sf6气体绝缘全封闭组合电器的结构与设计应用

1概述全封闭组iVU器Gas-InsulatorSwitch-gear（简称GIS）是由断路器、隔离开关、接地（快速）关、互感器、避雷器、母线（三相或单相）、连接管和过渡元件等电器元件组成。它以金属筒为外壳，SF6气体作为绝缘和灭弧介质。即GIS是把整个变电所的电气设备（除变压器外）全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以SF/气体以保护相间及对地的绝缘，GIS广泛地应用于城电网、钢铁与机械等行业的11OkV及以上电压等级系统中。

大大缩小了电气设备的占地面积和空间。由于SF/（体有很好的绝缘性能，使绝缘距离大为缩短。体积的缩小为人城市、治金企业的重污染地区、盐雾地区以及岛海拔地E以及山区水电站中变电所的建设创造了有利条件；与常规设备比，UOkV的GIS占地面积是常规设备占地面积的50%不到，而220kV的GIS占地面积则只有40%.令封闭组合屯器运行安全可靠，维护也很方侦。山十全部电器设备封闭于接地外壳中，减少了fl然环境条件对设备的影响，保障了运行人员的人身安全。

SF6断路器的开断性能好，触头烧损轻微，加上SF6气体绝缘性能稳定，又无氢化问题，因此，断路器的检修周期可以大为延长。SFe封闭组合电器的检修周期一般可达58年，长者可达2025年。

GIS对通信装置不造成干扰。GIS的导电部分均为金属外壳所屏蔽，金属外壳直接接地，其产生的电磁场福射，电场千扰都被金属外壳屏蔽。

安装方便。SF6全封闭组合电器一般以整体形式或者分开若千部分进行运输，因此，可以大人缩减现场安装的工作量，缩短工程建设周期。另外，由于全封闭组合电器的外壳是接地的，可以直接安装在地面上，节省水泥和钢材。

2GIS的主要结构GIS通常为积木式结构，断路器、隔离开关、接地开关、互感器等元件可随意组合。根据用户需要4电气主接线。GIS总体结构也不N，为典型接线的布置简图。

定电流为12504000A额定开断电流常用的范围为31.550kA，国产的GIS额定开断电流只能做到为了简化结构和便于适应现代变电站的需要，SF/X体绝缘全封闭组合屯器的结构与设计应用江苏电器（2003No.4）分相，压气式断路器制造简单，使用压力一般为0.50.7Mpa，在一般地区工作时，SF，气体没有液化N题。

GIS断路器的断口可以垂直布置，也可水平布置。水平布置的特点是两侧出线孔需支持在其它元件上，检修时，灭弧室由端盖方向抽出，因此没有起吊灭弧室高度的要求，但侧向要求有一定的宽度；断U垂直布置的断路器，出线孔布置在两侧，操作机构一般作为断路器的支座，检修时灭弧室垂直向上吊出，配电室高度要求较高，但侧向距离——般比断口水平布置的断路器要小。-般地，GIS的断路器是垂直安装的，以便用来支持其它元件。

2隔离开关隔离开关是GIS中的个比较复杂的开关元件，它主要用于电路无电流区段的投入和切除。隔离开关从结构上可分直动式和转动式两种，转动式宜布置在90°转角处和直线回路中，直动式宜布置在90°角处，结构简单，检修方便，且分合速度容易达到较大值。

为了简化电气接线，节省投资，在不重要的末端变电站可选用负荷开关。负荷开关是在隔离开关断U上加装了灭弧装置，因此结构尺寸基本上弓隔离开关相同，但操动机构较大。

2.3电流互感器组合电器中的电流互感器可以单独组成一个元件或与套管、屯缆头联合组成一个元件。单独的电流互感器放在一个育径较大的筒内，筒内根据需要可放置46个单独的环形铁芯，二次绕组即绕在环形的铁芯上。

2.4屯压互感器电压互感器按其原理可分为电容分压式和屯磁式两种，按其绝缘方式划分，常见的有环氧浇注式和SFfi气体绝缘式。

OkV，220kV采用环氧浇注的电磁式电压互感器，300kV及以上屯压等级普遍采用屯容式电压互感器。

2.5母线有两种型式，-种是三相母线封闭于一个筒内，导电杆采用条形（盆形）支撑固定，它的优点是外壳涡流损失小，相应载流容5：大。三相布置在-个筒内不仅电动力大而且存在三相短路的可能性。单相母线筒是每相线封闭在-个筒内，它的主要优点是杜绝发生三相短路的可能性，圆筒直径较同级屯压的三相母线小，可以分割若f个气隔，回收SF/C体工作相应减少。但是存在着占地面积、加工缺大和涡流损耗的缺点。

