GIS系統(tǒng)在220KV配電裝置中的應用

GIS系統(tǒng)在220KV配電裝置中的應用摘要：GIS系統(tǒng)以其占地面積小、運行安全可靠、安裝方便、且維護工作量少等特點在變電站配電裝置中得到了廣泛的應用。本文敘述了GIS系統(tǒng)在220KV變電站配電裝置中的應用，說明了GIS系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、結構特點及其使用情況。關鍵詞：GIS變電站配電裝置技術應用1.引言工廠總降變電所是全廠的電力供應樞紐，而一次側配電裝置是其中一個重要環(huán)節(jié)，它在電力系統(tǒng)中起著接受電能和分配電能的作用，因此它在整個電力系統(tǒng)中，具有特殊重要的地位與作用。而在電解鋁廠供電系統(tǒng)中，一級負荷約占90％以上，因此對其供電的安全可靠性有著較高的要求。目前，我國大多數電解鋁廠仍采用傳統(tǒng)的AIS(AirInsulatedSwitchger)空氣絕緣配電裝置，占地面積大，可靠性不高，工作維護量大，容易造成停電事故。蘭州連城鋁廠在擴建改造工程中，總降變電所采用了目前在國際具有領先水平的GIS(GasInsulatedSwitchger)氣體絕緣配電裝置，整個工程于2003年6月竣工送電。運行證明，整個配電系統(tǒng)運行安全可靠，裝備水平及技術經濟指標均有顯著改善和提高。2.GIS系統(tǒng)的概念與傳統(tǒng)的AIS不同，GIS系統(tǒng)把開關間隔的所有功能統(tǒng)一歸并到一個密封艙中，該密封艙配備有兩個或三個絕緣套管，絕緣套管的數量取決于變電站的接線圖，對于改建、擴展、升級或新建變電站等各種應用而言，GIS是最適合的。GIS是由金屬殼密封，把氣體絕緣的斷路器、隔離開關、電流及電壓互感器與套管全部組合在一個共用的氣室內。氣室內部充有一定壓力并有優(yōu)異滅弧和絕緣能力的SF6氣體。SF6是一種無色、無味、無毒、不會燃燒的氣體，其化學性質非常穩(wěn)定，優(yōu)點如下：(1)滅弧能力強，介電強度高，絕緣性能好，常壓下其絕緣能力為空氣的2.5倍以上，其滅弧能力相當于相同條件下空氣的100倍。(2)介質恢復速度特別快，冷卻特性好，開斷近區(qū)故障的性能特別好，使用壽命長。(3)SF6氣體電弧分解場中不含有碳等影響絕緣能力的物質，觸頭在開斷電弧中燒損極其輕微。高壓開關裝置的數量被限制到了最低限，節(jié)省了不必要的配置。每一個元件在工廠已徹底組裝，并經過了例行檢測。除了絕緣套管，整個GIS均預裝交貨。絕緣套管由復合材料制成。一根環(huán)氧樹脂浸漬的（浸泡的）玻璃纖維管確保了套管的機械性能。同時由一只澆鑄的硅橡膠外套提供所需的電氣性能，如爬距和對抗各種環(huán)境因素的防護等。因為GIS的全部元件都密封在一個金屬殼中,為防止內部故障的發(fā)生,隨時掌握設備的運行工況,發(fā)現設備的故障隱患,有效的檢測手段是必不可少的。近年來,隨著傳感器技術的飛速發(fā)展,新型傳感器的不斷推出,GIS使用了更多的傳感器作為其內部狀態(tài)監(jiān)視,而用微型計算機技術來處理獲得的信息。在線檢測技術和自我診斷技術的引入將打破傳統(tǒng)的高壓電器大小修計劃模式,可以根據診斷結果安排更合理、更科學的檢修計劃,可將事故消滅在萌芽狀態(tài),從而縮短GIS的檢修時間,提高設備的利用率和可靠性。3.GIS系統(tǒng)的應用GIS配電系統(tǒng)的額定電壓為252KV，額定頻率為50Hz，額定電流為2000A，額定短路開斷電流為50KA，額定短時耐受電流為50KA，額定短路持續(xù)時間為3S，額定峰值耐受電流為125KA。GIS配電系統(tǒng)的各部分組成如下：1.斷路器（CB）斷路器滅弧室為單壓式變開距雙噴結構，它是由靜觸頭、動觸頭、壓氣缸、活塞以及其它部件組成。斷路器配氣動機構，操作依靠儲氣罐中1.5Mpa的壓縮空氣進行。分閘的同時給合閘彈簧儲能，為合閘操作做準備。合閘操作時合閘彈簧被釋放，使斷路器合閘。斷路器的開斷能力為50KA。開斷容性電流時不會重燃，開斷感性電流時無過高過電壓。觸頭全部為自力型，觸頭間的接觸壓力來自材料自身的彈性，保證了產品運行的可靠性。滅弧室內正常載流主觸頭與弧觸頭分離，保證了斷路器的電壽命和可靠性。壓氣缸成為導電回路，使滅弧室可承載4000A額定電流。單斷口結構，結構簡單，布置緊湊，安全性和可靠性進一步提高，可連續(xù)開斷滿容量電流50KA，20次而無需檢修。2.隔離開關（DS）隔離開關的所有帶電部件均安裝在金屬殼體中，并與一臺接地開關進行組合，使GIS布置時更加緊湊、隨意、多變。隔離開關操作機構為電動彈簧結構，因而減少了壓縮空氣供給系統(tǒng)空氣管路，向無油化、無氣化邁出了一大步，運行更可靠，更安全。3.