1、华北电力大学华北电力大学 第二章第二章 SF6SF6全封闭组合全封闭组合电器的设计电器的设计 组成元件：组成元件：断路器、母线、断路器、母线、隔离开关、电流互感器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、套电压互感器、避雷器、套管等；管等；绝缘介质：绝缘介质：SF6气体，其气体，其绝缘性能、灭弧性能都比绝缘性能、灭弧性能都比空气好得多。空气好得多。电场结构：电场结构：同轴圆柱体间同轴圆柱体间隙，故为稍不均匀电场。隙，故为稍不均匀电场。而常规变电站则是棒一板而常规变电站则是棒一板组成的不均匀电场。组成的不均匀电场。特点：特点：GIS设备具有优良的设备具有优良的技术性能、占地面积少，技术性能、占
2、地面积少，特别适合于我国国情。特别适合于我国国情。1 概述概述 图图2-1 ELK型型220kV双母线馈电的双母线馈电的GIS剖面图剖面图 2 GIS优越性与常规设备的经济比较优越性与常规设备的经济比较 一、一、GISGIS设备的优越性设备的优越性 1 占地面积小：占地面积小：只有常规设备的只有常规设备的1/4；2 GIS设备不受环境影响设备不受环境影响 3 运行安全可靠、维护工作量少、检修周期长运行安全可靠、维护工作量少、检修周期长 4 施工工期短：施工工期短：现场安装工作量减少现场安装工作量减少80%左右左右 5 GIS设备没有无线电干扰和噪音干扰设备没有无线电干扰和噪音干扰 结论：结论：
3、GIS设备占地设备占地最少，但是设最少，但是设备造价最贵，备造价最贵，其建设费用、其建设费用、运行费用比常运行费用比常规设备省得多。规设备省得多。节约土地是节约土地是我国的国策，我国的国策，GIS设备符合设备符合我国的国情。我国的国情。二、二、GISGIS与常规配电装置的经济性比较与常规配电装置的经济性比较 3 GIS设备的主接线设备的主接线 调度灵活性调度灵活性 检修灵活性检修灵活性 扩建灵活性扩建灵活性 可靠供电是电可靠供电是电力生产的首要力生产的首要任务任务 投资少投资少 占地面积小占地面积小 电能损失少电能损失少 可靠性可靠性 灵活性灵活性 经济性经济性 主接线的设计原则主接线的设计原
4、则 主接线类型主接线类型 桥型桥型接线接线 单母线单母线 分段分段 双母线双母线分段分段 1/2 断路器断路器 多角形多角形 接线接线 两条线路两条线路 两个主变两个主变 一个连接一个连接桥桥 设备最省设备最省灵活性差灵活性差可靠性差可靠性差 一台断路一台断路器将母线器将母线分为两段分为两段 简单简单 经济经济 方便方便 可靠性好可靠性好 一台断路一台断路器两隔离器两隔离开关两个开关两个母线母线 可轮流检可轮流检修调度灵修调度灵活活 扩建方扩建方便便 便于试便于试验验 用于大容用于大容量高电压量高电压系统系统 调度灵活调度灵活 检修方便检修方便 可靠性高可靠性高 继电保护继电保护 母线故障母线
5、故障 各断路器各断路器互相连接互相连接成闭合回成闭合回路路 投资省投资省 占地面积占地面积小扩建难小扩建难 可靠性差可靠性差 设计者在选用设计者在选用GIS设备时，设备时，其主接线要考虑周到，要了解其主接线要考虑周到，要了解GIS设备的结构，盆型绝缘子设备的结构，盆型绝缘子的布置是否合理。在检修元件的布置是否合理。在检修元件时是否扩大故障，其范围有多时是否扩大故障，其范围有多大大?GIS设备与常规设备不同，设备与常规设备不同，除了考虑一次接线的电气性能除了考虑一次接线的电气性能外，还要考虑外，还要考虑SF6气体的气路气体的气路是否与一次接线的电路相配合。是否与一次接线的电路相配合。因为因为GI
