水行業(yè)設(shè)計(jì)中選用的GIS氣體絕緣組合電器

李大勇　王冉　周慶蓮　姜福歡

[摘要]本文介紹了GIS氣體覺(jué)緣組合電器在66KV/10KV變電站的設(shè)計(jì)實(shí)例。高度集成的組合電器方案和普通空氣絕緣變電站相比，需要不到原來(lái)一半的面積，不必?fù)?dān)心占地和空間問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]GIS，斷路器，隔離器開關(guān)，接地開關(guān)，模塊化系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]C931.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0216-02

1、前言

近年來(lái)，由于城市建設(shè)的規(guī)模急劇擴(kuò)展，昂貴的土地費(fèi)用和復(fù)雜的審批手續(xù)，對(duì)于一個(gè)新建的變電站來(lái)說(shuō)，土地面積的需求已成為關(guān)系到整個(gè)變電站的造價(jià)的主要因素。

GIS是一種HIS系統(tǒng)。2004年在大連市的城市改造供水項(xiàng)目中選用了德國(guó)西門子公司的HIS氣體絕緣組合電器，該供水項(xiàng)目規(guī)模為80萬(wàn)噸/日，設(shè)計(jì)中選用HIS氣體絕緣組合電器，該66KV/10KV變電站很有代表性。

2、GIS方案間隔、電器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

8DN8-Ⅲ型HIS為用戶的開斷功能提供了一個(gè)富有創(chuàng)造性的方案，基于GIS技術(shù)，是緊湊型、費(fèi)用低、模塊化、可以應(yīng)用于室內(nèi)和戶外，安全、可靠的運(yùn)行。

現(xiàn)代化的工藝使得外形更美觀大方

8DN8-Ⅲ-HIS型組合電器采用了三相共體的結(jié)構(gòu)，它的緊湊設(shè)計(jì)減少了設(shè)備本身所占有的空間；該設(shè)備大部分模塊清晰地布置在一個(gè)水平面上；鋁合金做外殼材料，可以提高防腐蝕性能且重量很輕；通過(guò)采用最新的結(jié)構(gòu)和鑄造技術(shù)，優(yōu)化了外殼的電場(chǎng)分布和機(jī)械性能。

六氟化硫氣體被用做絕緣和滅弧介質(zhì)，所有的模塊都通過(guò)法蘭連接，靠精密的加工工藝和高質(zhì)量的O型密封圈來(lái)保證設(shè)備的氣密性，這已在多年的使用中得到證明；絕緣盆子將間隔分隔幾個(gè)獨(dú)立的氣室，每一個(gè)氣室裝備了一套獨(dú)立的氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備、放暴膜和過(guò)濾材料，氣室中固定的過(guò)濾器可以吸收水分及SF6分解物。

防暴膜是防止氣室內(nèi)氣體壓力的突變，防暴膜上面的氣體導(dǎo)向噴口，保證了防爆膜在打開時(shí)，氣體噴向一個(gè)限定的方向而不會(huì)傷害到運(yùn)行人員；戶外使用的操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)安裝了加熱器；所有緊固件都是防腐材料制成。

模塊包括斷路器模塊、互感器模塊、終端模塊（含電纜終端模塊、空氣終端/避雷器、變壓器終端模塊）延伸模塊，重點(diǎn)介紹斷路器模塊及互感器模塊。

2.1 斷路器模塊

8DN8-Ⅲ型HIS開關(guān)的核心部分是三相共箱的斷路器模塊，由兩個(gè)部分組成：滅弧室；操作機(jī)構(gòu)。

2.2 滅弧室

滅弧室是采用自能式的原理在斷路器操作時(shí)進(jìn)行滅弧，由于所需的能量很小，相應(yīng)發(fā)生的機(jī)械功能就小，這樣就使斷路器傳到外殼和地基上的應(yīng)力也很小。

2.3 電流路徑

自能式斷路器的電流路徑是由靜觸頭支座，主觸頭，活動(dòng)觸頭管、氣壓缸等組成的，弧觸頭是與主觸頭并聯(lián)的。

2.4 開斷工作電流

在分閘過(guò)程中，主觸頭首先打開，電流轉(zhuǎn)移至仍是閉合的弧觸頭，這樣，主觸頭就可以避免燒灼，隨著開斷的進(jìn)行，電弧在弧觸頭之間發(fā)展，活動(dòng)觸頭管向下運(yùn)動(dòng)，壓縮氣壓缸中的氣體，壓縮的滅弧氣體流經(jīng)觸頭管進(jìn)入觸頭間隙并滅弧。

2.5 開斷故障電流

如果短路電流很大，在弧觸頭周圍的滅弧氣體被電弧的能量充分地加熱，從而導(dǎo)致觸頭管中的氣壓上升，在這種情況下，產(chǎn)生滅弧氣壓所需的能量不必由操作機(jī)構(gòu)提供。在操作過(guò)程中固定的弧觸頭打開，高壓滅弧氣體從滅弧噴嘴噴出，吹滅電弧。

2.6 操作機(jī)構(gòu)

彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)為斷路器的分合提供能量，它安裝在一個(gè)緊湊的防腐蝕鋁合金外殼中，合閘彈簧和分閘彈簧布置在易于觀察的操作區(qū)內(nèi)。整個(gè)操作機(jī)構(gòu)完全和SF6氣室隔離開。防摩擦軸承和免維護(hù)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的應(yīng)用保證了可以可靠運(yùn)行數(shù)十年。

