GIS系统在220KV配电装置中的应用

GIS系统在220KV配电装置中的应用摘要：GIS系统以其占地面积小、运行安全可靠、安装方便、且维护工作量少等特点在变电站配电装置中得到了广泛的应用。本文叙述了GIS系统在220KV变电站配电装置中的应用，说明了GIS系统的系统配置、结构特点及其使用情况。关键词：GIS变电站配电装置技术应用1.引言工厂总降变电所是全厂的电力供应枢纽，而一次侧配电装置是其中一个重要环节，它在电力系统中起着接受电能和分配电能的作用，因此它在整个电力系统中，具有特殊重要的地位与作用。而在电解铝厂供电系统中，一级负荷约占90％以上，因此对其供电的安全可靠性有着较高的要求。目前，我国大多数电解铝厂仍采用传统的AIS(AirInsulatedSwitchger)空气绝缘配电装置，占地面积大，可靠性不高，工作维护量大，容易造成停电事故。兰州连城铝厂在扩建改造工程中，总降变电所采用了目前在国际具有领先水平的GIS(GasInsulatedSwitchger)气体绝缘配电装置，整个工程于2003年6月竣工送电。运行证明，整个配电系统运行安全可靠，装备水平及技术经济指标均有显著改善和提高。2.GIS系统的概念与传统的AIS不同，GIS系统把开关间隔的所有功能统一归并到一个密封舱中，该密封舱配备有两个或三个绝缘套管，绝缘套管的数量取决于变电站的接线图，对于改建、扩展、升级或新建变电站等各种应用而言，GIS是最适合的。GIS是由金属壳密封，把气体绝缘的断路器、隔离开关、电流及电压互感器与套管全部组合在一个共用的气室内。气室内部充有一定压力并有优异灭弧和绝缘能力的SF6气体。SF6是一种无色、无味、无毒、不会燃烧的气体，其化学性质非常稳定，优点如下：(1)灭弧能力强，介电强度高，绝缘性能好，常压下其绝缘能力为空气的2.5倍以上，其灭弧能力相当于相同条件下空气的100倍。(2)介质恢复速度特别快，冷却特性好，开断近区故障的性能特别好，使用寿命长。(3)SF6气体电弧分解场中不含有碳等影响绝缘能力的物质，触头在开断电弧中烧损极其轻微。高压开关装置的数量被限制到了最低限，节省了不必要的配置。每一个元件在工厂已彻底组装，并经过了例行检测。除了绝缘套管，整个GIS均预装交货。绝缘套管由复合材料制成。一根环氧树脂浸渍的（浸泡的）玻璃纤维管确保了套管的机械性能。同时由一只浇铸的硅橡胶外套提供所需的电气性能，如爬距和对抗各种环境因素的防护等。因为GIS的全部元件都密封在一个金属壳中,为防止内部故障的发生,随时掌握设备的运行工况,发现设备的故障隐患,有效的检测手段是必不可少的。近年来,随着传感器技术的飞速发展,新型传感器的不断推出,GIS使用了更多的传感器作为其内部状态监视,而用微型计算机技术来处理获得的信息。在线检测技术和自我诊断技术的引入将打破传统的高压电器大小修计划模式,可以根据诊断结果安排更合理、更科学的检修计划,可将事故消灭在萌芽状态,从而缩短GIS的检修时间,提高设备的利用率和可靠性。3.GIS系统的应用GIS配电系统的额定电压为252KV，额定频率为50Hz，额定电流为2000A，额定短路开断电流为50KA，额定短时耐受电流为50KA，额定短路持续时间为3S，额定峰值耐受电流为125KA。GIS配电系统的各部分组成如下：1.断路器（CB）断路器灭弧室为单压式变开距双喷结构，它是由静触头、动触头、压气缸、活塞以及其它部件组成。断路器配气动机构，操作依靠储气罐中1.5Mpa的压缩空气进行。分闸的同时给合闸弹簧储能，为合闸操作做准备。合闸操作时合闸弹簧被释放，使断路器合闸。断路器的开断能力为50KA。开断容性电流时不会重燃，开断感性电流时无过高过电压。触头全部为自力型，触头间的接触压力来自材料自身的弹性，保证了产品运行的可靠性。灭弧室内正常载流主触头与弧触头分离，保证了断路器的电寿命和可靠性。压气缸成为导电回路，使灭弧室可承载4000A额定电流。单断口结构，结构简单，布置紧凑，安全性和可靠性进一步提高，可连续开断满容量电流50KA，20次而无需检修。2.隔离开关（DS）隔离开关的所有带电部件均安装在金属壳体中，并与一台接地开关进行组合，使GIS布置时更加紧凑、随意、多变。隔离开关操作机构为电动弹簧结构，因而减少了压缩空气供给系统空气管路，向无油化、无气化迈出了一大步，运行更可靠，更安全。3.