中压充气柜的发展及现状

1中压充气柜的发展及现状来源:发表时间:2008-12-119:53:041引言1.1概念中压箱式气体绝缘金属封闭开关设备（简称C-GIS）是将一次回路主元件装在密封的金属箱体中，内充稍高于大气压的SF6气体或其混合气体作为绝缘介质。并以电缆终端作为进出线，整个高压系统处于完全封闭的状态，不受外界环境条件影响。是整体小型化、高可靠性、免维护的气体绝缘开关设备。1.2C-GIS的优点1)小型化。如40.5kV电压等级的C－GIS占地面积、体积与12kV的空气绝缘柜相当。2)可靠性高，不受环境影响。3)免维护或少维护。4)现场安装方便。1.3C-GIS的用途在环境条件比较恶劣的地区和污染严重的地方，最佳的中压配电设备就是C－GIS。在人口密集的地区、大型工矿企业、高层建筑等场合，因占地面积、空间限制，需要使用这种设备。我国诸多城市正在建设或筹建地铁、轻轨，每条地铁线路需要C－GIS约200面。2C-GIS的发展过程及发展趋势2.1C-GIS的发展过程起初开发的GIS是充0.25MPa以上额定压力的SF6气体，与此充气压力相适应采用圆筒形外壳。1980年，日本开发了充气压力为0.2MPa以下并采用柜形外壳的84kV电压等级的CGIS。1982年西门子公司首先研制出配真空断路器的8DA10/8DB10型C－GIS。其结构布置很像高压GIS，是单相圆筒式结构。以后，各大电气公司纷纷推出自己不同系列的中压C－GIS；如ABB公司的ZX0、ZX1、ZX2型；三菱公司的20-GX、30-GX型；西门子公司8DH10、NXPLUS型等C－GIS。从国外中压C－GIS发展过程可以看出以下特点。1)箱体从圆筒型向柜型方向转变。西门子、三菱、AEG公司早期产品是圆筒形，但其后期研制的产品都改为柜式结构。这是由于柜式结构C－GIS具有的体积小、占地面积小、维护性能好、结构简单等特点决定的。2)对结构进行简化。早期研制的C－GIS分成很多气室：母线、隔离开关、断路器、电流互感器及电缆进出线等气体间隔。但由于C－GIS不受环境的影响，可靠性高、不易维护等的特点。现在国外研制的C－GIS只剩下1个或2个气室。3)元件向组合化发展。几乎所有的中压C－GIS都是把隔离开关和接地开关组合成一体成为三工位隔离接地开关。现在ABB公司的ZX1、ZX0型C－GIS，AEG公司的EC02型C－GIS将三工位隔离开关同断路器组合成一体，电压互感器、电流互感器组合成一体。使得元件更加简单，操作调试更为简便。4)简化主接线方式。目前的开关柜主接线在断路器两侧都有隔离和接地开关。而国外现在中压C－GIS将线路侧的隔离和接地开关取消。这样大大简化开关柜的结构、降低制造成本。5)实现控制、监测、保护、诊断、显示等智能化。将传统的电磁式电压互感器、电流互感器改为新型的传感器。如ABB公司的ZX1、ZX0把电流互感器用Rogowski线圈替代。元器件的体积减小了、动态测量范围大、可靠性高、成本低。2.2发展趋势1)研究非SF6气体中的绝缘技术，实现C-GIS无SF6化。2)故障诊断系统。3)智能化，实现状态监测，建立计算机辅助维护系统。4)通过模块化、小型化设计，降低中压C－GIS的成本。3开发C-GIS的技术和制造基础3.1技术基础1)真空断路器的可靠性提高为将真空断路器密封在SF6气体中提供了条件。2)低压力SF6气体绝缘技术。对SF6气体的研究得出提高气体压力对不均匀电场耐受电压的提高没有太大作用。由此表明设计C-GIS时按接近大气压的充气压力设计。这对解决密封壳体的强度、刚度、密封性等问题有很大帮助。23)低压力气体中的散热。同等压力下SF6气体的分子量大、粘度小，对流传热比一般气体更为有效。同时可采用一些散热措施，解决温升问题。如：降低导体损耗、降低涡流损耗、提高辐射率、增大散热面积、采用冷却技术等。4)随着计算机技术的发展，数字化技术应用，开关柜的智能化成为现实。3.2工业制造水平基础1)壳体焊接工艺。壳体焊接工艺是C－GIS的密封箱体制造的关键工艺。