GIS系統(tǒng)在220KV配電裝置中的應(yīng)用

GIS系統(tǒng)在220KV配電裝置中的應(yīng)用摘要：GIS系統(tǒng)以其占地面積小、運(yùn)行安全可靠、安裝方便、且維護(hù)工作量少等特點(diǎn)在變電站配電裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。本文敘述了GIS系統(tǒng)在220KV變電站配電裝置中的應(yīng)用，說(shuō)明了GIS系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其使用情況。關(guān)鍵詞：GIS變電站配電裝置技術(shù)應(yīng)用1.引言工廠總降變電所是全廠的電力供應(yīng)樞紐，而一次側(cè)配電裝置是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它在電力系統(tǒng)中起著接受電能和分配電能的作用，因此它在整個(gè)電力系統(tǒng)中，具有特殊重要的地位與作用。而在電解鋁廠供電系統(tǒng)中，一級(jí)負(fù)荷約占90％以上，因此對(duì)其供電的安全可靠性有著較高的要求。目前，我國(guó)大多數(shù)電解鋁廠仍采用傳統(tǒng)的AIS(AirInsulatedSwitchger)空氣絕緣配電裝置，占地面積大，可靠性不高，工作維護(hù)量大，容易造成停電事故。蘭州連城鋁廠在擴(kuò)建改造工程中，總降變電所采用了目前在國(guó)際具有領(lǐng)先水平的GIS(GasInsulatedSwitchger)氣體絕緣配電裝置，整個(gè)工程于2003年6月竣工送電。運(yùn)行證明，整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，裝備水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有顯著改善和提高。2.GIS系統(tǒng)的概念與傳統(tǒng)的AIS不同，GIS系統(tǒng)把開(kāi)關(guān)間隔的所有功能統(tǒng)一歸并到一個(gè)密封艙中，該密封艙配備有兩個(gè)或三個(gè)絕緣套管，絕緣套管的數(shù)量取決于變電站的接線圖，對(duì)于改建、擴(kuò)展、升級(jí)或新建變電站等各種應(yīng)用而言，GIS是最適合的。GIS是由金屬殼密封，把氣體絕緣的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流及電壓互感器與套管全部組合在一個(gè)共用的氣室內(nèi)。氣室內(nèi)部充有一定壓力并有優(yōu)異滅弧和絕緣能力的SF6氣體。SF6是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不會(huì)燃燒的氣體，其化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)如下：(1)滅弧能力強(qiáng)，介電強(qiáng)度高，絕緣性能好，常壓下其絕緣能力為空氣的2.5倍以上，其滅弧能力相當(dāng)于相同條件下空氣的100倍。(2)介質(zhì)恢復(fù)速度特別快，冷卻特性好，開(kāi)斷近區(qū)故障的性能特別好，使用壽命長(zhǎng)。(3)SF6氣體電弧分解場(chǎng)中不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，觸頭在開(kāi)斷電弧中燒損極其輕微。高壓開(kāi)關(guān)裝置的數(shù)量被限制到了最低限，節(jié)省了不必要的配置。每一個(gè)元件在工廠已徹底組裝，并經(jīng)過(guò)了例行檢測(cè)。除了絕緣套管，整個(gè)GIS均預(yù)裝交貨。絕緣套管由復(fù)合材料制成。一根環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的（浸泡的）玻璃纖維管確保了套管的機(jī)械性能。同時(shí)由一只澆鑄的硅橡膠外套提供所需的電氣性能，如爬距和對(duì)抗各種環(huán)境因素的防護(hù)等。因?yàn)镚IS的全部元件都密封在一個(gè)金屬殼中,為防止內(nèi)部故障的發(fā)生,隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行工況,發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障隱患,有效的檢測(cè)手段是必不可少的。近年來(lái),隨著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展,新型傳感器的不斷推出,GIS使用了更多的傳感器作為其內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)視,而用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)處理獲得的信息。