12-第十二章 气体绝缘金属封闭开关设备汇总

第十二章 气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)

第一节 基本原理及结构

【本节描述】本节介绍气体绝缘金属封闭组合电器(以下简称GIS)的用途、分类、基本原理和结构特点等基础知识,通过要点讲解、图形展示,掌握气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)的基本结构和原理。

一、GIS主要分类 (一)GIS的定义

SF6气体绝缘金属封闭组合电器是20世纪50年代末期出现的一种先进的高压电气配电装置,国际上称这种设备为Gas Insulated Switchgear,简称GIS。

GIS是指将断路器、隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等单独元件连接在一起,并封装在金属封闭外壳内,与出线套管、电缆连接装置、汇控柜等共同组成,充以一定压力的SF6气体作为灭弧和绝缘介质,并且只有在这种形式下才能运行的高压电气设备。

图12-1 GIS外观图

GIS的应用打破了传统变电站的概念,使紧凑型、高电压、大容量新型变电站的发展得以实现,成为城网变电站改造的重要途径。近年来,GIS已在国内外得到非常广泛的使用,经过各国不断地研制、开发、改进,一些性能更加优良的GIS越发显示出了其他高压电气设备不可比拟的优越性。

(二)GIS的特点

1.由于采用SF6气体作为绝缘介质,导电体与金属地电位壳体之间的绝缘距离大大缩小。

2.全部电器元件都被封闭在接地的金属壳体内,带电体不暴露在空气中(除了采用架空引出线的部分),运行中不受自然条件的影响,其可靠性和安全性比常规电器好得多。

3.SF6气体是不燃不爆的惰性气体,所以GIS属防爆设备,适合在城市中心地区和其他防爆场合安装使用。

4.GIS主要组装调试工作已在制造厂内完成,现场安装和调试工作量较小,因而可以缩短变电站安装周期。

5.只要产品的制造和安装调试质量得到保证,在使用过程中除了断路器需定期维修外,其他元件几乎无需检修。

6.GIS设备结构比较复杂,要求设计制造、安装调试水平高。GIS价格也比较贵,变电所建设一次性投资大。

7.GIS组合电器的绝缘件、带电导体封闭在金属壳内,重心较低,因此,抗振能力较强,可安装在室内,也可以安装在室外。

(三)GIS的分类

SF6气体绝缘金属封闭组合电器GIS的分类方式一般有:按安装场所、按结构形式、按绝缘介质、按主接线方式等。

1.按安装场所分。可分为户内型和户外型两种。

2.按结构形式分。根据充气外壳的结构形状,可分为圆筒形和矩形。圆筒型GIS依据主回路配置方式的不同,又可分为全三相共体式结构、不完全三相共体式结构、全分箱式结构等;矩形GIS根据柜体结构和元件间是否隔离,还可分为箱型和铠装型两种。

①全三相共体式结构:不仅三相母线,而且三相断路器、其他电器元件都采用共箱筒体。包含的设备有断路器(CB)、隔离开关(DS)、检修/故障关合接地开关(ES/FES)、母线(BUS)、电流互感器(TA)、电压互感器(TV)、避雷器(LA)、终端元件或进出线套管(BSG)等一次设备和就地控制柜二次设备构成。

特点是制造难度较大,技术要求高,内部电场不均匀,相间影响大,但工作量小,消耗钢材少,在126kV等级中采用,也是252kV、363kV、550kV电压等级GIS发展的方向。

②不完全三相共体式结构:母线采用三相共箱式,而断路器和其他电器元件采用分箱式。 特点是母线占地面积小,但同长度母线上安装的GIS设备比三相共体式结构少。 ③全分箱式结构:包括母线在内的所有电器元件都采用分箱式筒体。

特点是相间影响小,制造方便,但因钢外壳中感应电流引起损耗大,外壳数量及密封面也随之增加,漏气可能性加大及占地面积和体积增加等。

3.按绝缘介质分。可分为全SF6气体绝缘型和部分SF6气体绝缘型两种。全SF6气体绝缘型是指全密封的GIS。部分SF6气体绝缘型则又有两种情况:一种是除母线之外,其他元件采用SF6气体绝缘,并构成以断路器为主体的复合电器;另一种则相反,只有母线采用SF6气体绝缘的密封母线,其他元件均为常规的敞开式电器。

4.按主接线方式分。常用的有单母线接线、双母线接线、双母线带旁路接线、3/2接线、桥形接线、角形接线等多种接线方式。GIS的主接线方式取决于具体工程的需要。

(四)GIS的铭牌

GIS的铭牌应包含如下内容: (1)制造厂名称或商标; (2)型号或系列号; (3)采用标准的编号; (4)额定电压;

(5)母线和支线的额定电流; (6)额定频率; (7)额定短时耐受电流;

(8)用作绝缘的气体的额定密度或压力(20℃时); (9)用作绝缘的气体的最小运行密度或压力(20℃时); (10)外壳设计压力。

如GIS的共用数据已在其铭牌上作了说明,则各元件的铭牌可以简化。 二、GIS的基本结构

一台完整的GIS是由若干个不同间隔组成的,一般是在设计时,根据用户提供的主接线方式和要求,将不同的气室或间隔(也称标准模块)组合成不同的间隔,再将这些间隔组成用户所需要的GIS。所谓一个间隔,是指一个具有完整的供电、送电和其他功能(控制、计量、保护等)的一组元件。所谓一个气室或气隔,是指将各种不同作用和功能的元器件,独立地组合在一起,拼装在一个独立的封闭壳体内构成的各种标准模块。例如:断路器模块、隔离开关模块、电压互感器模块、电流互感器模块、避雷器模块、连接模块、分相模块等。GIS的总体布局示意图如图12-2和图12-3所示。

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