63～110kV SF6全封闭组合电器屋内配电装置

6.1063〜110kVSF6全封闭组合电器屋内配电装置GIS结构特点、显著优点及使用对象GIS结构特点：GIS是将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、进出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按主接线要求组合在一起，而构成的成套配电装置，除汇控柜外，其余的母线、设备、器件均封闭在密闭的金属壳体内，用环氧树脂等绝缘材料浇注的绝缘子支撑，并充以sf6气体作为绝缘和断路器的灭弧介质。由此可见，全封闭组合电器由各个独立的标准元件组成，各元件间都可以通过法兰连接起来，故具有积木式的特点。由此对于不同的电气主接线，可以用各种元件组合成为不同的型式。SF6全封闭组合电器配电装置的显著特点及使用对象；其突出、不可比拟的优势在于：占地面积小、运行可靠、故障率低、检修周期长、受外界环境和气候的影响小、设计工作量小等，特别适用于受场地平面的限制的狭窄地区、深入负荷中心的生产装置区、重污秽地区、高海拔地区、高地震烈度地区。石油化工区域属于2级以上污秽环境，SF6全封闭组合电器安装在屋外，受污秽、腐蚀性气体和粉尘、沙尘、雨露、严寒等的影响较大，往往需设置防寒加热和防雨设施，且尚需设置sf6设备检修间。故采用屋内配电装置，GIS安装、运行、检修不受环境条件的影响，占用面积小，建筑物占总投资的比例很小。SF6物理、电气特性6.10.2.1物理特性：SF6在通常状态下是一种无色、无味、无嗅、无毒、不燃、可压缩的液化惰性的气体，微溶于水，分子量146.07,密度为6.139kg/m3（20。。时），是空气的5.1倍，临界温度45.6°C。它的分子结构是一个以硫原子为核心、6个氟原子处于顶端的正八方体，氟原子在各元素中电负性名列前茅，其吸附电子的能力极强，亲和力达3.4eV。6.10.2.2灭弧性能：在电弧过零的瞬间电极间的电子被呈电负性、吸附力极强的SF6分子吸附，加之SF6分子质量为电子质量的几十万倍，其移动缓慢，致使不能获得使电子再次冲击的速度，使得电弧熄灭。SF6的灭弧性能约为空气的100倍。6.10.2.3绝缘性能：SF6在均匀电场及相同的温度和压力下的绝缘强度为空气的2.5倍，在三个大气压力下可与常压下的绝缘油相匹敌，所以说它是一种具有非凡的电绝缘性的物质。sf6绝缘与空气、绝缘油在性能上的比较见下表：sf6绝缘与空气在性能上的比较表表比较项目sf6气体空气绝缘强度2.51电弧时间常数1/1001介电常数近似11电弧作用下的分解会生成有毒的分解物无有害物比重5.11冷却性比空气好基准防音性比空气好基准

热稳定性热损坏200PC以下不发生材料的劣化变质——sf6绝缘与绝缘油在性能上的比较表表比较项目sf6气体绝缘油（基准值）绝缘强度介电常数电弧作用下的分解比重着火点热导率防音性热稳定性热损坏3个大气压下为1在与固体组合的情况下<1会生成有毒的分解物1/40—1/4.5>120QPC以下不发生材料的劣化变质11在电弧作用下分解；可能爆炸1140°C11105OC以下油本身发生劣化变质SF6附属及衍生物：生产SF6的方法大多采用单质硫与单质氟直接合成的工艺流程，合成的SF气体中一般含有总量约5%的SF、SF、SF.SOF、SO、HF、CF、O、N等十几种杂质，6224421022422经净化后SF6的纯度可达99.8%以上。SF6在电气设备中经电晕、火花放电及大电流电弧的作用会产生如下：HF、CF4、SOF2、S2F2、SF4、SOF4、SO2、S2F10、S2F10O、Si（CH3）2F2的有毒的具有腐蚀性气体4222442210210322和固体分解物CuF2、AIF3粉末，它们的存在，不仅影响到电气设备的性能，而且危及设备运行检修人员的人身安全。