550 kV GIS设备抗低温措施研究

王军飞，姜晨曦，张　黎，郝洪震，龙　淼

（山东电力工程咨询院有限公司，济南　250100）

550 kV GIS设备抗低温措施研究

王军飞，姜晨曦，张黎，郝洪震，龙淼

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250100）

GIS设备以其占地面积小、可靠性高等优点，在工程中得到越来越广泛的应用。结合±800 kV锡盟换流站中550 kV GIS设备选型，针对换流站站址区域的极限低温（-42.4℃），对国内4家GIS厂家的设备参数进行调研。在此基础上，提出了550 kV GIS设备的抗低温措施，并归纳总结GIS最重要的电气元件断路器的伴热带功率计算方法，保证低温条件下GIS的安全可靠运行。

550 kV GIS；SF6气体液化；SF6气体压力；伴热带

0　引言

封闭式组合电器（GIS）以其占地面积小、运行可靠性高、维护工作量小等优势，在国内交流变电站、特高压换流站中得到广泛应用。由于GIS采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，受环境温度的影响很大，当气室内气体温度降低到液化临界点附近，气室内部分SF6气体开始产生液化，造成设备绝缘性能下降，当SF6气体压力下降至最低功能值时，导致设备无法正常运行。本文以±800 kV锡盟换流站550 kV GIS设备为例，研究在极端低温地区该设备的抗低温措施。

1　设备运行环境温度选择

根据DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》6.0.2条规定，屋外电器最低环境温度宜按一年中所测得的最低温度的多年平均值选取。±800 kV锡盟换流站极端最低气温为-42.4℃（1953-01-15），近50年极端最低气温为-39℃。鉴于特高压换流站在系统位置的重要性，为提高站内设备运行的可靠性，保证当地汇集电源的可靠外送，避免发生因设备绝缘气体压力下降导致的闭锁现象，选择最低温度为-42.4℃。

2　SF6气体液化温度调研

目前国内主要有4家制造厂生产550 kV GIS设备，分别是西安西电开关电气有限公司（西开）、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司（沈高）、山东泰开高压开关有限公司（泰开）及平高东芝高压开关有限公司（平高东芝）。不同厂家550 kV GIS设备气室压力及对应的液化温度如表1所示。

由表1可知，为保证断路器的绝缘性能和开断能力，断路器气室SF6气体压力不宜过低；其他气室设备仅需保证其绝缘性能，气室压力可以设计得较低。西开、沈高和泰开厂家的GIS设备在-42.4℃温度下，除断路器气室外的其余气室设备均可正常运行；平高东芝厂家的GIS设备气室最低功能压力下对应的液化温度均高于-42.4℃，需补做相关的试验验证。

表1　550 kV GIS气室压力与液化温度对应表

3　GIS断路器抗低温措施

降低气室压力在一定程度上解决了SF6气体液化的问题。但对于断路器气室，若气室内SF6气体压力降低，则断路器开断能力下降，绝缘水平也随之下降。因此在高寒地区，过度降低断路器气室额定压力不是有效的措施。

目前，在电力行业内普遍采用气室内充混合气体和外壳上加装“伴热带”两种方式来解决工程中断路器气室SF6气体液化问题。采用混合气体作为断路器的灭弧和绝缘介质存在两方面问题：第一，为维持产品结构不变，设备的开断能力需降低；第二，若要维持断路器的开断能力不变，则需提高混合气体的额定压力，但在添加何种气体、其比例如何、灭弧室需要在原产品结构基础上做大幅度调整，技术难度较大，实用性不强。因此，实际工程中应用最多的是“伴热带”的加热方式。

3.1伴热带装置

“伴热带”加热方式是指在GIS断路器外壳安装一个加热装置，该装置由温控器、电热器等元件组成。当环境温度低于一定温度 （通常设定为-25℃）时，加热装置自动投入使用，对断路器内SF6气体进行加热，热量由断路器外壳传导至SF6气体中，保证断路器内SF6气体温度高于液化温度，从而保证产品性能。伴热带的结构及装配分解分别如图1、图2所示。