2.7 操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

即使在電站電源故障時(shí)，保持確定的分合閘位置；無(wú)論合閘彈簧的狀態(tài)如何，斷路器最終可完成分閘操作；可進(jìn)行大量的機(jī)械開斷操作；最少數(shù)量的活動(dòng)部件；結(jié)構(gòu)緊湊。

2.8 隔離開關(guān)和接地

隔離開關(guān)和接地開關(guān)的功能是綜合在一個(gè)三位置開關(guān)單元內(nèi)?；顒?dòng)觸頭可以閉合隔離斷口或?qū)⒏邏簩?dǎo)體與接地開關(guān)的固定觸頭相連。在中性位置，無(wú)論是隔離開關(guān)還是接地開關(guān)的觸頭都不是閉合的，由一個(gè)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)殼體內(nèi)的絕緣轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)三相觸頭的聯(lián)動(dòng)。

2.9 快速接地開關(guān)

快速接地開關(guān)是插入式接地開關(guān)。接地開關(guān)的動(dòng)觸頭插入接地位置的靜觸頭，其操作機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。

2.10 互感器模塊

電流和電壓互感器是為了測(cè)量和保護(hù)而設(shè)計(jì)的模塊。根據(jù)不同用戶需求，可提供常規(guī)的互感器或最先進(jìn)的電流和電壓傳感器，例如充電型的數(shù)字互感器。

2.11 電流互感器模塊

通常采用的是功率強(qiáng)大的感應(yīng)式電流互感器，這種電流互感器可以放在本體或布置中的任何位置。

2.12 電壓互感器模塊

采用了功率強(qiáng)大的電壓互感器，電壓互感器可以布置在出險(xiǎn)隔離開關(guān)的任意一側(cè)，通過(guò)密封的絕緣板將二次連接引出殼體外。

2.13 終端模塊

終端模塊通過(guò)架空線、變壓器和電抗器、電纜方式將GIS間隔和設(shè)備連接起來(lái)，因而，它們實(shí)現(xiàn)了把殼體內(nèi)的SF8氣體絕緣向其它絕緣介質(zhì)的轉(zhuǎn)換。

2.14 延伸模抉

在間隔內(nèi)通過(guò)延伸模塊完成各種方案的間距要求

3、控制與檢測(cè)

可靠并且美觀的組合電器控制系統(tǒng)也是非?？煽康南冗M(jìn)的

間隔內(nèi)所有控制、監(jiān)視對(duì)象與集成式控制柜的電纜連接在出廠前也已完成，這樣不但能最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，而且能降低出現(xiàn)故障的范圍和幾率。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，控制及監(jiān)視系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)械部分整合而成同時(shí)也能提供集控制與保護(hù)于一體的SICAMHV數(shù)字化控制方案，數(shù)字化模塊擁有自診斷及監(jiān)控等功能?？梢酝ㄟ^(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控了解到變電站中開關(guān)設(shè)備更多詳細(xì)的信息。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度上說(shuō)，能夠降低變電站的運(yùn)行成本。

由于選用的變壓器均在8000KVA至30000KVA，所以均要差動(dòng)保護(hù)，綜合保護(hù)器也為德國(guó)西門子公司產(chǎn)品。

3.1 變電站控制

控制和保護(hù)系統(tǒng)配置在各個(gè)控制柜中。

可以根據(jù)用戶要求提供滿足用戶特定需要的高壓開關(guān)設(shè)備。并提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方案。通常提供的組合電器控制方案是智能化的支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)字化控制以及保護(hù)系統(tǒng)，并附以監(jiān)視和自診斷功能。基于西門子控制與保護(hù)設(shè)備廣闊的適用范圍，能提供為用戶度身定制的解決方案。

3.2 氣體監(jiān)視

氣密性的絕緣盆子將每個(gè)間隔分割成功能獨(dú)立的多個(gè)氣室（如斷路器，隔離開關(guān)，電壓互感器等等）。每個(gè)氣室都始終處在帶有顯示裝置的密度繼電器的監(jiān)視狀態(tài)中，在氣室壓力發(fā)生任何異常變化時(shí)，密度繼電器將立即報(bào)警。如在使用SICAM控制的設(shè)備上加裝傳感器，則還能對(duì)個(gè)氣室的氣體壓力變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)。

4、GIS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 投資成本低

4.2 運(yùn)行更節(jié)省、安全、可靠

4.3 免維護(hù)

4.4 保護(hù)環(huán)境

4.5 適應(yīng)各種環(huán)境

4.6 經(jīng)濟(jì)性和多用性

5、結(jié)束語(yǔ)

今后，供水項(xiàng)目中，用戶尤其是老水廠改造，66KV/6KV、66KV/10KV變電站選用GIS氣體絕緣組合電器方案愈來(lái)愈多，設(shè)計(jì)要優(yōu)化，節(jié)省投資。另外GIS產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，技術(shù)不斷發(fā)展，肯定要更新?lián)Q代，設(shè)計(jì)人員不斷關(guān)注這一趨勢(shì)。與時(shí)俱進(jìn)，不斷認(rèn)真優(yōu)化設(shè)計(jì)，使GIS在水行業(yè)應(yīng)用更廣泛。節(jié)省更多投資。