国外先进的高压开关制造业壳体焊接自动化程度高，且普遍采用激光焊接。我国大中型开关制造企业经过近几年的技术改造，大量引进了国外先进的焊接设备及焊接检验设备。使壳体焊接工艺得以解决。2)机械加工工艺。为保证产品的密封性、电场均匀性、零部件的位置精度和尺寸精度，需要采用先进的数控加工设备。我国近些年加工数控化水平有了长足进步，不仅数控机床拥有量明显增长，而且数控机床利用率也明显提高。激光切割技术得到广泛应用。3)柜体的钣金工艺。近几年，GZS1开关柜的广泛使用，使组装式开关柜成为中压配电设备的主要设备。GZS1采用敷铝锌板制作。这种钢板具有很高的抗腐蚀、抗氧化性能,因而省去了表面处理工序，避免了环境污染。另外这种材料的成型性、定型性和冲剪性都非常好。为制作高品质的开关柜提供了条件。用敷铝锌板制作开关柜，采用多重折弯工艺，使2mm的板材具有4mm角钢的强度。用拉铆工艺解决板料的连接。GZS1的推出，推动了开关柜制造厂生产设备的更新换代。为C－GIS的生产打下坚实的基础。4国外同类产品的概况目前国外生产C－GIS的厂家有ABB、西门子、东芝、三菱、AEG、瑞士SE、意大利MG、Alstom。下面介绍ABB和西门子的代表产品。4.1西门子公司的NXPLUS型C-GIS图1所示的NXPLUS型C－GIS是西门子公司1998年推出的。它将GIS概念与常规固定式开关柜概念在现代绝缘技术、加工技术、数字技术基础上有机地结合，充分利用了SF6良好的绝缘性能，充分发挥了空气绝缘固定式开关柜的灵活性。采用模块化结构，模块多样化。可拼接成各种主接线方案，是具有高度灵活性的新一代智能化气体绝缘开关柜。适用于单母线，根据主接线方案的需要将气室划分成二气室或三气室。各气室之间用标准的固体绝缘连接器连接。连接器外面根据需要可安装穿心式电流互感器。固体绝缘连接器模块还作为柜与柜之间的母线连接。母线室装有一个转动闸刀式三工位隔离开关。所有充气外壳由不锈钢板焊接。电压等级24kV、40.5kV。SF6气体额定压力为0.05MPa（20℃表压)，额定电流2500A，额定短路开断电流31.5kA；外形尺寸为宽600mm，高2450mm，深1600mm。一体小型化真空断路器水平卧式排列，性能稳定、可靠、免维护。三工位隔离开关为转动闸刀式，沿柜深方向布置，由绝缘连杆实现三相联动，并实现三个工位。气室分为母线气室和断路器气室。母线气室装有三工位隔离开关。断路器气室除装有断路器外，还装有外锥式电缆插接件，并带有外锥式电压互感器连接插座，电缆在柜体下方前部出线。母线气室和断路器气室间可安装电流互感器，外锥式电缆插接件处也可安装电流互感器。各气室都是由不锈钢板焊接而成，均装防爆安全膜。数字式控制器安装于面板上，可编程、显示、控制，用于控制和保护。多条电缆并联，柜体下方出线。4.2ABB公司ZX2型C-GIS图2所示的ZX2型C－GIS是新一例。各母线气室装有一个直动式三工位隔离开关。所有充气外壳由不锈钢板焊接。各部件、元件标准化，数量少、组合方便。母线气室与断路器气室间用气隔绝缘子连接。柜与柜之间用复合绝缘母线连接器连接。电压等级12~36kV，额定电流2500A，额定短路开断电流31.5kA，充气压力0.2bar(表压)柜体外形尺寸为宽600mm，高2300mm，深1710mm。1250A以上柜宽800mm。3一体小型化真空断路器水平卧式排列，性能稳定、可靠、免维护。配有光纤位置传感器。和密封盖板一起作为一个部件独立装配、调试。三工位隔离开关为直动式，圆形导电杆，绝缘丝杠转动使导电杆直动实现三个工位，气隔绝缘子即作支持绝缘子又做绝缘套管。零件数量很少，电场分布均匀。配有光纤位置传感器，实现位置信号的传输与切换。使用现代电流/电压组合式传感器，体积大大缩小，成本降低。可时刻准确地对系统的参数进行监测，并根据状态信息对需要维护时提供必要的信息和提示，减少了维护成本，增强了系统的可靠性。智能型二次系统，控制和保护单元本身执行所有开关操作和实行任何形式的误操作的联锁。可显示所有设备的状态和测定值。