SF6高壓開關(guān)學(xué)習(xí)資料-第六章

西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室丁衛(wèi)東GIS裝置及其絕緣技術(shù)《GIS裝置及其絕緣技術(shù)》2007年10月1日第六章氣體絕緣電力設(shè)備內(nèi)容氣體絕緣金屬封閉式組合電器氣體絕緣輸電管道氣體絕緣變壓器其它氣體絕緣電氣設(shè)備氣體絕緣金屬封閉式組合電器氣體絕緣金屬封閉式組合電器(GIS)的優(yōu)點(diǎn)：敞開式變電站(72kV-1200A,215MVA)

替代為金屬封閉式組合電器之后占地面積和空間占有體積小城市征地困難水電站的升壓變電站安全可靠人員安全不受氣候影響無火災(zāi)、不破壞環(huán)境電磁兼容性好安裝工作量小，檢修周期長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)氣體絕緣金屬封閉式組合電器19561966200015001000deliveredbays197619961986>300kV20042006500<300kVMilestonesGISEarlyresearchFirst500kVGISClaireville(CA)First170kVGISSempersteig(CH)Largest500kVGISItaipu(BR)First500kVGISinChina,JiangmenFirst800kVGISAlpha(ZA)500kVGISThreeGorges(CN)GIS的應(yīng)用：氣體絕緣金屬封閉式組合電器1:母線

2、8:隔離開關(guān)3、7:工作接地開關(guān)

4、6:電流互感器5:斷路器

9:接地開關(guān) 10:電壓互感器 11:套管避雷器電纜終端控制柜氣體絕緣金屬封閉式組合電器江蘇無錫華潤(rùn)變電站氣體絕緣金屬封閉式組合電器母線單相封閉式母線三相封閉式母線D/d=2.7r0/rs

