4714SF6封闭式组合电器及其应用

1、SF6封闭式组合电器及其应用摘要：1991年第一台全部国产化500KVSF6全封闭组合电器(GIS)诞生。随着科学技术日新月 异的发展，新技术、新设备的不断引进、研发，电力行业也进行着自己的科技创新。近年来，SF6封闭式组合电器在电力系统中得到了越来越广泛的应用，110KV和220KV勺GIS已大量投入电网运行，并基本实现国产化。关键词：SF6封闭式组合电器 GIS 应用SR封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘变电站”(Gas Insulated Switchgear )，简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、避雷器、隔离开关、接 地开关、电压互感器、电流互感器、母线

2、、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合 成一个整体。一、SF6气体的性质说到GIS，首先谈到的便是作为绝缘和灭弧介质的 SF6气体。SF6是由两位法国化学家Moissan和Lebeau在 1900年合成。从60年代起，SF6乍为极其优越 的绝缘、灭弧介质广泛应用于全世界电力行业中的高压断路器及变电设备中。在今天，SF6气体几乎成为高压、超高压断路器和 GIS中唯一的绝缘和灭弧介质。1、SF6气体是无色、无臭、无毒、不燃的惰性气体，并且容易液化，液化温度与压力有 关，压力升高时液化温度也增高。SF6气体都不采用过高的压力，以使其保持气态。2 、SF6的化学性质非常稳定。在大气压下以及温度

3、高达500摄氏度的情况下，都具有高度 的化学稳定性，一般认为，在电气设备允许的温度范围内，SF6对断路器的材料没有腐蚀作用， 因此断路器的检修周期长，检修工作量少。3 、SF6分子很容易吸附自由电子，形式负离子，具有较强的电负性。但在一定的电场下，这些离子很难积累足够的能量导致气体电离。同时，因使气体中的自由电子减少，还降低了这些电子容易使气体被击穿的危害。因此，SF6气体具有良好的绝缘性能，在均匀电场中SF6的绝 缘强度比空气大2- 3倍,在0.3MPaE力下，绝缘强度超过变压器油。但在不均匀电场中，其绝 缘强度会下降，因此SF6断路器的部件多呈同心圆状，以使电场均匀4 、SF6分子具有较强

4、的电负性，使SF6具有强大的灭弧能力。因为SF6分子吸附自由电子后 变为负离子，负离子容易和正离子复合形成中性分子，使电弧空间的导电性很快消失。特别在 电弧电流接近零值时，这种作用更加显著。如果利用SF6气体吹弧，使大量新鲜的SF6分子不断 和电弧接触，则灭弧更加迅速。利用SF6气体吹弧和利用空气吹弧在外形上十分相似，但实际灭弧原理不同。空气吹弧主 要是冷却电弧，而SF6气体吹弧主要是利用SF6分子与电弧不断接触进行别弧。SF6气体的灭弧 能力较空气大100咅。由于SF6气体灭弧能力强，从导电电弧向绝缘体变化速度特别快， 所以SF6断路器的开断电 流大，开断时间短，在同一电压等级，同一开电流和

5、其它条件相同的条件下，SF6断路器的串联断口较少。5 、SF6气体是多原子的分子气体，在电弧高温下分解和电离的情况非常复杂。SF6气体中弧心部分导热率低，温度高，电导率大，其外焰部分导热率高，温度低，电导率小，所以电弧 电流几乎集中在弧心部分。因此及在 SF6气体中，可以看到很细、很亮的电弧，几乎看不到外 焰部位。这也是SF6气体灭弧时间短的原因之一。当电弧电流减小趋近零值时，SF6分子此时电负性显著，从而使电流保持联系，可使细小 的弧心一直存在到极小的电流范围。 SF6电弧的这种特点，使断路器开断小电流时，也不会由 于截流作用而产生操作过电压。6 、在电弧高温作用下，很少量的SF6会分解为有

6、毒的SO2F2 SF4和SOF等，但在电弧过零 值后，很快又再结合为SF6因此，长期密封使用的SF6,虽经多次灭弧作用，也不会减少或变 质。电弧分解物的多少与SF6中所含水分有关，因此，把水分控制在规定值以下是十分重要的。 常用活性氧化铝或活性炭、合成沸石等吸附剂，清除水分和电弧分解产物。SF6气体中混入空气时，会使绝缘强度下降，因此断路器及其贮气设备应保持密封。二、GIS的特点1、小型化。因采用绝缘性能好的气体作绝缘和灭弧介质所以能较大程度地缩小变电站的容积。2、可靠性高。由于带电部分全部密封于惰性气体 SF6中，完全隔离盐雾、积尘、积雪等外部影响，大大提高了可靠性。此外整体设备还可以增加抗

