路器 0 5MPa其他气室 0 4MPa操作机构的额定压力1 5MPa辅助回路和控制回路的额定电压DC110 220VAC220 380V辅助和控制回路设备1min工频耐受电压2kV 5 其他参数 49 6 断路器主要额定参数 额定操作次序0 0 3S CO 180S CO0 0 3S CO 60S CO 气动机构 开断时间 ms 60分闸时间 ms 25合闸时间 ms 100合分时间范围 ms 40 50分闸不同期性 相间 ms 3合闸不同期性 相间 ms 4 50 7 断路器短路开断参数 额定短路开断电流 kA 40 50 63首相开断系数1 5额定出线端子故障的瞬态恢复电压特性2kV us额定热稳定电流 kA 40 50 63持续时间 s 4 4 1额定动稳定电流 kA 100 125 157 5额定关合电流 kA 100 125 157 5 51 八 基本元件介绍 断路器隔离开关检修接地开关故障关合接地开关母线电流互感器电压互感器避雷器终端元件就地控制柜 52 单断口断路器本体示意图 1 罐式六氟化硫断路器 灭弧室为单压式变开距双喷结构 它是由静触头和动触头 压气缸 活塞以及其它部件组成 在合闸位置 电流从静触头侧梅花触头经静触头座 静触头 动触头 压气缸 中间触指和支持件流向动触头侧梅花触头 灭弧室内部结构图 53 断路器主要特点 1 优良的开断能力2 自力型触头的应用3 优良的导电回路设计4 结构简单5 比较长的电寿命6 便于检修 灭弧室原理图 54 灭弧原理 55 喷口上游区结构独特 有效利用触头的堵塞效应 拉法尔喷管的应用 提高缓冲气缸内的压力和开断后气体密度恢复特性 小径缓冲气缸的应用 利用电弧的解析技术 实现缓冲气缸的最佳化 有效利用电弧能源 采用重量轻和高强度的绝缘拉杆高可靠性 功率大的操动机构的应用开断容性电流时不会产生重燃和冲击穿开断感性电流时不会产生过高的过电压 56 断路器配CQ6气动机构原理图 断路器配气动机构 分闸操作依靠储气罐中1 5MPa的压缩空气进行 分闸的同时给合闸弹簧储能 为合闸操作作准备 合闸操作时合闸弹簧被释放 使断路器合闸 57 58 59 液压机构 CYA3 液压机构的优点模块设计结构简单紧凑 零件量少 通用性强 性能可靠且便于检查液压集成回路无外部油管 损耗小 传动效率高 泄漏量极低优质碟黄储能器系统压力稳定 应力松弛小 寿命长 可靠性高 60 液压机构的优点 优良的液压缓冲系统和调速系统操作平稳 无返跳 噪音低 易与不同的断路器匹配液压系统的在线监测随时了解储能状态 保证可靠操作采用两级换向系统反应迅速 分合闸时间短采用液压闭锁系统分合闸位置可靠闭锁 防止误操作液压系统自动润滑系统避免开关拒动油量少 传输通道短传输效率高 61 注意 贮能时应特别注意储能电机仅适用于短时工作 为了防止贮能电机过热而损坏 贮能电机启动次数每小时不能超过20次 62 63 64 65 2 隔离开关 分相式 隔离开关 分相式 有GL GR两种 GR型载流回路呈直角形 GL型呈直线形 两种隔离开关的所有带电部件均安装在金属壳体中 两种隔离开关都可组合进一台接地开关 使GIS布置时更加紧凑 随意 多变 a GR型布置 66 隔离开关的分 合闸装置没有开断能力 因此 与断路器及其它隔离开关和接地开关之间必须具有联锁 根据主接线的需要 隔离开关有时须具备一定的开合容性 感性小电流和母线转换电流性能 其隔离开关内部通过专门设计来满足 隔离开关由三个标准装配单元组成 并且配有一台气动或电动 弹簧操动机构 b GL型布置 2 隔离开关 分相式 67 2 隔离开关 三相共箱式 ZF9 252GIS三相共箱式隔离开关内部结构图 68 隔离开关配CTG2型弹簧操动机构或CJG2型电动操动机构原理图 隔离开关配用机构 机构为弹簧 电动机构 因而减少了压缩空气供给系统空气管路 向无油化 无气化迈出了一大步 运行更可靠 更安全 69 装在壳体中的动触头通过密封轴 拐臂和连接机构相连 壳体采用转动密封方式和外界环境隔绝 当该接地开关合闸时其接地通路是静触头 动触头 壳体及接地端子 接地开关壳体与GIS壳体之间具有绝缘隔板 拆开接地线后 可用于主回路电阻的测量 断路器机械特性的检测 可选配电动 弹簧机构或气动机构 3 检修用接地开关 70 3 检修用接地开关 三相共箱式 内部结构示意 71 4 故障关合用接地开关 具有关合短路电流的能力 具有开合感应电流的能力 接地开关壳体与GIS壳体之间具有绝缘隔板 拆开接地线后 可用于主回路电阻的测量断路器机械特性的检测 可选配电动 弹簧机构或气动机构 72 ES配电动机构原理图 73 5 主母线及分支母线 主母线采用三相共箱式结构 分支母线采用分相式结构母线导体连接采用表带触指 梅花触头 壳体材料采用铝筒及铸铝壳体低能耗材料 可避免磁滞和涡流循环引起的发热 并采用主母线落地布置结构 降低了开关设备高度 缩小了开关设备占地面积 在适当位置布置金属波纹管 主母线 分支母线 74 