探究SF6氣體絕緣全封閉組合電器的結構與設計

郭良浩 呂昊 武亞軍

摘 要：由于SF6全封閉組合電器諸多優點，近十幾年來，新投運的變電設備大部分采用SF6全封閉式組合電器（GIS）設備，設備主要是由西高、沈高、泰高、平高等公司生產的SF6全封閉式組合電器（GIS）。全封閉式組合電器采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，六氟化硫從 1940 年作為絕緣介質開始，迄今已被廣泛地應用在電力設備中，如高壓斷路器、變壓器、互感器、電容器、避雷器、接觸器、熔斷器、管道母等。本文詳細介紹了GIS的主要結構，并且闡述了SF6氣體絕緣全封閉組合電器的設計安裝與應用，希望能夠有效促進SF6氣體絕緣全封閉組合電器的運用與普及。

關鍵詞：GIS;結構分析;過電壓

SF6全封閉組合電器（GIS）由于具備結構緊湊、配置靈活、設計運用便捷、可靠性較強、檢修便捷以及占地空間較小等優勢，在10kV～35kV系統中的應用前景非常好。現今，10kV開關柜能夠在向鐵路電力、信號供電的變、配電系統和牽引變電所向地區負荷供電的變、配電系統中。并且27.5kV開關柜能夠在干線電氣化鐵道牽引變電所、開閉所以及分區亭中得到應用。

1、GIS的主要結構

一般來說，GIS是積木式結構，斷路器、隔離開關、接地開關、互感器等元件能夠隨意進行組合，并且可以依照用戶的實際需求和電氣主接線。GIS額定電壓運行就是66～550kV，并且額定電流是1250～4000A，額定開斷電流的范圍通常是31. 5～50kA，國產的GIS額定開斷電流僅僅只能達到40kA。為了使得結構得到簡化，并且滿足現代變電站的實際需求，分相式GIS通常會運用在電壓高、電流大的地方。為了使得GIS的尺寸更小，110kV的GIS也通常會運用到三相式的結構。

1.1斷路器

GIS中的斷路器大部分是壓氣式斷路器（單壓式），這種斷路器的制造流程非常簡單，通常使用壓力范圍是0.5 ～0.7Mpa，在普通區域運行的時候，SF6氣體都不會出現液化現象。

GIS斷路器的斷口能夠進行垂直布置，當然，水平也是可以的。水平布置的特性就是兩側出線孔需要其它元件的支持，在檢修的過程中，滅弧室從端蓋方向抽出，所以就不會要求起吊滅弧室高度，可是應該具備一定的寬度;斷口垂直布置的斷路器，出線孔應該在兩側進行布置，并且操作機構通常是斷路器的支座，在檢修的過程中，滅弧室應該以垂直向上的狀態吊出，配電室高度應該嚴格地控制，可是側向距離通常相較于斷口水平布置的斷路器較小。通常來說，GIS的斷路器是進行垂直布置，進而在支持其它元件的時候，更加方便。

1.2隔離開關

隔離開關具備一定的復雜性，目的就是投入或是切除電路無電流區段。在結構層面上來說，這種開關包括直動式與轉動式，轉動式應該設置在90°轉角的區域與直線回路，并且直動式宜應該設置在90°角的區域，其結構非常簡單，便于檢修。

1.3電流互感器

電流互感器能夠獨立地構成一個元件，或是能夠和套管、電纜頭共同構成一個元件。獨立的電流互感器應該安裝在一個直徑相對較大的筒內，并且筒內依照實際需求，應該設置4～6個環形鐵芯，進行二次繞組的時候，就可以繞在鐵芯上。

1.4電壓互感器

包括電容分壓式與電磁式，這是基于原理進行劃分的，要是基于絕緣方法進行分類，就能夠分成環氧澆注式與SF6氣體絕緣式。

1.5母線

三相母線是在一個筒內，處于封閉的狀態，導電桿運用條形（盆形）進行支撐與固定，并且其優勢就是外殼渦流的損失相對較小，并且載流容量相對較大?？墒?，三相母線的電動力較大，并且可能會出現三相短路的現象。另外一種就是單相母線筒，一個相線是在一個筒內進行封閉的，其優勢是不會出現三相短路的現象，圓筒直徑相較于相同環境下的三相母線來說，要小一些，能夠分割若干個氣隔，并且降低了回收的SF6氣體量?？墒且灿幸恍┍锥?，比如占用較多的空間資源，存在渦流損耗等。