图1　伴热带结构图　图2　伴热带典型装配分解图

3.2伴热带功率计算

伴热带的功率大小直接决定断路器能否在低温条件下可靠运行，与断路器主回路电阻、额定电流、环境温度、伴热带的覆盖面积等有关。

面积比系数为伴热带对断路器壳体的覆盖面积S0与断路器等效散热面积S1之比，即

以锡盟换流站为例，当环境温度达到-42.4℃时，低于断路器气室的最低功能压力，断路器已无法正常运行。将最低功能压力对应的液化温度T0与环境温度的差值定义为补充温升。为满足可靠性要求，工程中将往往在环境温度（通常设定为-25℃）尚未达到最低功能压力所应对的液化温度时，伴热带已投入使用。故补充温升为

伴热带的热量要经过薄空气层传到断路器壳体再进入断路器内使SF6及内部零部件升温，而且还有很少热量经电热板外部的保温层散在大气中，因此仅有一部分热量传入断路器内部，其传热系数近似0.7～0.9，伴热带功率为

式中：R为断路器主回路电阻，μΩ；In为断路器额定电流，A；ΔT1为补充温升，℃；ΔT2为断路器温升试验时SF6气体的温升，℃；Ks为面积比系数；Kr为传热系数。

3.3其他抗低温措施

除断路器外，GIS汇控柜、操作机构等部位均需采取一定的保温措施，以保障设备正常运行。对于低温地区使用的液压机构，可通过对该机构增加加热装置的方法来实现抗低温能力，保证机构能在低温条件下可靠工作；为了保证控制柜

内电器元件在低温下可靠运行，除增加加热装置外，可采用带有隔热层的双层保温控制柜和机构箱，该结构可以有效地降低控制柜内热量的散失，在外界环境处于低温时，由于加热器加热和双层保温控制柜的良好保温作用，保证柜内温度不低于0℃，柜内所有电器元件能够可靠运行；为了保证低温密封环节的可靠性，可采用低温密封圈来保证壳体间的良好密封，确保在低温地区设备的年漏气率满足国标要求，并且采用适用于低温的润滑脂保证机构传动部分轴密封的可靠性；为了保证SF6密度继电器监控可靠性，采用低温密度继电器，该继电器的温度补偿连接金属片将按照低温进行修正，可以保证密度继电器在低温条件下正常工作。

4　结语

不同GIS厂家的产品各气室内SF6气体额定压力和最低功能压力值虽然不尽相同，但一般均采用在断路器气室壳体外装伴热带，其他气室适当降低SF6气体额定压力的方式，使550 kV GIS设备适应超低温运行工况，避免了采用混合气体引起产品结构变化、气体比例很难控制等问题。换流站规模大，伴热带功率的大小直接影响站用变压器的容量，对伴热带功率的计算方法进行了分析，由于各厂家的断路器结构并非完全一致，制造厂尚需结合工程实际，用试验的方法验证伴热带功率是否满足工程需要。此外，随着GIS厂家技术的不断改进，GIS产品参数可能会有所变化，及时了解550 kV GIS最新的性能参数，对优化设计方案具有重要意义。

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Low Temperature Resistant Measures for 550 kV GIS Equipment

WANG Junfei，JIANG Chenxi，ZHANG Li，HAO Hongzhen，LONG Miao
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250100，China）

The GIS equipment with advantages of small occupation area，high reliability，has been widely used in projects. Aiming at the ultimate low temperature（-42.4℃）on the location，equipment parameters of four domestic GIS manufacturers are investigated according to 550 kV GIS equipment selection in±800 kV Ximeng converter station.On this basis，low temperature resistant measures of 500 kV GIS equipment are proposed.In order to ensure the safe and reliable operation of GIS under the condition of low temperature，the power calculation method is summarized about heating-belt of the circuit breaker，which is the most important electrical component of GIS.

550 kV GIS；SF6gas liquefaction；SF6gas pressure；heating-belt

TM595

B

1007-9904（2016）08-0054-02

2016-03-02

王军飞（1981），男，工程师，从事变电站设计工作。