气体绝缘金属封闭开关设备中国电力科学研究院开关所

ELH1型GIS气体绝缘金属封闭开关设备中国电力科学研究院开关所ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１ELH1型GIS主要特点：●占用空间小●可靠性高●密封环节少●重量轻●寿命长●积木式的模件设计●广泛采用厂内预装测试的大型单元，安装周期短ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）２目录1总则2ELH1型GIS的结构设计3主要技术参数4运输、安装和调试5使用维护6应用实例7订货说明ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）３1概述SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GasInsulatedSwitchgear，以下简称GIS)是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、套管或电缆终端等电器元件相互直接联结构成，所有元件位于接地的金属外壳内，壳体内充满用于绝缘和灭弧用的SF6气体。GIS是最重要的输配电设备之一，在输电线路中起控制和保护作用。具有体积小，占地面积小，易于安装建设，使用时不受外界环境影响，运行安全可靠，配置灵活、维护简单，不检修周期长等特点，在水电站和城网变电站中应用越来越广泛。ELH1型GIS产品研发、制造与检验过程中吸收并应用了国际最先进的技术和运行经验，具有技术先进、成熟可靠、便于维护等特点。天水长城开关厂生产的ELH1型GIS额定电压为126kV，短路电流为40kA。设备符合GB7674《72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》等标准的相关规定。适合于户内、户外安装、运行。ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）４2技术参数序号额定参数参数值1额定电压kV126相间、对地2301min工频耐受电压(有效值)kV隔离断口265相间、对地5502雷电冲击耐受电压（峰值）kV隔离断口6303额定频率Hz50主母线315025004额定电流A断路器户内2500户外20005额定短时耐受电流kA406额定峰值耐受电流kA100主回路47额定短路持续时间s接地回路2断路器室0.68六氟化硫气体额定压力（20℃表压）MPa其它单元0.49六氟化硫气体年泄露率≤0.5%额定短路开断电流（有效值）kA40额定短路关合电流（峰值）kA100额定短路开断电流的直流分量不小于41%全开断时间ms≤60合闸时间ms≤150分闸时间ms35±5合-分时间ms80分闸速度m/s5.0±0.5合闸速度m/s3.0±0.5额定操作循环分-0.3s-合分-180s-合分不检修额定电流操作次数为3000(次)3000不检修满容量开断次数(次)2010断路器机械寿命(次)6000开合母线充电电容电流的能力A2开合激磁电流能力A6开合母线转换电流/电压A/V1600/3011隔离开关机械寿命(次)2000额定短路关合电流（峰值）kA10012快速接地开关机械寿命(次)2000ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）５3ELH1型GIS的结构设计●三相共箱结构。●标准积木式模件化设计。这些各自独立的共箱式模块或部件可随意组合，大大简化了设备设计和安装规划，十分容易实现桥型接线、单母线分段、双母线分段、211断路器、多角形等各种接线方式。●设备外壳选用具有防腐作用的铝合金制造，其重量很轻，使地基建造的投资大为减少，同时无磁滞损耗。●根据不同用户的需要，有卧式与立式两种结构方案供选择。图1立式双母线架空出线1-就地控制柜2-主母线及其三工位开关3-断路器4-电流互感器5-快速接地开关6-线路侧三工位开关7-架空出线8-三通单元ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）６4ELH1型GIS各组装件的设计4.1带电流互感器的断路器●断路器灭弧室与机构为上下布置，三极联动。