在線檢測(cè)技術(shù)和自我診斷技術(shù)的引入將打破傳統(tǒng)的高壓電器大小修計(jì)劃模式,可以根據(jù)診斷結(jié)果安排更合理、更科學(xué)的檢修計(jì)劃,可將事故消滅在萌芽狀態(tài),從而縮短GIS的檢修時(shí)間,提高設(shè)備的利用率和可靠性。3.GIS系統(tǒng)的應(yīng)用GIS配電系統(tǒng)的額定電壓為252KV，額定頻率為50Hz，額定電流為2000A，額定短路開(kāi)斷電流為50KA，額定短時(shí)耐受電流為50KA，額定短路持續(xù)時(shí)間為3S，額定峰值耐受電流為125KA。GIS配電系統(tǒng)的各部分組成如下：1.斷路器（CB）斷路器滅弧室為單壓式變開(kāi)距雙噴結(jié)構(gòu)，它是由靜觸頭、動(dòng)觸頭、壓氣缸、活塞以及其它部件組成。斷路器配氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作依靠?jī)?chǔ)氣罐中1.5Mpa的壓縮空氣進(jìn)行。分閘的同時(shí)給合閘彈簧儲(chǔ)能，為合閘操作做準(zhǔn)備。合閘操作時(shí)合閘彈簧被釋放，使斷路器合閘。斷路器的開(kāi)斷能力為50KA。開(kāi)斷容性電流時(shí)不會(huì)重燃，開(kāi)斷感性電流時(shí)無(wú)過(guò)高過(guò)電壓。觸頭全部為自力型，觸頭間的接觸壓力來(lái)自材料自身的彈性，保證了產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。滅弧室內(nèi)正常載流主觸頭與弧觸頭分離，保證了斷路器的電壽命和可靠性。壓氣缸成為導(dǎo)電回路，使滅弧室可承載4000A額定電流。單斷口結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置緊湊，安全性和可靠性進(jìn)一步提高，可連續(xù)開(kāi)斷滿容量電流50KA，20次而無(wú)需檢修。2.隔離開(kāi)關(guān)（DS）隔離開(kāi)關(guān)的所有帶電部件均安裝在金屬殼體中，并與一臺(tái)接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行組合，使GIS布置時(shí)更加緊湊、隨意、多變。隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)為電動(dòng)彈簧結(jié)構(gòu)，因而減少了壓縮空氣供給系統(tǒng)空氣管路，向無(wú)油化、無(wú)氣化邁出了一大步，運(yùn)行更可靠，更安全。3.檢修用接地開(kāi)關(guān)（ES）檢修用接地開(kāi)關(guān)安裝在殼體中的動(dòng)觸頭，通過(guò)密封軸、拐臂和連接機(jī)構(gòu)相連，殼體采用轉(zhuǎn)動(dòng)密封方式和外界環(huán)境隔絕，當(dāng)該接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)其接地通路是靜觸頭、動(dòng)觸頭、殼體和接地端子。接地開(kāi)關(guān)殼體與GIS之間具有絕緣隔板，拆開(kāi)接地線后，可用于主回路電阻的測(cè)量，斷路器機(jī)械特性的檢測(cè)。4.故障關(guān)合接地開(kāi)關(guān)（FES）故障關(guān)合接地開(kāi)關(guān)具有關(guān)合短路電流的能力，具有開(kāi)合感應(yīng)電流的能力。接地開(kāi)關(guān)殼體與GIS殼體之間具有絕緣隔板，拆開(kāi)接地線后，可用于主回路電阻的測(cè)量及斷路器機(jī)械特性的檢測(cè)。5.母線主母線采用三相共箱式結(jié)構(gòu)，分支母線采用分箱式結(jié)構(gòu)。母線導(dǎo)體連接采用表帶觸指，梅花觸頭。殼體材料采用鋁筒及鑄鋁殼體低能耗材料，可避免磁滯和渦流循環(huán)引起的發(fā)熱，并采用主母線落地布置結(jié)構(gòu)，降低了開(kāi)關(guān)設(shè)備的高度，縮小了開(kāi)關(guān)設(shè)備的占地面積。6.電流互感器（CT）電流互感器為電感式單相環(huán)氧澆注型。導(dǎo)體即為初級(jí)線圈，次級(jí)線圈固定在環(huán)型鐵芯上。電流互感器線圈處于地電位，屬于無(wú)辜障CT；環(huán)氧澆注型對(duì)保證氣室含水量不超標(biāo)有著重要作用；測(cè)量精度高，可達(dá)到0.2級(jí)。7.電壓互感器（VT）電壓互感器為JDQX8220ZHA型。它是在引進(jìn)德國(guó)MESSWANDLER-BAUAG互感器公司SU252型電壓互感器技術(shù)和部分主要設(shè)備基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)品。電壓互感器的一次繞組端為全絕緣結(jié)構(gòu)，另一端作為接地端與外殼相連。一次繞組和二次繞組為同軸圓柱結(jié)構(gòu)，一次繞組裝有高壓電極和中壓電極，繞組兩側(cè)設(shè)有屏蔽板，使場(chǎng)強(qiáng)分布均勻。8.