sf6气体绝缘全封闭组合电器gis61.ppt
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1、SF6气体绝缘 封闭组合电器(GIS),电气组 2012.6,主要内容,第四部分:500KV GIS的生产概况,第一部分:SF6气体特性,第二部分:GIS原理及构造,第三部分:GIS试验、运行及维护,第一部分:SF6气体特性,2019/7/7,什么气体适合用于电力设备作为绝缘材料? 基本要求 (1)没有毒性;(2)液化温度低;(3)化学稳定性好 绝缘能力 (1)击穿场强大;(2)分解生成物不导电 灭弧能力 (1)电弧安定性好;(2)导热性好 环境要求 (1)不能破坏大气臭氧层;(2)地球温暖化系数小 经济性 (1)便宜;(2)能稳定供应,一、SF6气体,2019/7/7,SF6气体的一般性质
2、SF6由卤族元素中最活泼的元素氟(F)原子与硫(S)原子结合而成,其分子结构是六个F原子处于顶点位置而S原子处于中心位置的正八面体,S和F以共价键联结。,1、无色,无味,无毒性 2、化学稳定性好 200 C 且有催化剂的情况下,微量分解,500 C 开始热分 解,2000 K 附近出现热分解高峰 3、分子量为146,是氮气的52倍; 20、1个大气压下密度为616kgm3,是空气的51倍 4、SF6气体的热传导性较差,导热系数只是空气的2/3 5、SP6气体是负电性的气体,一、SF6气体,2019/7/7,一、SF6气体,SF6物理特性,2019/7/7,一、SF6气体,SF6气体导热性能,2
3、019/7/7,SF6气体的分解 (1)GIS中SF6气体分解的途径: 电弧、火花、电晕或局部放电、单纯热分解 (2)SF6气体无毒,但多数SF6分解气体有毒。 (3)SF6气体分解产物对气体绝缘及灭弧性能的影响不大,SF6的耐电弧性能很好,大部分SF6气态分解物具有很高的耐电强度,SF6,SF4 SF2 S2F2 S2F10 SOF2 . 低氟化合物,电弧分解,电极材料水分 氧气,有毒性的其他化合物,一、SF6气体,2019/7/7,气体含水量过高的危害 1、水分的存在影响气体分解物的生成水分与酸性杂质在一起时,会使材料腐蚀,导致机械操作失灵 2、在低温下,水分会在固体绝缘表面凝露,使沿面闪
4、络电压急剧下降,导致事故,项目公司GIS协议规定: 有电弧气室:300ppm/150ppm 无电弧气室:500ppm/250ppm,一、SF6气体,1、GIS设备在制造、运输、安装、检修过程中可能接触水分,将水分浸入到设备的各个元件里去; 2、GIS设备的绝缘件带有0l一05ppmv的水分,在运行过程中,慢慢地向外释放; 3、GIS设备中的吸附剂本身就含有水分; 4、SF6气体中含有水分,但作为新气要进行干燥处理,使其含水量在规程规定的范围之内,水分的来源,一、SF6气体,活性氧化铝Al2O3 它能吸附SOF2、SO2F2、SO2、S2F10O、SOF4等分解物;但对SO2、S2Fl0O等不能
5、定量吸附,有较好的选择性;对SO2F2的吸附能力差。它不吸收SF6气体,所以是GIS设备较理想的吸附剂。,一、SF6气体,如何去处水分和杂质气体?,在GIS气室里放合适的、适量的吸附剂,2019/7/7,SF6气体的绝缘性能 (1)SF6气体的绝缘强度随气体压力的升高而上升 (2)对均匀间隙,当p=0.1 MPa时,SF6气体的击穿电场约为89kV/cm;而空气的击穿电场约为 30kV/cm。所以通常说SF6气体的绝缘强度大约是空气的3倍。,一、SF6气体,间隙对SF6气体击穿电压的影响,SF6气体击穿电压与电极间隙的关系,均匀电场,稍不均匀的电场,极不均匀电场,L,U,一、SF6气体,SF6