检修用接地开关（ES）检修用接地开关安装在壳体中的动触头，通过密封轴、拐臂和连接机构相连，壳体采用转动密封方式和外界环境隔绝，当该接地开关合闸时其接地通路是静触头、动触头、壳体和接地端子。接地开关壳体与GIS之间具有绝缘隔板，拆开接地线后，可用于主回路电阻的测量，断路器机械特性的检测。4.故障关合接地开关（FES）故障关合接地开关具有关合短路电流的能力，具有开合感应电流的能力。接地开关壳体与GIS壳体之间具有绝缘隔板，拆开接地线后，可用于主回路电阻的测量及断路器机械特性的检测。5.母线主母线采用三相共箱式结构，分支母线采用分箱式结构。母线导体连接采用表带触指，梅花触头。壳体材料采用铝筒及铸铝壳体低能耗材料，可避免磁滞和涡流循环引起的发热，并采用主母线落地布置结构，降低了开关设备的高度，缩小了开关设备的占地面积。6.电流互感器（CT）电流互感器为电感式单相环氧浇注型。导体即为初级线圈，次级线圈固定在环型铁芯上。电流互感器线圈处于地电位，属于无辜障CT；环氧浇注型对保证气室含水量不超标有着重要作用；测量精度高，可达到0.2级。7.电压互感器（VT）电压互感器为JDQX8220ZHA型。它是在引进德国MESSWANDLER-BAUAG互感器公司SU252型电压互感器技术和部分主要设备基础上，设计和制造的产品。电压互感器的一次绕组端为全绝缘结构，另一端作为接地端与外壳相连。一次绕组和二次绕组为同轴圆柱结构，一次绕组装有高压电极和中压电极，绕组两侧设有屏蔽板，使场强分布均匀。8.避雷器（AR）避雷器为罐式氧化锌型封闭式结构，采用SF6气体绝缘，垂直安装。避雷器主要由罐体、盆式绝缘子、安装底座及芯体等部分组成，芯体是由氧化锌电阻片作为主要元件，它具有良好的伏安特性和较大的通流容量。9.终端元件1）SF6充气瓷套管内充SF6气体，装有旋压超长屏蔽罩改善了电场分布，瓷套外绝缘具有耐受Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级污秽等级的能力。2）电缆终端电缆终端是把高压电缆连接到GIS中的部件。其设计及制造按IEC600859执行。3）变压器连接头变压器连接头是把变压器引出街头连接到GIS中的部件。其设计和制造按IEC601639执行。本次应用GIS设计变电站，其组合的隔离开关，CT和PT感应器可以缩小间隔的宽度。整个GIS变电站的双母线平面图长71.5米,宽13米,面积929.5平方米，仅为传统设计的42%。GIS的控制系统直接反映元件的工作状态，电力系统的运行状态和变电站的运行方式。将可编程控制器（PLC）运用于GIS控制系统上，利用PLC对GIS的电气联锁控制进行编程，极大的简化了GIS的内部接线，并提高了其可靠性。PLC采集到的GIS的各种信号，通过GIS网络口传至上位机，可大大缩减传统上对开关辅助接点数量的要求，简化了配线，缩短了安装周期，即远端采集信号只需一根通讯电缆就能完成。利用PLC编程，可将操作票程序编入本地GISPLC中，本地GIS可自动完成一系列开关动作，大大提高了GIS的自动化程度，并减少了上位机的负担。所有信号可通过PLCA/D转换成数字信号，显示或传输给上位机。与控制级保护系统进行连接的是一根带插头的电缆，其内装有光纤电缆供模拟讯号和二进制讯号相互交换之用，此外还有向操作机构提供所需的辅助电源。另外，GIS和控制保护系统间的信号交换受到持续监控。与布线连接中常规AIS设备与其控制及保护系统的信号交换相反，采用待插头式的电缆可以大大缩短安装及投产所需的时间。设备紧凑的外型及智能化控制系统使得其监控功能可在较大的范围执行，如：进行自测、气体密度的趋势分析、断路器状态(泵的运转时间、操作、动力、触点位移曲线，剩余寿命……等)。4.结论综上所述，GIS配电装置与传统的AIS相比有着明显的优势。GIS的主要优点在于：1）占地面积小，一般220kVGIS设备的占地面积为常规设备的37%；110kVGIS设备占地面积为常规设备的46％左右，符合我国节约用地的基本国策，减少了征地、拆迁、赔偿等昂贵的前期费用。2）由于GIS设备的元件是全封闭式的，因此不受污染、盐雾、潮湿等环境的影响。GIS设备的导电部分外壳屏蔽，接地良好，导电体产生的辐射、电场干扰、断路器开断的噪音均被外壳屏蔽了，而且GIS设备被牢固地安装在基础预埋件上，产品重心低，强度高，具有优良的耐震性能，尤其适合在电解铝厂这种恶劣的条件下工作。3）SF6气体作为绝缘介质，气体本身不燃烧，防火性能好，而且具有优异的绝缘性能