6、S设备气室内没有设备气室内没有SF6气体是不能受电的。否则就会气体是不能受电的。否则就会出现扩大故障的可能。出现扩大故障的可能。三、设计主接线时注意的问题三、设计主接线时注意的问题 一、概述一、概述 GIS设备的布置方式设备的布置方式有很多种，在不同的电压有很多种，在不同的电压下，下，GIS设备的问隔尺寸、设备的问隔尺寸、同相间的距离和不同相间同相间的距离和不同相间的距离、元件组合尺寸都的距离、元件组合尺寸都由由GIS制造厂决定。制造厂决定。4 GIS配电装置的布置方式配电装置的布置方式 二、二、110kV GIS配电装置配电装置 的布置方式的布置方式 1、内桥式布置、内桥式布置 2、单母线分
7、段布置、单母线分段布置 3、110kV双母线双分段布置双母线双分段布置 4、110kV环型接线的配电装置布置图环型接线的配电装置布置图 二、二、110kV GIS配电装置的布置方式配电装置的布置方式 1、单母线用隔离开关分段布置、单母线用隔离开关分段布置 2、220kV双母线双分段布置双母线双分段布置 3、220kV 3/2断路器接线布置断路器接线布置 三、三、500kV GIS配电装置的布置方式配电装置的布置方式 1、500kV双母线用母联联络断路器接线布置双母线用母联联络断路器接线布置 2、500kV 3/2断路器接线布置断路器接线布置 5 GIS伸缩接头和气室及测量仪表配置伸缩接头和气室
8、及测量仪表配置 一、伸缩原则配置一、伸缩原则配置 GIS设备是由断路器、隔离开关、互感器和母线互相设备是由断路器、隔离开关、互感器和母线互相连接起来的。这些元件的材料水同，膨胀系数不一样，当连接起来的。这些元件的材料水同，膨胀系数不一样，当温度变化时若各个元件不能自由伸长和缩短，由于温度应温度变化时若各个元件不能自由伸长和缩短，由于温度应力的原因，势必损坏元件。为此在力的原因，势必损坏元件。为此在GJS设备的母线管要配设备的母线管要配置伸缩节头，其配置原则如下。置伸缩节头，其配置原则如下。(1)土建结构有伸缩缝的地方；土建结构有伸缩缝的地方；(2)会产生震动的地方，如会产生震动的地方，如GIS
9、与主变压器连接的地方；与主变压器连接的地方；(3)母线过长的地方。母线过长的地方。二、二、GIS设备与外部连接设备与外部连接 1、GIS与架空线连接：与架空线连接：用用SF6/空气瓷套管相连接；空气瓷套管相连接；2、GIS设备与高压电缆连接：设备与高压电缆连接：设计者应尽量减少两个电缆设计者应尽量减少两个电缆头的高差，有条件下用干式电缆；头的高差，有条件下用干式电缆；3、GIS设备与主变压器连接：设备与主变压器连接：用用SF6油套管相连接；油套管相连接；三、三、GIS设备气室的布置原则设备气室的布置原则 1、因、因SF6气体的压力不同，要分成若干个气室；气体的压力不同，要分成若干个气室；2、因
10、绝缘直接不同要分成若干个气室；、因绝缘直接不同要分成若干个气室；3、GIS设备检修时，要分成若干个气室。设备检修时，要分成若干个气室。四、四、GIS设备气室的测量仪表配置设备气室的测量仪表配置 1、GIS设备内部故障时气室的设备内部故障时气室的 压力计算压力计算 6 GIS设备的外壳保护设备的外壳保护 一、一、GIS设备故障时气室的压力和外壳少穿时间计设备故障时气室的压力和外壳少穿时间计算算 GIS设备的外壳用铝合金或钢材制成。当母线管或元设备的外壳用铝合金或钢材制成。当母线管或元件内部故障时，电弧使件内部故障时，电弧使SF6气体的压力升高，若没有防爆气体的压力升高，若没有防爆装置，刚可造成外
11、壳爆炸。当内部发生故障而不能及时切装置，刚可造成外壳爆炸。当内部发生故障而不能及时切断故障点，电弧能将外壳烧穿。为了不致使故障扩大，在断故障点，电弧能将外壳烧穿。为了不致使故障扩大，在变电站的进线线路上安装快速接地隔离开关。使开关直接变电站的进线线路上安装快速接地隔离开关。使开关直接接地，通过保护装置切断电源。接地，通过保护装置切断电源。30010avV ItT C G2、电弧烧穿外壳的时间、电弧烧穿外壳的时间 GIS设备外壳被电弧烧穿的时间与其材料、厚度和故设备外壳被电弧烧穿的时间与其材料、厚度和故障电流的大小有关。一般都是从做烧穿试验的方法得到的。障电流的大小有关。一般都是从做烧穿试验的方