●断路器采用“热膨胀室+辅助压气室”的单压自能式灭弧原理，每极一个断口。它需要的维护工作量极少。图2卧式双母线架空出线ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）７●载流主触头与灭弧用的辅助触头分开，主触头上不产生电腐蚀，因此几乎不需对触头进行检查和维修。在开断过程中，与压气活塞相连接的绝缘喷口产生灭弧所需的SF6气流，与常规的压气式断路器不同，这种自能式灭弧室有两个气室：膨胀室和辅助压气室，两个气室通过自由活动的单向阀相互分开。●所配弹簧机构体积小巧，结构紧凑，维护简单，调试方便。机构本身具有机械连锁及电气防跳功能。●当开断短路电流时膨胀室的SF6气体迅速升温膨胀，产生强烈气吹，在电流过零点时熄灭电弧。当开断小电感、电容电流或负荷电流时，辅助压气室内压缩气体经膨胀室产生气吹，在电流过零点时熄灭电弧。●辅助压气室和触头的几何形状是经过优化设计能产生平稳的熄弧功能，并保证操作过压很小。图3：带电流互感器的断路器1-灭弧室2-电流互感器3-气体隔板绝缘子4-传动系统5-操动机构ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）８图4：断路器的灭弧室1-绝缘喷口2-辅助灭弧触头3-主触头4-热膨胀室5-压气活塞6-辅助压气室A：断路器合闸状态B：开断小电流C：开断大电流ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）９5.2带三工位开关（隔离/接地开关）的主母线单元●三工位开关具有接通、隔离、接地三个位置及其机械状态指示。●母线隔离开关和用于扩建及维修的接地开关组合装在同一模件内。隔离开关和接地开关共用一台机构，它通过花键和绝缘轴与三个平行的动触头连接。根据不同的旋转方向，这些触头既可用作隔离开关也可用作接地开关。其机构可实现电动和手动操作，电动和手动之间有机械闭锁。●主母线系统由标准化及模块化的母线段连接而成。每段长900mm，与间隔间距相应。●母线导体均固定在每一馈线段的隔板绝缘子上，根据需要可以在这些隔板绝缘子之间安装带弹簧承荷法兰的膨胀节，用于当内部气体压力及温度变化而引起的轴向移动，使设备在扩建或改建时便于拆卸。●母线导体用梅花触头连接，抵消因温度引起的轴向变化，同时避免三工位开关因个别极和外壳间的温差而承受机械应力。图5：带三工位开关的主母线1-主母线2-支撑绝缘子3-隔离触头4-隔离/接地触头5-外壳6-接地触头ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１０4.3线路侧三工位开关和快速接地开关的架空出线●采用和主母线侧三工位开关相同的元件，具有隔离（明显断开点）和检修接地双重功能。●可以连接一个电压互感器，这样就可指示出开关侧或者线路侧的电压。●配有弹簧操作机构的快速接地开关能够关合额定短路关合电流，非常适合作馈线接地开关，它不会因为误合有电回路而损坏。图6：带线路侧三工位开关和快速接地开关的架空出线1-支撑绝缘子2-接地触头3-快速接地动触头4-快速接地静触头5-隔离/接地触头6-隔离触头7-瓷套管8-架空出线ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１１4.4电流及电压互感器●电流及电压互感器将用于测量和保护，这两种互感器均采用SF6气体作基本绝缘。绝缘介质不老化，因此，互感器十分可靠。●电流互感器通常选用功能优化的感应型互感器，可以安装在设备的任何地方，其电流变比、额定负载和精度均符合现代保护及测量的通用要求。●电压互感器可以用分压器或感应式型感器，可以安装在支路输出单元隔离开关的前面或后面，也可以安装在母线上，次级信号穿过密封套管进入就地控制柜。4.5避雷器如果需要，封闭式避雷器可以直接连接，避雷器用于限制过电压，避雷器主要包括对电压或电流敏感的金属氧化物电阻，避雷器一般通过法兰和开关设备连接穿过密封套管，避雷器的外壳有一个入口，通过它达到可以检查的目的，下面还有气体监控和制动器控制装置。