电流互感器外形图 6 电流互感器 内装电感式单相环氧浇注型电流互感器 导体 初级线圈 次级线圈固定在环型铁心上 电流互感器线圈处于地电位 属于无故障CT 对保证气室含水量为不超标有着重要作用 测量精度高可做到0 2级 75 7 避雷器 避雷器为罐式氧化锌型封闭式结构 采用SF6气体绝缘 垂直安装 避雷器主要由罐体 盆式绝缘子 安装底座及芯体等部分组成 芯体是由氧化锌电阻片作为主要元件 它具有良好的伏安特性和较大的通流容量 避雷器图 76 8 电压互感器 ZF9 252kVGIS所用电压互感器的一次绕组为全绝缘结构 另一端作为接地端和外壳相连 一次绕组和二次绕组为同轴圆柱结构 一次绕组装有高压电极及中间电极 绕组两侧设有屏蔽板 使场强分布均匀 电压互感器图 77 9 终端元件 SF6充气瓷套管示意图 内充SF6气体 装有旋压 一体化 超长屏蔽罩改善了电场分布 瓷套外绝缘具有耐受 级污秽等级的能力 1 SF6充气瓷套管 78 2 电缆终端 电缆终端是把高压电缆连接到GIS中的部件 其设计及GIS与高压电缆制造分担按IEC600859执行 79 3 变压器连接头 变压器连接头是把变压器引出接头连接到GIS中的部件 其设计及GIS与变压器制造分担按IEC601639执行 80 九 ZF9 252GIS的型试试验 1995年样机制造完成1996年至1997年在西安市中国高压电器质量监督检验中心和西安高压开关厂进行了全套型式试验1997年通过了工厂鉴定1997年通过了由国家机械工业局和国家电力公司组织的鉴定委员会的样机鉴定1998年通过了国家级的产品鉴定 81 断路器型式试验项目 短路电流开断试验近区故障开断试验失步开断试验额定线路充电电流开合试验短时电流耐受试验机械试验温升试验 绝缘试验工频耐受电压试验 干试 湿试 雷电冲击耐受电压试验零表压工频耐受电压试验辅助回路及控制回路绝缘试验噪音试验防雨试验壳体强度试验 82 隔离开关 故障关合接地开关 接地开关型式试验项目 隔离开关切合母线转换电流试验隔离开关切合母线充电电流试验故障关合接地开关关合短路电流试验故障关合接地开关切合静电感应电流和电磁感应电流试验隔离开关机械特性机械寿命试验故障关合接开关机械特性 机械寿命试验接地开关机械特性 机械寿命试验 83 ZF9 300 363气体绝缘金属封闭开关设备简介 84 西安高压开关厂根据市场和国际开关行业的发展动向 不断完善现有产品的性能 在此基础上开发新结构及高技术参数的新产品 ZF9 300 363就是在原ZF8 300 363的基础上 开发设计出更先进更可靠的单断口六氟化硫断路器及为隔离开关和接地开关设计开发了电动 弹簧操动机构 一 概述 85 A组成元件 CB 断路器DS 隔离开关ES FES 检修 故障关合接地开关BUS 母线CT 电流互感器VT 电压互感器LA 避雷器LCP 就地控制柜终端元件 SF6 airBsg SF6 oilBsgCSE电缆终端 二 总体构成 86 B系统构成 总装内导DS ES连接机构接地系统SF6系统压缩空气系统电器控制系统电线管 空气配管底架支架平台 二 总体构成 续 87 D由用户选择的辅助设备充放气装置SF6检漏仪SF6水份仪其它装置设备 C其它运输品试验品备品备件专用工具铭牌 二 总体构成 续 88 三 布置方式 ZF9 300 363GIS为主母线三相共箱 或分相式 其余分相式布置结构 采用标准元件积木式布置 可满足各种主接线要求 间隔中心距仅为3 5m 相间距1m 产品体积小 紧凑 节省占地面积 ZF9 300 363GIS简介 89 ZF9 300 363GIS用断路器可根据配置需要选用立式布置或卧式布置 以立式布置居多 ZF9 300 363GIS所有操作机构布置在便于观察和维护的位置 三 布置方式 续 ZF9 300 363GISCB卧式布置 ZF9 300 363GISCB立式布置 90 三 布置方式 续 ZF9 300 363GIS根据主母线的布置方式可分为三相共箱式主母线布置结构和分相式主母线布置结构两种 以母联间隔为例 三相共箱式主母线布置结构 分相式主母线布置结构 91 ZF9 300 363与ZF8 300 363双母线典型间隔总体积是原ZF8 300 363的44 ZF9 300 363双母线典型间隔 间隔距3400mm 相间距1000mm ZF8 300 363双母线典型间隔 间隔距3800mm 相间距1200mm 四 ZF9 300 363与ZF8 300 363比较 92 四 ZF9 与ZF8 技术分析表 93 1 安全可靠2 环境耐受力强3 耐地震能力强4 成套性好5 便于运输 安装方便6 现场工作量小7 可靠的导电性能8 涡流损耗小9 优异的壳体结构10 高度的绝缘可靠性 五 主要特点 94 六 主要技术参数 1 使用环境条件安装条件 户内或户外海拔 1000m 2000m 3000m环境温度 35 40 耐地震能力 水平加速度0 3垂直加速度0 15覆冰厚度 20mm最大