因此，对其空气中的上述有毒有害物质的容许含量规定见下表：空气中的sf6气体及其有毒性分解产物的容许含量毒性气体及固体名称容许含量（TLY-TWA）SF61000ppmSF40.1ppmSO%2.5mg/m3SOF22.5mg/m3SO22ppmSO2F25ppmS2F100.025ppmS2F10O0.5ppmSiF42.5mg/m3HF3ppmCF42.5mg/m3CS210ppmaif32.5mg/m3CuF22.5mg/m3Si（C耳）2F21mg/m3SR气体中水分的危害：封闭的电器设备中的微量水分，可能影响电器设备的性能。微量水分6是以水蒸气状态存在的，当温度下降时，水蒸气可能结露并附着在零件（如电极、支撑件）的表面上，从而造成绝缘表面产生沿面放电而引起事故。开关电气在开断过程中，会瞬间产生温度达5000〜7000K的电弧，此时，SF6气体分子往往以硫和氟的单离子状态存在，电弧熄灭时，绝大部分又迅速复合成SF6分子，一小部分离子却形成sf4、sof2、s2f2、SF2等，它们与微量水分发生水解反应，并形成一系列的水解反应中间体，最终结果大多数都生成HF、SO2,而SO2进一步与水反应生成H2SO3。新生成的化合物都具有很强的腐蚀作用（尤其是HF），能与大多数材料反应，当水分较多或凝露时，又迅速与水化合生成氢氟酸和亚硫酸，其腐蚀性原比它们在气态时厉害得多。6.10.3.SF6检测仪器配置：运行和检修时所必备的检测仪器的配备如下：序号-仪器名称1现场用水分析仪2离子选择电极测定装置3紫外及可见光光度计4红外分光光度计5气相色谱仪6SF6检测测漏仪7气体检测管（HF、SO2等）8现场用SF6分解气测定装置9液体吸收型、固体吸附型和真空型成套米样装置6.10.4.GIS配电装置室内SF6气体技术条件（与SF6气体的重量比）：名称指标空气与（n2+q2）<0.05%四氟化碳<0.05%水分<8ppm酸度（以HF计）<0.3ppm可水解氟化物（以HF计）<1.0ppm矿物油<10ppm纯度>99.8%生物毒性试验无毒6.10.5.配电装置设计原则：根据电气主接线、避雷器装设数量和位置、发展预留间隔、确定GIS的间隔数，按进线、出线方式位置确定GIS各间隔的顺序及配电装置的平面布置。在基础设计阶段前，应与供货商就主接线、布置方案、土建结构等技术性方案等进行意向性磋商。GIS成套组合电器不同于其它通用性较强电器设备，差异较大、技术含量高、产品个性化设计、技术总成和设计协调工作繁杂、供货周期长等，需要用户、设计、供货商三者之间密切配合，逐步完善设计。在开展详细设计前后，应与供货商签订技术、商务合同。便于逐步完善详细设计、避免总成方案实施的困难或返工、误工，给工程质量带来隐患。供货商根据合同文本进行构造、机械安装设计，之后，向设计单位提供提供GIS布置方案、安装留孔埋件、建筑物要求等资料，同时就布置、技术方案进行修正。设计单位则根据供货商所提供的资料完成工程实施，GIS配电装置室尽可能独立设置；不宜设置在其它配电装置室、自动装置室、其它防止设施的上方。GIS配电装置室不应有门窗直接与其它房间相通，与主控制楼(室)等有人场所或运行维护检修人员经常出入的室内场所，在建筑物设置上应隔开，且不宜有管线直接贯通，难以实施时则应对穿墙的管线采取隔离密封措施、对管口实施严密封堵。GIS采用架空进出线方式时，外绝缘泄漏比距宜按重污秽地区的3.5cm/kV考虑。伸缩节的设置：.全封闭组合电器自身的需要，用于消除加工误差的调整，如两组母线隔离开关连接之间加伸缩节；.全封闭组合电器与变压器套管直接连接之间、断口垂直布置的断路器与隔离开关之间加伸缩节，用于消除操作、运行、地震的振动的影响；.