=0.55rc/rs

=0.167因?yàn)榉种С鼍€的緣故，三相封閉式母線的導(dǎo)體布置與氣體絕緣輸電管道不同，內(nèi)導(dǎo)體位于半徑r0的圓周上，位于底部的內(nèi)導(dǎo)體與其它兩相相差90°GIL中的電極結(jié)構(gòu)氣體絕緣金屬封閉式組合電器斷路器合閘滅弧觸頭分離分閘分閘開始單壓式斷路器的開斷過程※優(yōu)點(diǎn)是無高壓SF6系統(tǒng)，缺點(diǎn)是分閘時(shí)間較長(zhǎng)，且需要較大的操動(dòng)力氣體絕緣金屬封閉式組合電器斷路器的液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)氣體絕緣金屬封閉式組合電器隔離開關(guān)a)c)b)d)氣體絕緣金屬封閉式組合電器隔離開關(guān)一般為推拉式結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)可分電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)-彈簧機(jī)構(gòu)和手動(dòng)操作。對(duì)隔離開關(guān)的要求：應(yīng)具有表示其分、合閘位置的可靠的指示裝置斷口在任何情況下都不能被擊穿，故斷口耐壓要求比對(duì)地絕緣電壓高必須能開斷環(huán)流(電流大、恢復(fù)電壓低)必須能分、合感性小電流以及容性小電流氣體絕緣金屬封閉式組合電器接地開關(guān)工作用接地開關(guān)快速接地開關(guān)工作用接地開關(guān)是用于保證維修人員安全的，常安裝與隔離開關(guān)的兩端氣體絕緣金屬封閉式組合電器快速接地開關(guān)快速接地開關(guān)應(yīng)具有關(guān)合額定動(dòng)穩(wěn)定電流的能力。它僅僅在故障的時(shí)候工作。快速接地開關(guān)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)符合交流高壓斷路器標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。氣體絕緣金屬封閉式組合電器電壓互感器電磁式電壓互感器電容分壓器氣體絕緣金屬封閉式組合電器帶電子放大器的電容分壓器氣體絕緣金屬封閉式組合電器電流互感器采用環(huán)狀鐵芯結(jié)構(gòu)，互感器的初、次級(jí)之間的絕緣為氣體絕緣氣體絕緣金屬封閉式組合電器金屬氧化物避雷器氣體絕緣金屬封閉式組合電器GIS與其他設(shè)備的連接主要特點(diǎn):自清潔硅橡膠傘裙長(zhǎng)爬電距離SF6氣體絕緣運(yùn)行可靠性高重量輕復(fù)合絕緣套管套管氣體絕緣金屬封閉式組合電器主要特點(diǎn):長(zhǎng)爬電距離紙浸樹脂電容屏免維護(hù)抗震瓷絕緣套管氣體絕緣金屬封閉式組合電器電纜終端插拔式電纜終端采用插拔式電纜終端，使得GIS的安裝可以與電纜的安裝完全分開，在電纜試驗(yàn)、檢修時(shí)可以直接將電纜終端頭拔出，而不需要打開GIS的SF6氣室。氣體絕緣金屬封閉式組合電器與變壓器連接套管氣體絕緣金屬封閉式組合電器外殼GIS的外殼一般為鋼或鋁合金制。它必須能承受一定的壓力，密閉性要好，當(dāng)GIS內(nèi)部萬一發(fā)生電弧時(shí)，必須不被燒穿，而且高溫造成的壓力上升不至于引起爆炸。外殼一般采用焊接或法蘭進(jìn)行連接。具有絕緣子的法蘭連接法蘭氣體絕緣金屬封閉式組合電器壓力釋放裝置當(dāng)壓力釋放裝置動(dòng)作時(shí)，不應(yīng)危害工作人員的安全。電弧造成的壓力升高，也可用來檢測(cè)故障位置。氣體絕緣金屬封閉式組合電器控制柜用于指令輸入、報(bào)警和聯(lián)鎖等用途的輔助電氣設(shè)備均安裝在相應(yīng)的就地控制柜內(nèi)。用戶控制保護(hù)設(shè)備需要的電壓、電流等信號(hào)也是從就地控制柜的端子排上接取↑←ABB的GIS的控制柜氣體絕緣金屬封閉式組合電器快速暫態(tài)過電壓的問題波前時(shí)間很陡(5~20ns)耐電強(qiáng)度高，放電形成時(shí)延短有頻率很高的高頻電壓分量電壓波在GIS中折反射造成0.1-10MHz幅值并不高，很少到達(dá)2.0p.u.VFTO的幅值大小與隔離開關(guān)觸頭間電弧重燃電壓大小有關(guān)，也與被開斷的母線上的參與點(diǎn)和的電壓值有關(guān)。危害：引起GIS或相鄰設(shè)備的絕緣故障氣體絕緣輸電管道氣體絕緣輸電管道(GIL)GIL(Gas-insulatedMetal-enclosedTransmissionLine)與氣體絕緣金屬封閉式組合電器(GIS)的母線結(jié)構(gòu)相似，分單芯式GIL與三芯式GIL，單芯式GIL由同軸結(jié)構(gòu)的外殼和中間導(dǎo)體構(gòu)成；中間導(dǎo)體由導(dǎo)電率較高的鋁合金管構(gòu)成，管壁厚度約為10mm-20mm，用絕緣子加以固定；外殼為鋁合金或鋼制，厚約為6mm-10mm，通常采用某種辦法接地；管道中一般充以壓縮SF6或SF6/N2混合氣體作為絕緣介質(zhì)；端部與GIS、變壓器等直接連接或通過套管與其它設(shè)備連接；GIL兩端可設(shè)置金屬氧化物避雷器(MOA)以抑制過電壓；當(dāng)它被用于較長(zhǎng)線路時(shí)，可在線路中間安裝隔離開關(guān)，以方便將線路分成幾段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。單芯式GIL與三芯式GIL結(jié)構(gòu)示意圖氣體絕緣輸電管道GIL的組成：①直線單元、②轉(zhuǎn)角單元、③補(bǔ)償單元、④隔離單元以及⑤套管氣體絕緣輸電管道Siemens公司提供的GIL組件示意圖

