GIS装置的基本知识

主要内容一、GIS的优越性二、GIS的主接线方案及布置方式三、气室的布置原则四、伸缩节的配置原则五、GIS的外壳保护六、GIS的外壳接地一、GIS的优越性1、占地面积小2、不受环境影响3、运行安全可靠，少维护检修周期长4、施工工期短5、没有无线电干扰和噪声干扰二.GIS的一次主接线及总体布置GIS可满主各种主接线的要求，主要一次主接线类型:单母线接线形式双母线接线形式桥形接线形式一倍半接线形式126/145kVGIS主要布置形式有单母、双母分段、桥形、双桥、双母、变压器直联等多种接线方式，以桥形接线为多。252kVGIS主要布置形式有单母、双母分段、双母、等接线方式，以双母接线为多。363/550kVGIS主要布置形式有、双母、一倍半等接线方式。GIS的常用主接线方案1、单母线分段使用时，各电压出线数目供选择：1）6-10KV馈线在6回以上；2）35KV馈线在4-6回；3）110KV馈线在4回；2、双母线分段单母分段双母分段用断路器分段用隔离开关分段不推荐双母不分段适用范围双母线分段使用时，各电压出线数目供选择：1）6-10KV馈线在10回以上；2）10-35KV馈线在8-10回；3）35-110KV馈线在5-8回；4）110-220KV馈线在5回；3/2断路器（一台半）接线主要用于大容量、高电压的电网系统。运行调度灵活检修、操作方便有高度的可靠性◆◆◆总体布置形式主要取决于安装现场条件和主接线的要求，同时也与进出线配置及元件结构等有关。总体布置设计的任务是根据主接线要求在限定的安装场地和空间范围内使所有组成元件布置的合理、稳固、便于运行维护、经济美观。GIS总体布置GIS总体布置126kV标准桥型布置形式126kV单母布置形式126kV双母线布置形式252kV双母线布置形式550kV一倍半接线布置形式363kV双母线布置形式GIS总体布置ZF-252GIS用断路器可根据配置需要选用立式布置或卧式布置（以立式布置居多）。所有操作机构布置在便于观察和维护的位置。三、布置方式ZF9-252GISCB卧式布置ZF9-252GISCB立式布置三、气室的布置（1）GIS设备应根据各个元件不同的作用，分成若干个气室，其原则如下。(1)因SF6气体的压力不同，要分成若干个气室，断路器在开断电流时，要求电弧迅速熄灭，因此要求SF6气体的压力要高，而如隔离开关切断的仅是电容电流，所以母线管里的压力要低点。例如断路器室的SF6气体压力为700kPa，而母线管里的SF6气体压力只要400kPa。故此不同的设备所需的SF6气体压力不同，要分成若干个气室。三、气室的布置（2）（2）因绝缘介质不同要分成若干个气室。如GIS设备必须与架空线、电缆、主变压器相连接，而不同的元件所用的绝缘介质不同，例如电缆终端的电缆头要用电缆油，与GIS母线连接的要用SF6气体，故此要把电缆油和SF6气体分隔开来，所以要分成多个气室。变压器套管也是如此。三、气室的布置（3）（3）GIS设备检修时，要分成若干个气室。由于所有的元件都要与母线连接起来，母线管里充以SF6气体。但当某一元件发生故障时，要将该元件的SF6气体抽出来才能进行检修。若母线管里不分成若干个气室，一旦某一元件故障，连接在母线管里的所有元件都要停电，扩大了故障范围。因此必须将母线管中不同性能的元件分成若干个气室，当某一元件故障时，只停下故障元件，并将其气室的SF6气体抽出来。非故障元件仍能正常运行。四、伸缩节的配置原则（1）伸缩节的配置意义1）GIS设备是由断路器、隔离开关、互感器和母线互相连接起来的。这些元件的材料不同，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，由于温度应力的原因，势必损坏元件。2）伸缩节头补偿GIS设备加工而造成的误差。为此在GIS设备的母线管要配置伸缩节头。四、伸缩节的配置原则（2）伸缩节的配置原则土建结构有伸缩缝的地方；会产生震动的地方。如GIS设备与主变压器相连接的地方；母线过长的地方。五、GIS的外壳保护意义：GIS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SF6气体的压力升高，可造成外壳爆炸。当内部发生故障而不能及时切断放障点，电弧能将外壳烧穿。方法：①加防爆装置。②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并关。使开关直接接地，通过保护装置切断电源。外壳保护方法的选择GIS设备外壳的保护有两种方法，一种用防爆装置，另一种用快速接地隔离开关。两种保护方法的效果如何？GIS内部故障时气室的压力计算式中的电弧电压为电弧长度与电弧电压梯度之积，一般220kVGIS设备其电弧电压为400一600V，有的可高达1300V。燃烧时间以半个周波计算，即0.05s。SF6气体的定容比热为630（J／kg·K）。电弧烧穿外壳的时间GIS设备外壳被电弧烧穿的时间与外壳的材料、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。其结果为：烧穿时间与故障电流成反比，而与外壳的厚度成正比.