5GZX系列C-GIS概况GZX系列C－GIS是以西安森源开关技术研究所为主，联合制造厂家开发的电压等级12～40.5kV,电流等级630～2000A的产品。该系列产品是在吸收了国外先进产品的技术的基础上，具有自主知识产权的产品。5.1主要技术参数见表15.2外形尺寸GZX系列C－GIS的外形尺寸如图3、图4所示。45.3总体结构GZX系列C－GIS采用单气室结构。采用模块化设计，由仪表箱、充气箱、泻压通道、电缆室四部分组成。主要元件为：母线联结器、三工位开关和断路器组合单元、避雷器、电流互感器等。柜壳材料为敷铝锌板。控制部分采用自行开发的智能控制单元。充气箱体由3mm不锈钢板焊接而成，通过内部加强筋、加强板保证箱体的强度；断路器以VS1为蓝本进行改进。三工位开关安装在水平布置的绝缘筒上，与断路器构成一体。三工位开关、断路器及其操作机构安装在同一块铝合金板上。这种结构使安装和调试工作变得简单。密封技术是C－GIS的关键技术，GZX系列C－GIS的静密封采用氟橡胶密封圈，动密封采用金属波纹管密封，特别是三工位开关的动密封，三工位开关的动作为多圈旋转，专门设计了一种波纹管转动密封结构解决动密封问题。三工位开关导电部分采用弹簧触指做导电元件。母线连接采用固体绝缘母线，现场安装时不涉及SF6气体操作。6结束语1)综上所述，从技术角度和制造工艺水平来看，我国已经具备生产C－GIS的能力。2)GZX系列C－GIS是在吸收和借鉴国外产品的基础上，开发的具有自主知识产权的产品。技术水平达到了国际先进水平。智能化的中压C-GIS作者：佚名转贴自：电力设备点击数：1666更新时间：2007-4-14摘要：柜式气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）是正在兴起的一种中压成套电器设备，它具有体积小、可靠性高，可适应多样性及多变环境条件等优点。文章叙述了C-GIS产品的智能化技术问题、保护测控技术、在运行中的状态监测和诊断技术(如SF6气体密度监测、含水量监测、断路器机械故障监测等)，对使用在C-GIS中的传感技术也作了介绍。关键词：电力系统；柜式气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）；智能化测控；在线监测；SF6密度继电器；供用电中压柜式气体绝缘金属封闭开关设备（CubicleTypeGasInsulatedSwitchgear，C-GIS）是正在兴起的一种中压成套电器设备,它把高压开关设备中充气隔离室产品的设计技术应用到了中压产品中。由于采用了充气隔离室，因此C-GIS具有体积小、可靠性高，可适应多样性及多变性环境条件（如化工、湿热、高寒及船用等）等优点。由于高压电器产品标准GB7674中已包括了C-GIS的标准，所以中压C-GIS通常也统称在GIS内，只有在强调结构为柜式时才叫C-GIS。C-GIS的特点是：①C-GIS的充气隔离室封装后无法再对其内部的元件进行调整和维修，因此在C-GIS产品的装配过程中，对需要装入的零部件必须预先进行更加严格的检查和确认。②充气隔离室的密封及漏气。在产品装配过程中要特别重视结构的密封性，并且在装配后还需要进行严格的检漏测试。③充气隔离室内主回路布置更精细。在安装主回路时，要注意零部件的外形、表面精度及连接用紧固件的表面形状和表面粗糙度。④充气隔离室内要充入0.05MPa左右的SF6气体。51C-GIS产品的保护测控技术智能化测控装置的核心器件是微处理机,它充分利用数字技术和软件,将保护、监视、控制、测量与通信集于一身，在相同的硬件环境下，可实现多种功能：①基本保护功能。有方向或无方向的过流和接地故障保护，零序电压、过电压和低电压保护，断路器失灵保护，低周减载及自动重合闸等功能。②控制功能。保护跳闸、合闸，远方、就地控制，以及各种信号控制，控制对象的显示等。③测量电量功能。可测量相电流、相间和相对地电压、零序电压和电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数和电能等。④通信