檢修用接地開關（ES）檢修用接地開關安裝在殼體中的動觸頭，通過密封軸、拐臂和連接機構相連，殼體采用轉動密封方式和外界環(huán)境隔絕，當該接地開關合閘時其接地通路是靜觸頭、動觸頭、殼體和接地端子。接地開關殼體與GIS之間具有絕緣隔板，拆開接地線后，可用于主回路電阻的測量，斷路器機械特性的檢測。4.故障關合接地開關（FES）故障關合接地開關具有關合短路電流的能力，具有開合感應電流的能力。接地開關殼體與GIS殼體之間具有絕緣隔板，拆開接地線后，可用于主回路電阻的測量及斷路器機械特性的檢測。5.母線主母線采用三相共箱式結構，分支母線采用分箱式結構。母線導體連接采用表帶觸指，梅花觸頭。殼體材料采用鋁筒及鑄鋁殼體低能耗材料，可避免磁滯和渦流循環(huán)引起的發(fā)熱，并采用主母線落地布置結構，降低了開關設備的高度，縮小了開關設備的占地面積。6.電流互感器（CT）電流互感器為電感式單相環(huán)氧澆注型。導體即為初級線圈，次級線圈固定在環(huán)型鐵芯上。電流互感器線圈處于地電位，屬于無辜障CT；環(huán)氧澆注型對保證氣室含水量不超標有著重要作用；測量精度高，可達到0.2級。7.電壓互感器（VT）電壓互感器為JDQX8220ZHA型。它是在引進德國MESSWANDLER-BAUAG互感器公司SU252型電壓互感器技術和部分主要設備基礎上，設計和制造的產品。電壓互感器的一次繞組端為全絕緣結構，另一端作為接地端與外殼相連。一次繞組和二次繞組為同軸圓柱結構，一次繞組裝有高壓電極和中壓電極，繞組兩側設有屏蔽板，使場強分布均勻。8.避雷器（AR）避雷器為罐式氧化鋅型封閉式結構，采用SF6氣體絕緣，垂直安裝。避雷器主要由罐體、盆式絕緣子、安裝底座及芯體等部分組成，芯體是由氧化鋅電阻片作為主要元件，它具有良好的伏安特性和較大的通流容量。9.終端元件1）SF6充氣瓷套管內充SF6氣體，裝有旋壓超長屏蔽罩改善了電場分布，瓷套外絕緣具有耐受Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級污穢等級的能力。2）電纜終端電纜終端是把高壓電纜連接到GIS中的部件。其設計及制造按IEC600859執(zhí)行。3）變壓器連接頭變壓器連接頭是把變壓器引出街頭連接到GIS中的部件。其設計和制造按IEC601639執(zhí)行。本次應用GIS設計變電站，其組合的隔離開關，CT和PT感應器可以縮小間隔的寬度。整個GIS變電站的雙母線平面圖長71.5米,寬13米,面積929.5平方米，僅為傳統(tǒng)設計的42%。GIS的控制系統(tǒng)直接反映元件的工作狀態(tài)，電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和變電站的運行方式。將可編程控制器（PLC）運用于GIS控制系統(tǒng)上，利用PLC對GIS的電氣聯鎖控制進行編程，極大的簡化了GIS的內部接線，并提高了其可靠性。PLC采集到的GIS的各種信號，通過GIS網絡口傳至上位機，可大大縮減傳統(tǒng)上對開關輔助接點數量的要求，簡化了配線，縮短了安裝周期，即遠端采集信號只需一根通訊電纜就能完成。利用PLC編程，可將操作票程序編入本地GISPLC中，本地GIS可自動完成一系列開關動作，大大提高了GIS的自動化程度，并減少了上位機的負擔。所有信號可通過PLCA/D轉換成數字信號，顯示或傳輸給上位機。與控制級保護系統(tǒng)進行連接的是一根帶插頭的電纜，其內裝有光纖電纜供模擬訊號和二進制訊號相互交換之用，此外還有向操作機構提供所需的輔助電源。另外，GIS和控制保護系統(tǒng)間的信號交換受到持續(xù)監(jiān)控。與布線連接中常規(guī)AIS設備與其控制及保護系統(tǒng)的信號交換相反，采用待插頭式的電纜可以大大縮短安裝及投產所需的時間。設備緊湊的外型及智能化控制系統(tǒng)使得其監(jiān)控功能可在較大的范圍執(zhí)行，如：進行自測、氣體密度的趨勢分析、斷路器狀態(tài)(泵的運轉時間、操作、動力、觸點位移曲線，剩余壽命……等)。4.結論綜上所述，GIS配電裝置與傳統(tǒng)的AIS相比有著明顯的優(yōu)勢。GIS的主要優(yōu)點在于：1）占地面積小，一般220kVGIS設備的占地面積為常規(guī)設備的37%；110kVGIS設備占地面積為常規(guī)設備的46％左右，符合我國節(jié)約用地的基本國策，減少了征地、拆遷、賠償等昂貴的前期費用。2）由于GIS設備的元件是全封閉式的，因此不受污染、鹽霧、潮濕等環(huán)境的影響。GIS設備的導電部分外殼屏蔽，接地良好，導電體產生的輻射、電場干擾、斷路器開斷的噪音均被外殼屏蔽了，而且GIS設備被牢固地安裝在基礎預埋件上，產品重心低，強度高，具有優(yōu)良的耐震性能，尤其適合在電解鋁廠這種惡劣的條件下工作。3）SF6氣體作為絕緣介質，氣體本身不燃燒，防火性能好，而且具有優(yōu)異的絕緣性能