避雷器（AR）避雷器為罐式氧化鋅型封閉式結(jié)構(gòu)，采用SF6氣體絕緣，垂直安裝。避雷器主要由罐體、盆式絕緣子、安裝底座及芯體等部分組成，芯體是由氧化鋅電阻片作為主要元件，它具有良好的伏安特性和較大的通流容量。9.終端元件1）SF6充氣瓷套管內(nèi)充SF6氣體，裝有旋壓超長(zhǎng)屏蔽罩改善了電場(chǎng)分布，瓷套外絕緣具有耐受Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)污穢等級(jí)的能力。2）電纜終端電纜終端是把高壓電纜連接到GIS中的部件。其設(shè)計(jì)及制造按IEC600859執(zhí)行。3）變壓器連接頭變壓器連接頭是把變壓器引出街頭連接到GIS中的部件。其設(shè)計(jì)和制造按IEC601639執(zhí)行。本次應(yīng)用GIS設(shè)計(jì)變電站，其組合的隔離開(kāi)關(guān)，CT和PT感應(yīng)器可以縮小間隔的寬度。整個(gè)GIS變電站的雙母線平面圖長(zhǎng)71.5米,寬13米,面積929.5平方米，僅為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的42%。GIS的控制系統(tǒng)直接反映元件的工作狀態(tài)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和變電站的運(yùn)行方式。將可編程控制器（PLC）運(yùn)用于GIS控制系統(tǒng)上，利用PLC對(duì)GIS的電氣聯(lián)鎖控制進(jìn)行編程，極大的簡(jiǎn)化了GIS的內(nèi)部接線，并提高了其可靠性。PLC采集到的GIS的各種信號(hào)，通過(guò)GIS網(wǎng)絡(luò)口傳至上位機(jī)，可大大縮減傳統(tǒng)上對(duì)開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)數(shù)量的要求，簡(jiǎn)化了配線，縮短了安裝周期，即遠(yuǎn)端采集信號(hào)只需一根通訊電纜就能完成。利用PLC編程，可將操作票程序編入本地GISPLC中，本地GIS可自動(dòng)完成一系列開(kāi)關(guān)動(dòng)作，大大提高了GIS的自動(dòng)化程度，并減少了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。所有信號(hào)可通過(guò)PLCA/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，顯示或傳輸給上位機(jī)。與控制級(jí)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行連接的是一根帶插頭的電纜，其內(nèi)裝有光纖電纜供模擬訊號(hào)和二進(jìn)制訊號(hào)相互交換之用，此外還有向操作機(jī)構(gòu)提供所需的輔助電源。另外，GIS和控制保護(hù)系統(tǒng)間的信號(hào)交換受到持續(xù)監(jiān)控。與布線連接中常規(guī)AIS設(shè)備與其控制及保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)交換相反，采用待插頭式的電纜可以大大縮短安裝及投產(chǎn)所需的時(shí)間。設(shè)備緊湊的外型及智能化控制系統(tǒng)使得其監(jiān)控功能可在較大的范圍執(zhí)行，如：進(jìn)行自測(cè)、氣體密度的趨勢(shì)分析、斷路器狀態(tài)(泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、操作、動(dòng)力、觸點(diǎn)位移曲線，剩余壽命……等)。4.結(jié)論綜上所述，GIS配電裝置與傳統(tǒng)的AIS相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)。GIS的主要優(yōu)點(diǎn)在于：1）占地面積小，一般220kVGIS設(shè)備的占地面積為常規(guī)設(shè)備的37%；110kVGIS設(shè)備占地面積為常規(guī)設(shè)備的46％左右，符合我國(guó)節(jié)約用地的基本國(guó)策，減少了征地、拆遷、賠償?shù)劝嘿F的前期費(fèi)用。2）由于GIS設(shè)備的元件是全封閉式的，因此不受污染、鹽霧、潮濕等環(huán)境的影響。GIS設(shè)備的導(dǎo)電部分外殼屏蔽，接地良好，導(dǎo)電體產(chǎn)生的輻射、電場(chǎng)干擾、斷路器開(kāi)斷的噪音均被外殼屏蔽了，而且GIS設(shè)備被牢固地安裝在基礎(chǔ)預(yù)埋件上，產(chǎn)品重心低，強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的耐震性能，尤其適合在電解鋁廠這種惡劣的條件下工作。3）SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，氣體本身不燃燒，防火性能好，而且具有優(yōu)異的絕緣性能