1.6接地（快速）開關

（1）工作接地開關，其動觸頭運動的速度較小，工作接地開關能夠憑借手動機構運行，也能夠憑借機械傳動機構運行。

（2）快速接地開關，其觸頭運動速度較大，這種接地開關一般都設置在匯流母線與電纜引線上。并且在進行GIS停電檢修的過程中，結合安全工作的實際需求，要把快速接地開關關合，之后將附近的工作接地開關關合。

（3）保護接地開關，其關合時間相對較短，并且目的就是熄滅GIS內部的閃絡電弧，鑒于此，保護接地開關應該具備較強的可靠性，并且不能出現誤動作。

2、設計安裝與應

2.1總體布置設計

2.1.1變電所室內高度的確定

把全封閉組合電器設置在室內的時候，室內的空間一定要控制在特定的高度，進而使得下面幾個要求得到滿足：

（1）使得檢修過程中，整體吊出斷路器的高度需求得到滿足;

（2）達到工廠運輸組合件的起吊高度標準;

（3）組裝結束之后，在進行耐壓測驗的過程中，應該滿足帶電體對房頂安全距離的條件。

2.1.2變電所室內寬度的確定

變電所室內寬度的決定性因素就是全封閉組合電器的具體布置需求與通道的實際寬度。通道包括維護通道與一般通道。而主要通道寬度的決定性因素包括下面幾點：

（1）滿足帶電體離墻的距離要求;

（2）滿足搬運SF6回收小車所應該保持的距離;

（3）檢修斷口是水平布置的斷路器，在抽出滅弧室的過程中，應該滿足相應的距離要求;

（4）進行最大件（母線筒）搬運的過程中，應該滿足相應的距離要求。

一般通道就是指通道兩側不存在盤柜，只是在安裝調試的時候，將工作量不大的任務做完，這種通道的寬度能夠為80cm。

對戶外設置的全封閉組合電器，通道寬度應該在周圍搭設塑料大蓬，并且應該能夠滿足開進汽車吊裝等實際需求，通常和組合電器外緣的距離應該大于3.5m。

2.2 GIS的通風

SF6氣體絕緣設施的氣體年泄漏量應該小于1%，但是，因為密封質量存在問題，或是由于密封圈使用年限過長，可能會超出這個值。另外，由GIS中將SF6氣體回收，或是進行解體維修的時候，室內空氣被污染的風險也是存在的。但是，空氣中SF6氣體含量應該小于1000ppmV，不然就會在一定程度上影響工作人員的身體健康。此外，SF6氣體可能會存在一些電弧分解物，有一些分解物可能存在毒性。所以，戶內式GIS一定要設置優質的通風設施。

根據GIS的實際運行經驗能夠得出，泄漏的SF6氣體其實不是在室內空氣中均勻混合的，一般是在電纜溝等低洼區域沉積，或是在地板附近的低層區域中沉積，由于SF6體的比重基本上是空氣的5倍。所以，工作人員在沉積SF6氣體的空間作業，就有缺氧的危險，甚至可能會出現窒息的現象。所以，GIS通風設備的取風口一定要在變電站下部進行布置，進而使得通風換氣的效率得到提升。

2.3 GIS的裝飾與防火

在GIS安裝以及檢修的時候，空氣中的含塵量通常要小于0.1mg/m?，并且空氣的相對濕度應該控制在70%以下。所以，GIS最好不選擇容易起灰的水泥地面與石灰墻面，并且不必要的門窗不要設置。

GIS的絕緣介質是不可燃的SF6氣體，這也就意味著其本身不存在火災風險，可是GIS尚有變壓器及電力電纜等以油為絕緣介質的設備，所以還是有火災隱患，所以應該運用切實可行的防火手段，設置防火器材。

2.4 SF6氣體漏氣的處理方法

GIS設備殼體上有砂眼漏點，部分砂眼用樣沖在砂眼周圍逐步向砂眼處沖，直到漏氣點消除，部分外殼在現場無法處理的殼體進行更換。

部分漏氣點在殼體與表計之間使用的連接銅管回路上的漏點，把有漏氣點銅管拆卸后用氣焊重新焊接。經檢查無泄漏后安裝漏點消除。

對閥門中波紋管開裂造成的漏氣，選用質量較好的閥門進行更換。

若是螺栓漏氣不便更換的，可以在螺栓處加密封墊，螺栓上涂密封膠后緊固。處理方法有效節省了材料和人工費用。

3、結語

GIS設備不但具備非常好的技術性能，所占空間也相對較小。在運用過程中，基于設計、運行維護、檢修等各個層面，不斷優化GIS，能夠在很大程度上促進GIS各個領域中的運用與普及。

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