在跨越土建结构伸缩缝处加伸缩节，防建筑物的不均匀下沉；.全封闭组合电器基础为防止不均匀下沉而将基础分成若干分缝块时，在基础分缝块处相邻元件之间加伸缩缝；.在长引线母线套筒、主母线套筒较长时加伸缩节，以抵消由于热胀冷缩而引起的温度变形；63KV与110KV电流互感器均为穿心式结构，二层绕组和铁芯一起用环氧树脂浇注，置于金属壳体并充以SF6气体，依据供货商的不同其次级绕组有3个和4个的不同，根据主接线的配置超过标准配置的次级绕组数时，应与供货商协调解决。不带抽头和中间抽头(一次出端连接无选择)的固定电流比。对于即要考虑发展预留又要满足计量精度要求时，应特别慎重对待。有的厂家可提供二次额定电流为1A的测量用二层绕组，可用在额定电流比较小而又要求0.5级计量精度的场合。63KV与110KV电压互感器为电容式结构，可有效防止铁磁谐振过电压。63KV与110KV电压等级的GIS三相公用一台电气控制柜，电气控制柜是GIS的指挥中心，也是与主控制室连接的中枢，6.10.5.10隔离开关按附装接地开关与否分为不接地、单接地、双接地三种，对于63KV与110KV采用三相机械联动。附装的接地开关按功能工作接地和快速接地两种。快速接地开关是GIS内部故障时的保护开关，在发生内部故障时，快速动作保护接地，迫使上一级保护断路器跳闸以消除故障。快速接地开关在每一相上配一台电动机一弹簧操动机构，电动机构实现慢速分闸的同时给弹簧贮能，由弹簧机构完成快速接地（合闸）。GIS间隔按不同的功能分为若干独立的封闭气隔，以防止SF6的大量泄漏致使整个GIS压力降低或某一气隔中内部故障的扩大，在每个气隔均设置监视检测SF6气体压力的密度继电器（温度补偿气压开关），通过密度继电器可以实现低压力报警、低压力闭锁或强跳、高压报警等信号。电气控制柜（也有称间隔汇控柜）功能：断路器的现场分、合闸操作、保护发信等；隔离开关、接地开关的现场分合操作、发信等；防止电动、手力误操作的电气闭锁接线等；上述操作元件的辅助开关接点、电流和电压互感器的抽头或出端、密度继电器的接点等的接线转接及端子排。隔离开关操作机构（包含接地开关）分为手力、电动、弹簧、气动方式。电动操作机构为交流380V供电，其操作控制电源为直流220V或110V；弹簧操作机构为直流220V或110V；电动操作机构也配置手力操动，手力操动与电动操动有电气连锁，用于防止误操作。电动控制回路由连锁开关闭锁，电磁锁可以是交流220V也可以是直流220V或110V。断路器的操作机构分为液压操作和压缩空气气动操作。压缩空气又分为单机供气和集中供气两种，当集中供气时，尚需配置供气设施。断路器的操作机构通常都配备有防跳装置、非同期闭锁保护装置、操作机构和SF6压力降低闭锁装置、防止慢合慢分装置。隔离开关若不采用手力操动机构而采用其它方式时，操作电源应与断路器的操作机构取一致。6.10.6.GIS主要尺寸的确定：GIS配电装置布置特点：断路器和母线套筒的结构型式对布置影响较大。屋外式配电装置断路器一般布置在下部，母线装置布置在上部，母线装置采用支架托起。屋内式若选用水平布置的断路器、母线套筒布置在下部，断路器布置在上部；若断路器选用垂直断口时，母线套筒布置在下部，则断路器落地布置在侧面。SF6全封闭组合电器的架空进出线套管带电体的最小安全净距（A、B、C、D值）应按敞开式的规定，配电装置的布置尺寸主要是根据制造、安装、检修、试验、运行维护等共同要求确定，通常按以下几个方面校验：6.10.6.3同一间隔内，相间不设维护通道，仅考虑50〜250mm相间各元件拆装法兰螺栓的距离；6.10.6.4不同间隔的相间外壳之间设置500〜600mm维护通道。