12、法得到的。mmtKI二、外壳保护方法选择二、外壳保护方法选择 1、防爆装置；、防爆装置；2、快速接地隔离开关。、快速接地隔离开关。结论：结论：1、电弧电压对气室压力升高有很大的影响。、电弧电压对气室压力升高有很大的影响。气室越小，压力的升高幅度越大。气室越大，压力升高的幅度气室越小，压力的升高幅度越大。气室越大，压力升高的幅度 并不是很大。此小气室对防爆膜敏感，可靠性高。由于快接地隔离是由并不是很大。此小气室对防爆膜敏感，可靠性高。由于快接地隔离是由故障电流作为启动电流的，只要故障电流达到动作值，快速接地隔离开故障电流作为启动电流的，只要故障电流达到动作值，快速接地隔离开关必然动作，对于大气室
13、用快速接地隔离开关的可靠性高。关必然动作，对于大气室用快速接地隔离开关的可靠性高。2、防爆膜的破坏值是正常压力的四倍，在小气室可以达到、防爆膜的破坏值是正常压力的四倍，在小气室可以达到 这个压力，而大气室达不到。这个压力，而大气室达不到。电就是说，在大气室，故障电流很大也未足以达到防爆膜的破坏值。电就是说，在大气室，故障电流很大也未足以达到防爆膜的破坏值。可见大气室对防爆膜已不起作用。只靠快速接地隔离开关。可见大气室对防爆膜已不起作用。只靠快速接地隔离开关。28.54kISP三、防爆膜的面积和快速接地隔离开关整定时间计算三、防爆膜的面积和快速接地隔离开关整定时间计算 1、防爆膜面积：、防爆膜面
14、积：2、快速接地隔离开关动作时间：、快速接地隔离开关动作时间：大电流接地系统大电流接地系统 小电流接地系统小电流接地系统 1bttt122ttt7 GIS外壳感应电压计算及其接地方式外壳感应电压计算及其接地方式 一、概述一、概述 GIS设备的母线和外壳是一对同轴的两个电极，构成设备的母线和外壳是一对同轴的两个电极，构成稍不均匀电场。当电流通过母线时，在外壳感应电压，使稍不均匀电场。当电流通过母线时，在外壳感应电压，使外壳产生涡流而发热，使外壳产生涡流而发热，使GIS设备容量减少。当运行人员设备容量减少。当运行人员接触时会触电危及人身安全。因此要使接触时会触电危及人身安全。因此要使GIS设备外壳
15、的感设备外壳的感应电压在安全规定的范围之内，外壳也不发热。应电压在安全规定的范围之内，外壳也不发热。解决方法：解决方法：方法方法1：在：在GIS设备外壳用全链多点接地方法，其优点是设备外壳用全链多点接地方法，其优点是GIS外壳的感应电压为零，但会引起环流，金属外壳仍然外壳的感应电压为零，但会引起环流，金属外壳仍然发热，输送容量还要下降；发热，输送容量还要下降；方法方法2：将：将GIS外壳分段绝缘，每一段只有一个接地点，这外壳分段绝缘，每一段只有一个接地点，这样样GIS外壳不产生环流，但有感应电压。外壳不产生环流，但有感应电压。1、GIS外壳允许感应电压外壳允许感应电压 （1）人体只接触）人体只
16、接触GIS一相外壳；一相外壳；（2）人体接触）人体接触GIS相外壳；相外壳；（3）故障情况下，）故障情况下，GIS外壳允许感应电压。外壳允许感应电压。2、GIS外壳感应电压的计算外壳感应电压的计算 正常情况下正常情况下 故障情况下故障情况下 1)在人体电阻相同的情况下，两手同时接触母线管的感应在人体电阻相同的情况下，两手同时接触母线管的感应 电压，要比单手接触母线管的感应电压要高；电压，要比单手接触母线管的感应电压要高；2)在上述情况下，中间相外壳的感应电压最低，而距离为在上述情况下，中间相外壳的感应电压最低，而距离为 Rk时的外壳感应电压最高；时的外壳感应电压最高；3)故障时，外部单相接地比内部单相接地的外壳感应电压故障时，外部单相接地比内部单相接地的外壳感应电压 要高；要高；4)感应电压高的母线管，分段绝缘距离短，反之则长；感应电压高的母线管，分段绝缘距离短，反之则长；5)当单手接触母线管时，与工作人员所站地方的土壤电阻当单手接触母线管时，与工作人员所站地方的土壤电阻 率有关，土壤电阻率低的地方，母线管的分段绝缘长度率有关，土壤电阻率低的地方，母线管的分段绝缘长度 要短，反之则长；