2.6接地（快速）开关接地开关有三种型式：在-般情况下，接地开关与隔离开关组合成一个元件。

工作接地开关，其动触头运动速度较慢，工作接地开关可用手动机构，亦可用机械传动机构操作。

快速接地开关，其触头运动速度很快，这种接地开关通常安装在汇流母线和电缆引线上。在GIS停电检修时，为安全工作的需要，应首先关合快速接地开关，然后直接关合工作点附近的工作接地开关。

保护接地开关，其关合时间很短（100ms以下）。保护接地开关主要是用来熄灭GIS内部的闪络屯弧，因此，要求保护接地开关具有很高的可靠性，决不允许误动作。

快速接地开关和保护接地开关应采用预先储能的操作机构（如弹簧机构和气动机构等）。

表1主要通道宽度接地开关与隔离开关的不同之处是，接地开关的动触头安装在处于地电位的外壳上，因而不需要绝缘拉杆，而静触头则可装在母线、隔离开套管等地的高压导体上。

3设计安装与应用在进行GIS的总体布置时，除了必须考虑GIS装置尺寸外，还必须适当考虑电力电缆敷设、架空线走向、控制和继保屏的布置及以直流和交流辅助电源走线等。

3.1总体布置设计3.1.1变电所室内高度的确定将全封闭组合电器安装在室内时，室内的空间应保持一定的高度以满足以下要求：满足检修时整体吊出断路器的高度要求；满足厂运输组合件的起吊高度要求；满足组装完毕后现场整体耐压试验时带电体对房顶安全距离的要求。

3.1.2变电所室内宽度的确定变电所室内宽度主要由全封闭组合电器布置要求和通道的宽度所决定。通道分为维护通道和一般通道两种。

变电所主要通道宽度由以下因素决定：搬运SF6回收小车要求的距离；检修断U为水平布置的断路器时抽出灭弧室时所要求的距离；搬运*大件（母线筒）要求的距离。

综合上述要求得出的*大距离列于表1.——般通道指通道两侧无盘柜，仅在安装调试过程中完成工作量不大的作业内容，如连接全封闭组合电器法兰面、包扎电缆头等所需要的通道。一般通道宽度可取80cm.对户外布置的全封闭组合电器，通道宽度尚需考虑四周搭设塑料大蓬和开进汽车吊装等作业要求，一般距纽合屯器外缘不得小于3.5m.3.2GIS的通风SF/1体绝缘设备的气体年泄漏量规定一般不得人于1%，然而，由于密封质量不佳或因密封圈年久老化，某些情况下会出现意外。此外，从GIS中收SF6气体及解体维修的过程中，室内空气也可能被污染。按规定空气中SF6气体含量不得超过lOOOppmV，否则将不利于工作人员的健康。同时，运行中的SFs气体能含有少量的电弧分解物，其中某些分解物其至具有毒性。因此，户内式GIS应装设通风设备。

GIS的运行经验表明，泄漏出来的56气体并不是均匀混合于室内空气中的，通常它是沉积于电缆沟等低洼处或接近地板的低层空间，因为S气体的比重大约是空气的5倍。因而当作人员进入这些沉积SFf，气体的区域作时就可能会因缺氧而窒息。

因而，GIS通风设备的取风口应布置在变电站下部，以提高通风换气的效率。

3GIS的装饰与防火室内装饰为了保证GIS的绝缘性能，GIS的安装、解体维修的环境极为重要。在GIS现场安装、检修过程中，空气中，含尘量一般不得超过0.lmg/m3，空气的相对湿度*好不超过70%.因此，GIS不宜采用容易起灰的水泥地面和石灰墙面，地面应采用水磨石磨面或塑料地板，墙面及顶棚刷漆，尽量减少不必要的门窗。对于布置在地下的GIS，应有防潮、防水措施，保证地下水不向室内渗漏。

防火措施GIS以不可燃的3匕气体为绝缘介质，本身并无火灾危险，但GIS尚有变压器及电力电缆等以油为绝缘介质的设备，因此火灾的危险依然存在，仍应采取必要的防火措施，配备专用的防火器材。