若有操作机构时尚应满足组装、维护检修、操作的距离；6.10.6.5同一间隔内同一相各元件的布置间距、拆装距离按供货商设置；操作机构、端子箱与间隔内的各元件的净距按供货商要求布置；63〜110KV配电装置主要维护通道距离：搬运气体回收小车、试验设备要求的宽度900m；搬运母线套筒要求的宽度1400mm；当采用电缆进出线时，现场耐压试验需装设临时的SF6套管，带电体距墙的距离不应小于规范要求的A1值（63KV为600mm、110KV为900mm）；屋内布置的配电装置，考虑到发展或有分期安装要求的，应在一端设置安装间，安装间的长度通常取2〜3个间隔的宽度。63KV与110KV的GIS间隔布置尺寸：由于供货商不同所提供的间隔结构尺寸相差较大，比如：有的63KV与110KV尺寸相同；有的分为一般结构和紧凑型结构；有的单母线与双母线相同；单母线单侧进出线或双侧进出线；单母线架空进线和电缆出线；单母线电缆进出线；双母线架空进线电缆出线；双母线两侧电缆进出线；进出线另加其它设备（避雷器、线路电压互感器）；进线只配隔离开关、电压互感器、避雷器等。下面仅给出标准的间隔尺寸。110KV电压等级GIS间隔布置尺寸（高HX长L）mm表6.9.7(W=2200)ZF-110(W=3000)(W=1400)ZF4-110(W=2200)ZF5-110(W=2260)HB7-110(W=2600)单母线电缆进出线3665X55004200X61003300X4500—3790X4000单母线套管进出线—3300X53003400X42005750X3200双母线电缆进出线3200X7500—4200X61003100X73003410X55053790X6100双母线套管进线3200X5500——3500X57004038X43555750X4000双母线套管出线3200X7500——3100X55003400X4355—6.10.6.9110KV电压等级GIS建筑物宽度尺寸mm表进出线方式宽度单母线套管进线、电缆出线10000单母线套管进、出线11000单母线电缆进出线9000双母线电缆进出线11000双母线套管进线及部分电缆出线120006.10.7.通风设施GIS配电装置室内应具有良好的通风设施，通风设施应采用切换电源供电，当通风设施故障、电源消失时应报警或发出预告信号，提醒值班人员注意。通风设施按地面上部空间和地面下电缆沟、夹层等SF6沉积场所，上部空间为通常意义下的配电装置发热通风、规范要求的事故通风（排烟）和保障人身安全的安全通风。GIS地面下的通风设施则保证能把底部沉积的SF6气体排出，其通风设施的吸气口应尽量靠近底部。保证运行巡视、维护检修人员在进入该工作区域时，空气中氧含量不低于18%、SF6气体含量不得超过1000ppm。通风次数（次/h）计算：包括事故情况下的通风排气次数n1、n2；正常运行维护通风换气次数n3；配电装置发热通风所需要的换气次数气。设计安装四者计算所得的最大值作为通风设施的设置依据。通常在要求事故后1小时允许工作人员进入，正常工作和事故排风的换气次数应不小于4次；0.5小时下应不小于8次。1）.发生SF6泄漏事故后，配电装置室内含氧量按不应低于18%要求的换气次数n1：K0%=21%（V0-V1）/V0第一次换气后室内的含氧量：K1%=（21%+K0%）/2

第二次换气后室内的含氧量:K2%=(21%+K1%)/2第i次换气后室内的含氧量：K%=(21%+K%)/2ii-1当计算得出的结果，满足Kn%>18%时，此时的i即为所需的换气次数n1。2).发生SF6泄漏事故后，配电装置室内SF6气体含量不大于1000ppm时的换气次数n2：3).