CGITWestboro公司提供的GIL組件示意圖

氣體絕緣輸電管道GIL與GIS母線的主要區(qū)別：①GIS母線通常較短，而GIL長(zhǎng)度一般超過100m。GIS母線段一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多系鑄造而成，GIL結(jié)構(gòu)則相對(duì)簡(jiǎn)單，比較多地采用擠制成型部件。②GIS母線通常使用盆式絕緣子或者帶孔的盆式絕緣子，絕緣子之間距離一般為6m，絕緣子安裝在兩個(gè)法蘭之間，因此外殼上每隔6米設(shè)一個(gè)法蘭。GIL的絕緣子完全處于外殼內(nèi)部，除盆式絕緣子外，大量采用支柱絕緣子，因此外殼多采用焊接連接。③GIS母線的中間導(dǎo)體一般使用螺紋與盆式絕緣子連接，而GIL的中間導(dǎo)體連接大量采用焊接。④需要改變走向時(shí)，GIS母線段的轉(zhuǎn)彎角度一般為90o，而GIL的轉(zhuǎn)彎相對(duì)比較自由，轉(zhuǎn)角單元的角度一般在85o–178o之間。而且當(dāng)走向只有微小改變時(shí)，可以取消轉(zhuǎn)角單元，利用GIL自身的撓性實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。⑤GIS母線較短，存在導(dǎo)電微粒時(shí)容易檢查，通常不專門設(shè)置微粒陷阱以捕獲導(dǎo)電微粒，GIL比較長(zhǎng)，安裝地點(diǎn)的環(huán)境條件較不易控制，通常要設(shè)置微粒陷阱。氣體絕緣輸電管道相對(duì)于架空線(OHL)和電纜，GIL的優(yōu)缺點(diǎn)：與充油電纜相比，GIL的電容量較小1/4與電纜相比，GIL的傳輸容量大截面超過10000mm2，電流達(dá)到8000A，傳輸容量4000MVAGIL的電能損耗小每米100-200W適用于高落差場(chǎng)合有垂直落差305m的敷設(shè)實(shí)例GIL的可靠性極高、無火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)(50年)與架空線路相比，GIL的主要優(yōu)點(diǎn)是占地少

GIL無電磁干擾問題不可能直接受到雷擊一次設(shè)備投資大一次設(shè)備投資為架空線的5-7倍，電纜的2倍左右，只有在高電壓大容量的情況下才有優(yōu)勢(shì)氣體絕緣輸電管道GIL的使用場(chǎng)合①用于發(fā)電廠內(nèi)連接高壓變壓器和高壓開關(guān)設(shè)備②用于連接處于洞室之中的高壓變壓器和外部的架空輸電線③用于連接GIS和架空輸電線④用于連接兩個(gè)GIS⑤用于兩段架空輸電線交叉時(shí)⑥用于對(duì)環(huán)境要求比較高的地區(qū)，如風(fēng)景名勝區(qū)，或者征地比較困難的地區(qū)⑦在高電壓、大容量的場(chǎng)合，用作經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)距離輸電線路氣體絕緣輸電管道全世界GIL的單相長(zhǎng)度大約為200km-300km，電壓等級(jí)為138kV-1200kV。GIL目前主要還是用在架空線受限制的場(chǎng)合，用以替代電纜，隨著征地成本提高，人們對(duì)環(huán)境問題的日益重視以及GIL造價(jià)的降低，GIL將有可能成為長(zhǎng)距離大容量的經(jīng)濟(jì)輸電方式。氣體絕緣輸電管道一些GIL的實(shí)例氣體絕緣輸電管道GIL的一些特殊部件微粒陷阱支撐絕緣子滑動(dòng)觸頭波紋管