6、气体的优良灭弧性能,1、有优良的热特性 2、SF6气体的绝缘性能恢复快 3、有负电性 4、SF6气体的电弧时间常数小 5、SF6气体有优良的绝缘性能,一、SF6气体,六氟化硫(SF6)具有良好的负电性,它的分子能迅速捕捉自由电子而形成负离子。这些负离子的导电作用十分迟缓,从而加速了电弧间隙介质强度的恢复率,因此有很好的灭弧性能。在大气压下,六氟化硫的灭弧性能是空气的一百倍并且灭弧后不变质,可重复使用。,2019/7/7,温室效应气体 SF6气体不会破坏大气臭氧层,然而它是1997年京都议定书指定的六种温室气体之一。 减少排放的措施 1、推动SF6的回收利用 2、降低GIS的年漏气率 3、开发小
7、型化、高性能的GIS 4、开发替代气体或者是混合气体绝缘,协议要求: SF6气体年泄漏率:0.5%,一、SF6气体,环保要求不容忽略,SF6+N2混合气体,第二部分:GIS原理及构造,GIS基础知识,英文:Gas insulated metal-enclosed swichgear 中文:气体绝缘全封闭组合电器 具有接地金属外壳、利用SF6气体的绝缘特性代替大气压下空气绝缘的高压开关和附设的控制、测量、及保护的设备总称。 它把断路器、电流互感器、电压互感器、隔离开关、接地开关、母线、氧化锌避雷器等装置组装在封闭的金属壳体内,金属壳体中充有一定压力的SF6气体,由进出线套管、电缆终端或变压器直联
8、与外部电网连接。,1、什么是GIS ?,2019/7/7,2、GIS的优缺点: 占地面积和占有空间小 安全可靠人员安全、受气候影响小、无火灾、不破坏环境 电磁兼容性好 维护周期长,寿命长 制造难,价格高,GIS基础知识,(1)根据安装地点可分为户外式和户内式两种。 一、二期及项目公司GIS均为户外式,一、GIS 设备的基 础 知 识,3、GIS的结构,GIS基础知识,国外:,户内产品:欧洲-西门子 户外产品:日本-三菱、东芝,国内:,户外产品(大部分),550kV GIS外形尺寸高大,典型产品每个间隔为12m6m8m。如果考虑户内布置方案,则需要高大的厂房,ELK-04:170kV, 50kA
9、, 4000A,ELK-3:550kV, 63kA, 6300A,ELK-14/245:253kV, 50kA, 3150A,21,(2)GIS一般可分为单相单筒式和三相共筒式两种形式。,3、GIS的结构,二期220KV母线做成三相共筒式,一期220KV采用单相单筒式,项目公司500KV采用单相单筒式。 一般500KVGIS均做成单相单筒式,GIS基础知识,一期单相单筒式母线,二期三相共筒式母线,GIS基础知识,2019/7/7,分箱型 优点:没有相间干扰,不会发生相间故障。 缺点:壳体、绝缘件等用量较多, 密封环节多。GIS体积大,占地面积大,外壳感应电流大,损耗大。 共箱型 优点:可缩小开
10、关设备占地面积40%以上,减少了密封环节,节省了原材料。三相磁场平衡,外壳感应电流很小,易于提高额定电流。 缺点:相间相互影响较大,电场结构复杂,有发生相间短路、造成三相故障的可能性 主母线共箱型 复合型(H-GIS),GIS基础知识,2019/7/7,GIS基本元件,1、导体:用来传输电能; 2、金属壳体:用来封闭导体; 3、绝缘子:用来支撑和固定导体,并起导体与壳体间绝缘作用 4、SF6气体:确保导体与壳体间绝缘,GIS由4个基本元件组成:,2019/7/7,导体 导体一般采用铝管加工,对于大电流要求可采用铜管 在导体端部(电联接部)需镀银; 导体与触头一般采用滑动联接结构,以防止导体热膨
11、胀对绝缘子产生机械应力,导 体,平高铝镀银导体产品,2019/7/7,金属壳体 壳体采用板材焊接或铸铝; 在壳体端部有法兰,用于螺栓连接; 壳体外表面涂漆(保护),内表面一般不涂漆 与钢外壳相比,铝制壳体有着下述优点: 低的材料电阻,大大减小因回路电流而产生的发热 无磁性材料就不会导致电磁损失,即无涡流 轻质材料提供了较好的抗震性能 良好的导电性能确保电磁屏蔽的效果,壳 体,2019/7/7,绝缘子,绝缘子 绝缘子采用环氧树脂浇注,并填充三氧化二铝,可提高耐电弧和机械性能 主要功能为支撑导体,并确保导体与壳体间的绝缘。一般设计为锥形结构,以增加导体和接地壳体间的绝缘距离; 其它功能:可用止气型