式中t——外壳烧穿时间（ms）；I——故障电流（KA）；δ——外壳的厚度（cm）；K，m，n——系数。当外壳材料用合金铝时：K＝87．4，m＝l.21n＝0．67。当外壳材料用钢材时：K二1，m＝4．3，n=0．64方法选择例：电缆气室的容积为0.2m3，隔离开关气室的容积为0.3m3，两气室的绝对压力为400kPa，气室的直径均为50cm，外壳厚度为6mm。另一个气室为断路器室，容积为1.8m3，直径为490cm，外壳厚度为8mm。气室的压力为700kPa。当GIS设备发生故障时，前者气室的故障电流为2lkA，保护动作时间为0.625。计算各个气室的压力值和压力升高的倍数？用公式计算出来各个气室的压力上升值和压力倍数如下表所示。从表2－11分析得到几点结论。（1）电弧电压对气室压力升高有很大的影响。例如：在电缆头气室，电弧电压在1300V和电弧电压在400V的压力相比较增加了2．77倍；对于隔离开关气室如上所述压力增加了2．22倍，对于断路器气室相比，压力才升高l．24倍。从这里可以看到，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很大。因此小气室对防爆膜敏感，可靠性高。由于快速接地隔离开关是由故障电流作为启动电流的，只要故障电流达到动作值，快速接地隔离开关必然动作，对于大气室用快速接地隔离开关的可靠性高。表2－11可以分析得到几点结论。（2）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。例如电缆终端气室，电弧电压在600V以下的压力值达不到防爆膜的破坏值；隔离开关气室的电弧电压达到1000V时，还未达到防爆膜的破坏值，断路器气室的电弧电压达到1300V时，仍然达不到防爆膜的破坏值。也就是说，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。六、GIS的外壳接地(1)GIS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，使外壳产生涡流而发热，使GIS设备容量减少。当运行人员接触时会触电危及人身安全。GIS设备的支架、管道，电缆外皮与外壳连接之后，也有感应电压，也有环流产生。由于外壳与上述零件接触不良的地方，还会产生火花，使管道、电缆外皮产生电腐蚀。六、GIS的外壳接地(2)目的：为了使GIS设备不降低输送容量，又不危及人身安全，因此要使GIS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。六、GIS的外壳接地(3)目前用两种方法解决第一种方法：在GIS设备外壳用全链多点接地的方法，它的优点是GIS外壳的感应电压为零，但会引起环流，金属外壳仍然发热，输送容量还要下降。第二种方法：将GIS外壳分段绝缘，每一段只有一个接地点，这样外壳不产生环流，但有感应电压。两者比较我们不希望有环流，外壳的感应电压在安全范围之内。所以选用了第二种方法。六、GIS的外壳接地(4)GIS外壳与管路、电缆外皮的接地GIS设备的母线布置方式有两种。一种是三相母线安装在一个母线管里面，这种母线布置方式叫三相共筒式的布置。另一种则是一个母线管里安装一根母线，这种母线布置方式叫离相式母线。它们在对外壳、管道、金属构支架、扶梯、电缆外皮接地的情况不一样。三相共筒式母线的GIS外壳接地三相母线共同安装在一个母线管里，正常运行情况下，三相电流在外壳的感应电压为零，外壳也没有涡流，所以不会危及运行人员的安全，外壳也不会发热。但在故障时，三相电压失去平衡，在外壳将感应电压，产生环流，虽然时间不长，但也会危及运行人员的安全。所以GIS外壳及其金属结构都要多点接地。离相式母线的GIS外壳接地由于离相式母线的GIS设备，三相母线分别装于不同的母线管里，在正常运行时，外壳有感应电流，其值为主回路电流的70％～90％之间，根据外壳的材料而定。铝合金外壳的感应电流是钢外壳的3.4倍。这么大的感应电流会引起外壳及其金属结构发热，并使GIS设备的额定容量减少，使二次回路受到干扰。为此用下面的措施进行解决。离相式母线的GIS外壳接地(1)安装接地线，其截面按GIS设备的热稳定要求进行计算。接地线必须直接接到主地网，不允许元件的接地线串联之后接地。当GIS的间隔较多时，可设置两条接地母线，接地母线与主电网连接点不少于两处。(2)由于离相母线管的三相感应电流相位相差120‘电度，因此在接地前，用一块短金属板，将三相母线管的接地线连在一起然后接地。此时，通过接地线的接地电流只是三相不平衡电流，其值较小。离相式母线的GIS外壳接地(3)为了防止GIS设备外壳的感应电流通过设备支架、运行平台、楼梯、扶手和金属管道，其外壳均应多点接地。在外壳与金属结构之间应绝缘，以防产生环流。(4)为了防止感应电流通过控制电缆和电力电缆的外皮，只允许电缆外皮一点接地，以不致使电缆外皮产生环流，而影响电缆的传输容量。GIS室内的所有金属管道也只允许—点接地。离相式母线的GIS外壳接地(5)GIS设备与主变压器连接时，GIS设备的外壳与SF6/油套管之间应绝缘。(6)三相联动的隔离开关、接地隔离开关的连杆之间应绝缘。