氣體絕緣輸電管道微粒陷阱和支撐絕緣子(a)三柱式支撐絕緣子(b)盆式絕緣子CGITWestboro公司的GIL絕緣子氣體絕緣輸電管道防導(dǎo)電微粒設(shè)計(jì)的滑動(dòng)觸頭氣體絕緣輸電管道GIL的安裝方式地上安裝電纜溝安裝隧道安裝直埋安裝氣體絕緣輸電管道第二代GIL的特征采用SF6/N2混合氣體絕緣(20%-80%)采用現(xiàn)場(chǎng)組裝技術(shù)采用管道敷設(shè)技術(shù)氣體絕緣輸電管道采用軌道焊接機(jī)焊接、采用超聲檢測(cè)控制焊接質(zhì)量，返工率小于1%，可在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行焊接氣體絕緣輸電管道GIL的設(shè)計(jì)必須依據(jù)國(guó)標(biāo)DL/T978-2005《氣體絕緣金屬封閉輸電線路技術(shù)條件》的規(guī)定進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)參考了IEC61640-1998《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣高壓剛性輸電線路》技術(shù)報(bào)告的內(nèi)容。必須滿足以下幾個(gè)條件：絕緣設(shè)計(jì)：（1）最高場(chǎng)強(qiáng)的控制（2）導(dǎo)電微粒的起立（3）絕緣子內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的控制（4）絕緣子表面場(chǎng)強(qiáng)熱性能設(shè)計(jì)防地震設(shè)計(jì)氣體絕緣變壓器與傳統(tǒng)的油浸式變壓器相比，氣體絕緣變壓器的優(yōu)點(diǎn)：(1)不燃、不爆，安全性好，特別適用于城市人口稠密地區(qū)和高層建筑的供電。(2)噪聲小于油浸式變壓器(3)重量小于油浸式變壓器(4)SF6氣體不象油那樣會(huì)老化，故運(yùn)行維護(hù)工作大大簡(jiǎn)化(5)與GIS的連接非常方便與其它無油的防災(zāi)變壓器相比，GIT的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)容量大(2)額定電壓等級(jí)高(3)對(duì)安裝環(huán)境的要求低GIT的主要缺點(diǎn)：(1)與油浸式變壓器相比，過載能力較差(2)沖擊系數(shù)較小，一般在1.25左右，遠(yuǎn)低于油浸式變壓器的1.7(3)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)難度大于傳統(tǒng)的油浸式變壓器，價(jià)格較高氣體絕緣變壓器國(guó)內(nèi)SF6氣體絕緣變壓器的使用量總計(jì)已經(jīng)達(dá)到數(shù)十臺(tái)(分布于北京、上海、香港、深圳、重慶等地)氣體絕緣變壓器日本275kVGIT氣體絕緣變壓器GIT的絕緣結(jié)構(gòu)匝間絕緣和筒式繞組的層間絕緣絕緣子：O級(jí)(90℃)聚酯薄膜(PET)：E級(jí)(120℃)，100kV/mm聚芳酰胺紙：H級(jí)(180℃)，20-30kV/mm局部放電起始場(chǎng)強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系：一般而言，匝間絕緣裕度比較大氣體絕緣變壓器SF6氣體壓力升高對(duì)工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響不大，但可以有效提高局部放電的起始場(chǎng)強(qiáng)氣體絕緣變壓器層間絕緣的局部放電其實(shí)電壓估計(jì)公式：筒式繞組層間邊緣處電廠很不均勻，電極邊緣的電暈起始電壓可用下式表示：氣體絕緣變壓器餅式繞組的縱絕緣GIT的線餅間工頻擊穿電壓高于油浸變壓器，但沖擊擊穿電壓則明顯低于油浸式變壓器。由于縱絕緣尺寸是由雷電沖擊耐壓值決定的，所以GIT的尺寸要比油浸式變壓器的尺寸大。氣體絕緣變壓器主絕緣氣壓對(duì)工頻擊穿電壓的影響：0.1MPa0.2MPa增長(zhǎng)為約3倍氣體絕緣系統(tǒng)的沖擊系數(shù)小于油浸式提高絕緣強(qiáng)度的措施極間屏障靜電板引線的曲率半徑氣體絕緣變壓器GIT的冷卻方式SF6的導(dǎo)熱系數(shù)趕不上空氣，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如液體，因此GIT中冷卻問題是一個(gè)重要問題。①自冷式用于小容量GIT(3MVA)，利用自然對(duì)流換熱。②強(qiáng)迫氣體循環(huán)方式用于小容量GITGIT(超過3MVA)，利用自然對(duì)流換熱。氣體絕緣變壓器③蒸發(fā)冷卻方式使用FC-75(C8F16O，0.1MPa沸點(diǎn)為102℃)，R113(C2Cl3F3,0.1MPa沸點(diǎn)為48℃)，C8F18，采用蒸發(fā)冷卻的GIT內(nèi)部氣壓隨著溫度改變比較大。④采用分離的冷卻系統(tǒng)用冷卻液泵使冷卻液流過設(shè)置在鐵芯和繞組中的冷卻通道，冷卻液吸收熱量后備送到熱交換器中冷卻。氣體絕緣變壓器GIT的運(yùn)行安全注意事項(xiàng)GIT的充氣氣