正常运行维护通风换气次数％3n3>V2X106_BAM2V2单位时间SF6气体泄漏量v2(m3/h)V=g*28760xr021%：为空气中的氧气含量18%:规定安全的空气中的含氧量g：事故时所排出的SF6气体重量(kg)r0：20OC下SF6气体的密度(6.139kg/m3)V0：配电装置室内的体积(m3)V1：事故时泄漏的SF6气体体积(m3)V2:一年内，单位时间SF6气体泄漏量V2(m3/h)g芸配电装置SF6气体总重量(kg)f：SF6气体年总的泄漏率(%)A：通风的出风口装于组合电器上部时取1、位于下部时取2B：通风的出风口装于组合电器上部时取1、位于下部时取0T1：发生泄漏事故后，允许进入配电装置室内的时间(h)，通常取0.25〜1M2：f值下要求的检漏仪的灵敏度，近似取100ppm4).配电装置发热通风所需要的换气次数n4详见采通专业计算。n3>V2X106_BAM2V2全封闭组合电器的接地方式：全封闭组合电器的导电部件由于封闭在金属外壳内，外壳上不仅产生涡流，而且还产生感应电压，在外壳与大地之间产生电位差，即使在不同部位的外壳之间也存在着电位差，由外壳不同部位引至汇控柜的金属管线、电缆屏蔽铠装层相接触时，其间便会有环流出现。故，全封闭组合电器的外壳必须接地。目前接地方式大致有两种：一是金属外壳全链多点接地，存在的环流使外壳电位（对地）为零，环流所带来的损耗会使外壳发热从而影响导体的载流能力；二是金属外壳分段绝缘，每一绝缘段上设置一点接地，优点为（每段外壳之间）无环流，缺点为外壳上存在感应电压，且感应电压随着载流导体电流的增加而增加。全封闭组合电器外壳的环流不应扩展到其它电器设备的外壳上，SF6套管应与变压器接线套管、变压器本体绝缘；与汇控柜关联的金属油管线、气管线、电缆屏蔽铠装层、电气线路保护管等均采用一点接地，接地点应设置在汇控柜处；维护、检修金属平台、梯子应接地外，还应敷设占用接地线，以确保安全。全封闭组合电器的安全保护措施：当全封闭组合电器出现内部故障时，电弧的出现将使SF6气体压力骤升，若不采取有效措施，会导致外壳爆炸、电弧烧穿外壳造成sf6气体泄漏。通常采用的保护方法有两种：压力释放装置和内部故障电弧熄灭装置。压力释放装置：有两种方式：一是在外壳上装设由铸铁或石墨材料制成的防爆膜，当压力超过时，防爆膜爆裂，将sf6气体直接排入大气中；另一种是利用气室间的盆型绝缘子上设置一个压力薄弱口，将SF气体排入另一气室，它虽对大气不造成污染，但有可能将故障扩大到另一正常气室。6内部故障电弧熄灭装置：有两种方式，一种是利用快速接地开关将出现电弧的故障相人为地接地，造成人工接地短路，从而迫使电弧熄灭，为使快速接地开关快速动作，在内部装设一套利用差动和选相保护装置；另一种方式是在壳体内部设光电管或光导纤维来反映内部故障，使快速接地开关接地。两种保护方式各有优缺点，前者动作时间较后者长，有可能在快速接地开关动作前外壳已被电弧烧穿，故在外壳防护上即要限制壳内压力上升，又要不致外壳烧穿，即使烧穿也应将事故限制在最小的范围内；后者动作速度快，但要求在每个气室内均装设检测压机，在外壳上开孔引线影响外壳的气密性，保护装置复杂，目前较少采用。对于63KV小电流接地系统的单相单筒式全封闭组合电器，因电弧电流太小，不可能使SFR6气体压力增大很多，采用防爆膜的意义不大，但为了熄灭电弧应设置快速接地开关。对用于63KV三相共筒式，电弧电流应按三相接地短路来选择保护装置，同时还要考虑单相接地的保护。快速接地开关时间的整定：1）.对大电流接地系统的单相单筒式、小电流接地系统的三相共筒式全封闭组合电器动作时间t（s）为：t=t1+At1t1:主保护动作时间，通常取0.12sAt1：时间间隔，一般取0.5s2）.对小电流接地系统的单相单筒式式全封闭组合电器动作时间t（s）为：t=t2+At2t2：保护给出接地信号时间，s△t2：时间间隔，s,根据运行需要定。6.10.10.过电压防护：组合电器的波阻抗较小，一般在60〜120Q之间（架空线路300〜400Q）。架空线路的波阻抗为Z1,组合电器的波阻抗为Z2,入侵波的电压为