GIS的过电压与接地GIS在运行中长期承受正常运行电压，还承受高于正常运行电压而持续时间较短的过电压的冲击。

过电压包括大气过电压（雷电）和操作过电压。除了一般的电力系统中的过电压外，GIS在操作隔离开关的过程中以及内部产生击穿故障时，由于GIS结构上的特点与SF6气体击穿特性的关系，便产生了特殊GIS的过电压主要具有以下特点。

1）雷电对于GIS的威胁性小于对常规变电站内的电气设备的威胁。无论处于户内或户外的GIS均具有全封闭的金属外壳，因此，对于GIS可不考虑直接遭受雷击问题。雷电波通过电力线路或变压器的另一侧传入GIS.GIS的波阻抗一般在60100之间，约为架空线路的1/5.因此，经过折射和反射后到达GIS内部各点的雷电波的幅值和陡度将大大减弱。

2）GIS中的高频暂态过电压（VFT）不容忽视。

VFT是GIS所特有的现象，来源于GIS中隔离开关（DS）断合小电容电流等过程中SF6气体的突然击穿和熄灭过程。伴随着这些“锯齿波”而带有高频振荡。这些锯齿形振荡波经过GIS中各个触点的多次折射和反射后，形成高频振荡波。VFT的幅值通常可达到2.5倍的额定相电压，VFT主要存在两种危害，即导致GIS内部绝缘击穿和引起外壳及电缆外皮某些部位暂态电位升高。这对运行人员和继电保护装置均可能产生危害。

4.2过电压保护GIS要采取可靠的过电压保护措施。一般认为实际侵入到GIS内部的雷电波幅值与常规变电站相比要偏低一些，陡度偏小，这样，某些GIS上可以不装设过电压的保护装置。但由于GIS价格昂贵，地位重要，而保护装置的价格相对于GIS本体的投资比例很小，而实际上GIS在运行中也存在着过电压的危险。因此，目前应用的GIS在母线与进线侧均安装了过电压保护装置。

金属氧化物避雷器（简称M0A）是用于GIS过电压保护比较理想的装置。将氧化锌阀片装在金属桶内，充以SF6便能达到防止受潮、性能稳定的目的。

这种避雷器直接联在母线上，与保护设备的电气设备电气距离很近，保护效果很好。

3对VFT的限制措施限制GIS中VFT的幅值和出现的频度，主要靠设计时的计算和试验研究。在现场运行时，要尽量减少隔离开关断合小电容电流的操作。操作隔离开关时，如果是电动及气动机构，要防止欠压慢分或慢合。虽然M0A在VFT作用下的残压高于低频波的残压，但一般情况下仍能有效地限制VFT的幅值。因此，在切合小电容电流时，母线不要脱离避雷器的保护。

4.4GIS的接地主路接地按照电业安全工作规程的要求，GIS中主回路的每个部分都应当接地。常规电器设备可以通过接地开关接地，也可以通过临时挂接地线来接地。而GIS只能利用接地开关接地。一般要求接地开关具有关合额定动稳定电流的能力。如果在靠近接地开关断口的外壳上设有透明的观察窗口，就能确切地见到接地开关的开合状态，否则只能靠外部的指示来判断。

外壳接地GIS的外壳应可靠接地。、外壳、支架等所有金属部分的相互电气联接应当采用焊接或螺栓固定等办法，可靠紧固连接，以保证电气上的连通。接地线及其接触应保证能通过故障接地电流，运行中，还要注意不同金属连接处的锈蚀情况。

外壳接地分为一点接地和多点接地两种方式。

一点接地方式，外壳上无电磁感应电流通过，因而外壳温升较低，损耗小，同时埋入基础的金属物也没有温升；多点接地方式省略了一些支架上的绝缘措施，降低了向低压控制系统传播过电压的水平，提高了接地可靠性。目前运行的GIS，63110kV系统主要采用多点接地方式。

5结束语GIS设备除了具有优越的技术性能外，其*大的优点就是设备的所占土地比常规式设备小得多，这对我国节约土地的基本国策是非常有利的，十分符合国情，在实际应用中，只有不断地从设计、运行维护、检修等方面不断地总结，相信GIS在治金，城市供电、石化、铁道等行业的应用会越来越广泛，前景会越来越好。