水行业设计中选用的GIS气体绝缘组合电器

李大勇　王冉　周庆莲　姜福欢

[摘要]本文介绍了GIS气体觉缘组合电器在66KV/10KV变电站的设计实例。高度集成的组合电器方案和普通空气绝缘变电站相比，需要不到原来一半的面积，不必担心占地和空间问题。

[关键词]GIS，断路器，隔离器开关，接地开关，模块化系统

[中图分类号]C931.6 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0216-02

1、前言

近年来，由于城市建设的规模急剧扩展，昂贵的土地费用和复杂的审批手续，对于一个新建的变电站来说，土地面积的需求已成为关系到整个变电站的造价的主要因素。

GIS是一种HIS系统。2004年在大连市的城市改造供水项目中选用了德国西门子公司的HIS气体绝缘组合电器，该供水项目规模为80万吨/日，设计中选用HIS气体绝缘组合电器，该66KV/10KV变电站很有代表性。

2、GIS方案间隔、电器产品技术指标

8DN8-Ⅲ型HIS为用户的开断功能提供了一个富有创造性的方案，基于GIS技术，是紧凑型、费用低、模块化、可以应用于室内和户外，安全、可靠的运行。

现代化的工艺使得外形更美观大方

8DN8-Ⅲ-HIS型组合电器采用了三相共体的结构，它的紧凑设计减少了设备本身所占有的空间；该设备大部分模块清晰地布置在一个水平面上；铝合金做外壳材料，可以提高防腐蚀性能且重量很轻；通过采用最新的结构和铸造技术，优化了外壳的电场分布和机械性能。

六氟化硫气体被用做绝缘和灭弧介质，所有的模块都通过法兰连接，靠精密的加工工艺和高质量的O型密封圈来保证设备的气密性，这已在多年的使用中得到证明；绝缘盆子将间隔分隔几个独立的气室，每一个气室装备了一套独立的气体监测设备、放暴膜和过滤材料，气室中固定的过滤器可以吸收水分及SF6分解物。

防暴膜是防止气室内气体压力的突变，防暴膜上面的气体导向喷口，保证了防爆膜在打开时，气体喷向一个限定的方向而不会伤害到运行人员；户外使用的操作机构箱内安装了加热器；所有紧固件都是防腐材料制成。

模块包括断路器模块、互感器模块、终端模块（含电缆终端模块、空气终端/避雷器、变压器终端模块）延伸模块，重点介绍断路器模块及互感器模块。

2.1 断路器模块

8DN8-Ⅲ型HIS开关的核心部分是三相共箱的断路器模块，由两个部分组成：灭弧室；操作机构。

2.2 灭弧室

灭弧室是采用自能式的原理在断路器操作时进行灭弧，由于所需的能量很小，相应发生的机械功能就小，这样就使断路器传到外壳和地基上的应力也很小。

2.3 电流路径

自能式断路器的电流路径是由静触头支座，主触头，活动触头管、气压缸等组成的，弧触头是与主触头并联的。

2.4 开断工作电流

在分闸过程中，主触头首先打开，电流转移至仍是闭合的弧触头，这样，主触头就可以避免烧灼，随着开断的进行，电弧在弧触头之间发展，活动触头管向下运动，压缩气压缸中的气体，压缩的灭弧气体流经触头管进入触头间隙并灭弧。

2.5 开断故障电流

如果短路电流很大，在弧触头周围的灭弧气体被电弧的能量充分地加热，从而导致触头管中的气压上升，在这种情况下，产生灭弧气压所需的能量不必由操作机构提供。在操作过程中固定的弧触头打开，高压灭弧气体从灭弧喷嘴喷出，吹灭电弧。

2.6 操作机构

弹簧储能机构为断路器的分合提供能量，它安装在一个紧凑的防腐蚀铝合金外壳中，合闸弹簧和分闸弹簧布置在易于观察的操作区内。整个操作机构完全和SF6气室隔离开。防摩擦轴承和免维护储能机构的应用保证了可以可靠运行数十年。

2.7 操作机构的优点

即使在电站电源故障时，保持确定的分合闸位置；无论合闸弹簧的状态如何，断路器最终可完成分闸操作；可进行大量的机械开断操作；最少数量的活动部件；结构紧凑。

2.8 隔离开关和接地

隔离开关和接地开关的功能是综合在一个三位置开关单元内。活动触头可以闭合隔离断口或将高压导体与接地开关的固定触头相连。在中性位置，无论是隔离开关还是接地开关的触头都不是闭合的，由一个电动操作机构驱动壳体内的绝缘转轴，实现三相触头的联动。

2.9 快速接地开关

快速接地开关是插入式接地开关。接地开关的动触头插入接地位置的静触头，其操作机构是电动机带动的弹簧储能机构。

2.10 互感器模块

电流和电压互感器是为了测量和保护而设计的模块。根据不同用户需求，可提供常规的互感器或最先进的电流和电压传感器，例如充电型的数字互感器。

2.11 电流互感器模块

通常采用的是功率强大的感应式电流互感器，这种电流互感器可以放在本体或布置中的任何位置。

2.12 电压互感器模块

采用了功率强大的电压互感器，电压互感器可以布置在出险隔离开关的任意一侧，通过密封的绝缘板将二次连接引出壳体外。

2.13 终端模块

终端模块通过架空线、变压器和电抗器、电缆方式将GIS间隔和设备连接起来，因而，它们实现了把壳体内的SF8气体绝缘向其它绝缘介质的转换。

2.14 延伸模抉

在间隔内通过延伸模块完成各种方案的间距要求

3、控制与检测

可靠并且美观的组合电器控制系统也是非常可靠的先进的

间隔内所有控制、监视对象与集成式控制柜的电缆连接在出厂前也已完成，这样不但能最大限度地减少现场调试时间，而且能降低出现故障的范围和几率。

根据标准设计，控制及监视系统由电动机械部分整合而成同时也能提供集控制与保护于一体的SICAMHV数字化控制方案，数字化模块拥有自诊断及监控等功能。可以通过远程监控了解到变电站中开关设备更多详细的信息。从长远的角度上说，能够降低变电站的运行成本。

由于选用的变压器均在8000KVA至30000KVA，所以均要差动保护，综合保护器也为德国西门子公司产品。

3.1 变电站控制

控制和保护系统配置在各个控制柜中。

可以根据用户要求提供满足用户特定需要的高压开关设备。并提供标准化的设计方案。通常提供的组合电器控制方案是智能化的支持标准网络协议的数字化控制以及保护系统，并附以监视和自诊断功能。基于西门子控制与保护设备广阔的适用范围，能提供为用户度身定制的解决方案。

3.2 气体监视

气密性的绝缘盆子将每个间隔分割成功能独立的多个气室（如断路器，隔离开关，电压互感器等等）。每个气室都始终处在带有显示装置的密度继电器的监视状态中，在气室压力发生任何异常变化时，密度继电器将立即报警。如在使用SICAM控制的设备上加装传感器，则还能对个气室的气体压力变化趋势进行预报。

4、GIS系统的优点

4.1 投资成本低

4.2 运行更节省、安全、可靠

4.3 免维护

4.4 保护环境

4.5 适应各种环境

4.6 经济性和多用性

5、结束语

今后，供水项目中，用户尤其是老水厂改造，66KV/6KV、66KV/10KV变电站选用GIS气体绝缘组合电器方案愈来愈多，设计要优化，节省投资。另外GIS产品质量不断提高，技术不断发展，肯定要更新换代，设计人员不断关注这一趋势。与时俱进，不断认真优化设计，使GIS在水行业应用更广泛。节省更多投资。