12、绝缘子分隔相邻气室 绝缘子的类型:通气型、止气型和可开可闭型,2019/7/7,绝缘 GIS设备应能耐受以下电压而不发生故障: - 长期最大工作电压;(550KV) - 工频(50Hz)试验电压; - 雷电冲击和操作冲击试验电压;(1675/1175KV) 优化绝缘子尺寸以及设计最适合的SF6气体压力; 为降低场强,提高绝缘耐受能力,导体的外形,特别是端部的设计非常重要,GIS基本原理,2019/7/7,运行中的GIS,其绝缘性能取决于其制造质量: - 零部件加工质量(绝缘件表面及内部缺陷、导体表面缺陷); - 工厂及现场的装配质量(灰尘、金属颗粒); 这些GIS的内部绝缘缺陷,会导致内部场强
13、局部升高,造成局部放电。 零部件加工应严格按照图纸要求 保证工厂和现场的装配质量: - 避免导体、触头划伤 - 避免壳体内有灰尘,金属颗粒等,GIS基本原理,2019/7/7,GIS基本原理,1、接地开关 2、母线隔离开关 3、断路器 4、操作机构 5、电流互感器 6、出线隔离开关 7、电缆终端 8、电压互感器 9、高压电缆,主回路电流,2019/7/7,GIS基本原理,主回路中的电流会在壳体表面产生反方向的感应电流,感应电 流值近似为主回路的80%,壳体感应电流,2019/7/7,电流温升 GIS设备(导体、壳体)自身存在电阻,当流过电流时,根据焦耳定律会产生温升 通过额定电流时,温升最终会
14、稳定并停止。温升值应当满足相关的标准(IEC或GB)。 协议规定:每个元件的温升不超过50K,在最高环境温度40时外壳的温升不超过30K。,GIS基本原理,2019/7/7,壳体接地的方式 一点接地 在GIS外壳的每个分段中一端绝缘,另一端用一点接地的方式。由于可靠性较差,目前国内GIS设计一般不采用这种外壳接地方式。 多点接地 在GIS的某个分段内,用导体连接外壳和大地,并且采用两点以上的多点接地。一般在结构上,串联的法兰盘之间不设绝缘,设备的支座不绝缘,并用固定螺栓导通。 优点:由于GIS外壳有两点以上的接地点,因而可大大提高其可靠性及安全性;感应过电压低;外壳和导体电流几乎抵消,因此外部
15、磁场较小,使钢架构发热和流过控制电缆外皮的感应电流都很小。,GIS基本原理,2019/7/7,1、不能忽略SF6气体的泄漏。如果发生泄漏,泄漏的范围将只限于该气室。 2、故障(如闪络)的风险虽然很低,但是必须要考虑。气室分隔能够将故障的影响限制在该气室范围内。 3、假若GIS设备在检修、维护或扩建时,气室分隔将允许GIS设备的其他气室正常使用。,GIS基本原理,气室分割,2019/7/7,每一个气室应使用止气型绝缘盆子与相邻的气室分开, 每个气室包括以下设备: - 充放气阀门; - 气体压力监测设备,用来监测由于泄漏导致的压力降低; - 防爆盘或安全阀,用来限制气室内部过大的气压(由于内部故障
16、、过量充气及人为过错等造); - 吸湿剂,能够吸收水份(水份会降低SF6绝缘耐受能力)。,GIS基本原理,2019/7/7,GIS基本原理,SF6气体密封,2019/7/7,GIS主要功能元件,1、断路器 2、隔离开关 3、接地开关 4、电压互感器 5、电流互感器 6、母线 7、SF6/空气套管 其它: 避雷器; 电缆终端; 控制柜。,断路器本体部分 弹簧机构、底座、断路器装配、密度继电器、防爆片、挡板 弹簧机构悬于底座侧面,断路器装配在底座上面,起到连接弹簧结构与断路器装配的作用。,断路器,2019/7/7,断路器,断路器,2019/7/7,短路器灭弧室,断路器,2019/7/7,灭弧过程,