4.6就地控制柜所有用于控制、测量、监视及联锁等用途的二次电气设备集中装设于就地控制柜中，就地控制柜既是GIS间隔内、外各元件之间进行联络的中继枢纽，也是对GIS设备进行现场控制、检测以及进行遥测、遥控、遥调、遥信的集中枢纽，对电气设备的正常运行起着非常重要的作用。4.7分离器分离器完成三极共箱到单极的转换，用于分离支路输出和架空线终端的连接，架空线的套管可采用硅橡胶复合绝缘套管，也可以采用常规瓷套管。4.8连接器连接器有单极和三极两种，根据不同的电流和空间选择。外部伸出模块，T形模块（用于分支点或接避雷器）、角度形（用于分离支路输出，有30°、45°、60°和90°）ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１２5运输、安装与调试由于ELH1型GIS重量轻、体积小，大大地方便了安装与运输，一个运输单元通常包括一个完全在厂内制造及检验的GIS间隔及其控制柜。在某些情况下，一个运输单元也可包括两个GIS间隔。其突出优点如下：z现场安装时间最短。z每个GIS间隔在在厂内经过例行绝缘试验局部放电测量试验，排除了因材料加工或制造失误而造成绝缘受损的可能。包装前GIS内部充以0.02~0.05Mpa的SF6气体或高纯氮气（N2），以保证设备在运输或安装时不受潮。设备安装完毕后，将进行真空处理，然后充入SF6气体。这项工作做起来非常容易，因为每个气室均带有自己的联络阀，在打开时不会漏气。所有设备检验和功能试验的结果都记录在调试报告中。6使用维护SF6气体绝缘金属封闭开关设备的工作性能不受诸如污染或潮湿之类外界因素的影响，所以ELH1型GIS的维修工作量极少，可以说是免维护的。建议每五年进行一次检查，检查时无需进入外壳内部，故设备可以保持运行。只需检查SF6气体的水分含量、断路器操作机构跳闸回路、辅助开关、密度继电器的工作是否正常。断路器在5000次机械操作后需做维修，其他开关元件在1000次机械操作后需做维修。断路器开断故障电流20次需做维修。快速接地开关在进行过两次故障关合后也需做维修。经验告诉我们，上述的维修标准远远超过实际运行的需要，故在电网规划时可不考虑大修的问题。ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１３7应用实例ELH1型GIS积木式的模件设计使得变电站的设计非常灵活，用户可根据具体情况作具体设计，以满足厂房规模、进一步扩建、运行安全、功能布置、设备周围通道、安全设计等各种要求。ELH1型GIS的标准间隔宽度为0.9米，所需厂房深度一般7至9米，高度一般6至7米，为了节省时间和人力，能够装有起重吊钩最为理想。但没有起重吊钩同样能够顺利完成厂内组装GIS间隔的安装与维修。7.1桥型接线桥型接线由两条线路、两台主变压器和一个连接桥组成，是一种占地十分小的布局，适合于小型发电厂和变电站选用。其缺点是灵活性和可靠性差，如计划将来需要扩建，则建议在设计变电站时采用单母线形式。图7内桥型接线图和平面布置图ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１４7.2单母线分段的主接线在母线中间用一台断路器将母线分成两段，当一段母线故障时，切断中间的母联断路器，仍有一段母线正常运行。如有重要用户可以分别从不同的母线段引出馈线则供电的可靠性提高了一倍。这种主接线简单、经济、方便，比桥型接线可靠，便于扩建。7.3双母线分段主接线为了避免单母线接线时，在母线或母线隔离开关故障或检修时所有馈线都要停电，而发展成为双母线很容易改为双母线接线。这种接线采用一台断路器和两台隔离开关分别连接在两条母线上。这种接线的优点是：可以轮流检修母线；调度灵活；扩建方便；便于试验。图8：单母线分段主接线图和平面布置图9：双母线分段主接线图和平面布置图ELH1-126/T2500-40气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）１５7.4211断路器主接线这种接线方式在短路器退出或检修时，所有馈线均可正常运行。211断路器接线方式有高度的可靠性，可用于短暂停电都会危害电网运行的主变电站及联络变电站，并且运行调度灵活，操作检修方便。7.5多角形主接线多角形接线又称环形接线，各短路器互相连接而成闭合环路，每一个回路都经过两个短路器连接，在多角数不太多的情况下，具有较高的可靠性