7、震能力。3、 安全性好。带电部分密封于接地的金属壳体内，因而没有触电的危险；SF6气体为不 燃性气体，所以无火灾危险。4、对外部无不良影响。因带电部分以金属壳封闭，对电磁和静电实现屏蔽，不发生噪音和电磁波干扰等问题。5、安装周期短。由于实行了小型化，可在工厂内进行整机装配和试验合格后，以单元或 整个间隔运达现场，因此可以缩短现场安装工期，又提高可靠性。&维护方便，检修周期长。结构布置合理，灭弧系统先进，使产品寿命提高，检修周期延长， 小型化，离地面低，因此维护方便。三、GIS的结构形式GIS从结构形式上可分为三相共箱式和三相分箱式。三相分箱式占地面积相对较大，配有电动或液压操作机构，价格相对便

8、宜；三相共箱式结构更紧凑，占地面积小，配有带联动装置 的弹簧操作机构，可进行三相联动操作，但价格较高，两种结构各有优点。当前国外电站多使 用三相共箱式，从设计施工的角度考虑三相共箱式更好布置和安装。四、GIS的技术参数GIS是组合电器，多种设备装于一体，故技术参数非常多，一般可分为如下几类：整机技术参数断路器技术参数隔离开关技术参数接地开关技术参数电流互感器技术参数避雷器技术参数整机技术参数具有代表性如：额定电压、额定电流、额定短时耐受电流等。五、GIS的二次系统1、电气联锁方案GIS没有机械闭锁装置，它依靠电器联锁来保证可靠的运行和操作者的安全。 电气联锁包 括：间隔内部断路器与隔离开关、接

9、地开关联锁；隔离开关与接地开关的联锁；间隔与间隔之间 相关的断路器与隔离开关、隔离开关与接地开关的联锁。2、控制方案控制元件装于控制柜，控制柜每个间隔设置一个，柜内分别装有气路操作部分及电控部分， 通过它可以向组合电器各元件进行充、放气操作，对每个机构进行现场操作。同时，控制柜也是组合电器与用户主控室连接的枢纽，通过它把组合电器的各种声、光信号传到主控室，再把主控时发出的各种操作命令通过它传到执行机构。GIS组合电器的内部接线在厂内生产中完成，施工安装时，只需从主控室把控制电缆接到 控制柜的端子板上，安装调试方便。六、GIS的应用由于GIS组合电器布置灵活具有许多的优点，因此，在国内新建变电站

10、使用较多，特别是 在大型的枢纽变电站近年来几乎都在使用。GIS组合电器额定电压现在已经做到了 500kV，额定电流4000A，额定雷电冲击耐受电压（峰值）达650kV。污秽严重和高寒地区应首先考虑使用。设计中使用GIS组合电器可以采用室外布置和室内布置方式。但是布置时应注意进出线位置，GIS组合电器出线为硬连接，改变出线较困难，进出线位置的偏移使连接不方便，因此相 关设备的布置在不违反规范的要求时应尽量对齐，以避免由此增加的工作量和设备费用。设备的本体接线出厂时厂家已接好， 一次回路密封于充满SF6气体的壳体内，二次回路用 封闭电线槽固定于壳体外，订货时生产厂家提供一、二次接线图和基础图，一次

11、外部接线直接 与进线和主变相连，二次外部接线从 GIS控制柜中外部端子引出。由于GIS是集多种设备于一体的组合电器， 因此重量较重，为了方便安装和检修，应在设 计中考虑吊装设备，室内安装时还应考虑预留安装孔。以上对GIS的特点、结构、参数及作为重要绝缘和灭弧介质的 SF6气体作了介绍。SF6全封闭组合电器主要有以下的优缺点:1、SF6全封闭组合电器采用了高绝缘强度的 SF6气体作外绝缘，从而大大减少了占地面积与空间。SF6全封闭组合电器占用的空间对敞开装置的比率大约为10/Ue （Ue为装置额定电压），对110千伏的装置，此比率为10%; 220千伏为5%; 330千伏为3%。2、高压带电部分均被密圭寸，运行中无触电危险，不受外部环境影响，并对通讯不产生干扰。3、密封面较多，对密封件的材料与工艺要求较严，并要求有清洁的