17、断路器,550kV及以上GIS的断路器的发展方向:减少断口数量、简化结构 日本三菱550kV GIS:单断口结构(在中国已有208个断路器间隔的供货记录) 其他国家的产品:双断口结构。 我国:西高、沈高、平高东芝三大开关厂-550kV GIS-双断口产品,其中,西高将推出单断口的新产口(样机已通过KEMA型式试验)。国家750kV示范工程中采用的韩国晓星公司的800kV GIS为双断口结构。 前苏联1200kV GIS:4断口结构,而日本安装在新楱名1000kV变电站内的1100kV GIS只需要2个断口,断口数量,根据我国各大电网公司的运行经验,对550kV及以上GIS中断路器的操动机构一般
18、均选用液压或弹簧机构,不选用气动机构。因为气动机构结构复杂,气体管道内容易结露,运行不欢迎。对液压机构则应采用新一代无外露管道,模块化整体结构的形式。,操作机构,分合时间,考虑500kV电力系统的稳定性要求和继电保护装置的技术水平,根据DL/T 7552001电力系统安全稳定导则,对550kV GIS的断路器而言,其合分时间应不大于60ms,建议采用50ms。 同时,要求GIS的断路器在进行开断短路电流型式试验时,不允许在二次控制回路中加延时继电器,防止出现继电器失灵影响系统稳定的问题。应在断路器实际合分时间下进行满容量开断试验,以保证在日常运行时断路器能可靠地切除故障,满足电力系统的稳定性要
19、求。,断路器,协议规定: 机构型式: SF6绝缘,弹簧操作机构或液压弹簧操作机构,进线/母联回路三相操作,出线回路单相操作 每相断口数量: 2 合-分时间(金属短接时间):60ms,断路器,2019/7/7,隔离开关,开合母线转换电流能力,由于我国500kV及以上的变电站大多数为电力系统的枢纽站,进出线回路数很多,因此母联回路与最远的出线回路之间的间隔数量多、距离长,造成母线转换电压很高。DL/T 4862000交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件根据上述中国电力系统的特点: IEC 62271100:隔离开关额定母线转换电压为50V(开合次数无要求)的规定值 DL/T 4862000标准:
20、隔离开关额定母线转换电压为100V、开合次数为300次。 产品现状:国内外550kV GIS都按照IEC 62271100标准进行型式试验,按DL/T 4862000标准的规定值,要求提供550kV GIS的制造厂家补做开合母线的转换电流能力的试验,以满足工程要求。,隔离开关,开合小电流能力,550kV GIS隔离开关开合小电流:指开合空载母线的电容电流和开合母线电压互感器的电感电流。 IEC 62171102标准:0.5A-型式试验 DL/T 4862000标准:开合电容电流2A、电感电流1A(对敞开式隔离开关)-型式试验 产品现状:为了满足我国一些电力用户的要求,三菱公司550kV GIS
21、隔离开关在2005年初补做了开合电容电流2A的型式试验。2004年8月,由西安高压开关厂制造的550kV GIS隔离开关在荷兰KEMA高压试验站通过了开合电容电流2A、电感电流0.5A的型式试验。,隔离开关,实践证明,550kV GIS隔离开关开合小电流按照现行IEC 62171102标准中的规定值0.5A进行型式试验是偏于保守的,SF6气体绝缘的隔离开关本身具有较强的开合小电流的能力,是能够满足开合2A电容电流的要求的。但如果工程需要,则应坚持要求制造厂补做此试验。,开合小电流能力,协议规定: 开合电容电流:0.5A 开合电感电流:2A,隔离开关,2019/7/7,接地开关,1 接地开关配置
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