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1、高压断路器设计部,1,SF6气体绝缘金属封闭开关设备（SF6Gas Insulated Swichgear),G I S,高压断路器设计部,2,SF6 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）,GIS 的 定义电气系统里 GIS的 位置GIS 与 AISGIS的比较主要技术参数GIS的构成 及 各器械的功能 及 作用主要技术用语六氟化硫气体特性六氟化硫灭弧方式形式试验主要内容出厂试验主要内容包装运输与储存GIS基础工程,14.制造流程 15.GIS主要承认图纸 16.GIS产品范围 17.型式试验报告情况 18.现代重工（中国）电气有限公司产品,高压断路器设计部,3,高压断路器设计部,4,1.气体绝
2、缘金属封闭开关设备(GIS)的定义,气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)是把断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、主母线、分支母线等 装在可接地的壳体里面、把绝缘 及 灭弧性能优秀的SF6气体充入壳体内作为绝缘媒介的产品。它具有 1）变电站的小型化 2）很高的可靠性和安全性 3）运行简单、维修方便 4）与环境的协调性 等优点。,高压断路器设计部,5,2.电力系统里 GIS的位置,363kV/252kV/126kV,363kV/252kV/126kV,220V,高压断路器设计部,6,3.GIS和AIS,1)GIS变电站,高压断路器设计部,7,2)AIS 变电站,高压断路器设计
3、部,8,3)220kV GIS和 AIS 变电站的面积比较,(60222)147014(倍）,高压断路器设计部,9,4)区分 及 比较,高压断路器设计部,10,高压断路器设计部,11,1)单相分箱和三相共箱,4.气体绝缘金属封闭开关设备的比较,高压断路器设计部,12,5.主要技术参数,6.GIS的构成 及 各器械的功能 及 作用,高压断路器设计部,13,1)构造,高压断路器设计部,14,(1)断路器 断路器平时作为导体通电，回路上出现异常时瞬间切断故障电流，保护其他 主要器械。如在短路等异常状态下继续通电流的话，会远远超过额定电流，导致与通电回路连在一起的变压器线圈、断路器、隔离开关等主要器械
4、烧损，所以，为了防止以上恶劣故障发生，需要断路器来保护。断路器必须具备的4种功能，可以列为以下四种.a.在正常闭合回路时是良好的导体，在长时间工作时各部位温度和温升低于最 大允许发热温度和允许温升，能够承受短路情况下热的和机械的作用。b.在开断状态时具有良好的绝缘性能，在异常状态下也可承受对地间和同相断 口间的电压。,2)各器械的功能,高压断路器设计部,15,c.在关合状态的任意时刻，要在短时间内能够开断额定短路电流 及 以下的 各种故障电流。d.在开断状态的任意时刻，在短时间内能关合处于短路状态下的电路。以上4种工能中a和b,c和d的功能具有互相相反的特性 断路器不仅可以开断正常回路，也可以
5、开断短路状态的异常回路，这就是断 路器的最大特点 机械方面对地震等具有足够的强度，开合动作时噪音小，容易检修，在很长 时间内也不会有特性变化,高压断路器设计部,16,(2)隔离开关 1）隔离开关（DS）主要开合无负荷回路，不以开合负荷电流为原则；在分闸位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合闸位置时，能承载正常 线路条件下的电流 及 在规定时间内异常条件（如短路）下的电流的开关。2）主要功能-在器械检修时，把停电部位完全从电源分离开来，确保人身安全。因和人身安全紧密 相关，所以隔离断口间的绝缘强度要求要比其他绝缘强度高，一般是对地绝缘强度的 115%以上。-转换输变电设备的
6、电流。主要在双母线扩建 或 故障检修时转换电流。,高压断路器设计部,17,(3)接地开关 用于将回路接地的一种机械式开关装置。通常用于设备维修时接地，确保人身安全。在异常条件（如短路）下，可在规定时间内承载规定的异常电流，但在正常条件 下，不要求承载电流。接地开关的种类,高压断路器设计部,18,（4）电压互感器/电流互感器 互感器的作用电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流的二次测的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器，是一次系统和二次系统的联络元件,其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器与测量仪表和计量装置配合，可以测量
7、一次系统的电压、电流和电能；与机电保护和自动装置配合，可以构成对电网各种故障的电器保护和自动控制。互感器性能的好坏，直接影响到电力系统的测量、计量的准确性和继电保护装置动作的可靠性。互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有 1）将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备。2）将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压、小电流，使测量、计量仪表和 继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求。3）将二次设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二 次设备和人身安全。,高压断路器设计部,19,电压互感器 A 电压互感器的分类 a)按测量
8、方式分为测量用、保护用电压互感器。b)按绝缘介质分干式、浇注绝缘、油浸式、气体绝缘电压互感器。c)按相数分单相电压互感器和三相电压互感器。d)按电压变换原理分电磁式、电容式、光电式电压互感器。e)按使用条件分户内型、户外型电压互感器。B 电压互感器的原理 电磁式电压互感器是一种特殊变压器，其工作原理和变压器相同，电压互感器一次 绕组并联在高压电网上，二次绕组外部并接测量仪表和继电保护装置等符合，仪表 和继电器的阻抗很大，二次负荷电流小，且负荷一般都比较恒定。电压互感器的容 量很小，接近于变压器的空载运行情况，运行中电压互感器一次电压不受二次负荷 的影响，二次电压在正常使用条件下实质上与一次电压
9、成正比。C 电压互感器的组成 电压互感器主要由绝缘子、压力容器、SF6气体、一次线圈、二次线圈、铁心阀门、屏蔽罩、连接导体、出线端子、防薄膜等主要部件构成。,电流互感器 A 电流互感器的分类 a)电流互感器按用途分：测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）、保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）。b)按绝缘介质分：干式，浇注式，油浸式，气体绝缘电流互感器。c)按电流变换原理分：电磁式、光电式电流互感器 d)按安装方式分：贯穿式、支柱式、套管式、母线式电流互感器。e)按一次绕组砸数分：单匝式、多匝式电流互感器 f)按二次绕组所在位置分：正立式、倒立式电流互感器 g)按电流比变换分：单电流比
10、、多电流比、多个铁心电流互感器 h)按保护用电流互感器技术性能分：稳定特性型、暂态特性型 i）按使用条件分：户内型、户外型电流互感器 B 电流互感器原理 电流互感器是一种专门变换电流的变流器。互感器的一次绕组串联在被测量的电力线路中，线路电流就是互感器的一次电流：二次绕组外部回路串接有测量仪表、继电保护、自动装置 等二次设备。由于各类阻抗很小，正常运行时二次接近于短路状态。二次电流在正常使用条 件下实质上与一次电流成正比，二次负荷对一次电流不会造成影响。C 电流互感器由铁心、透明聚酯薄膜、二次线圈、补强板、引出线等组成。(5)避雷器 用于电流系统中，并联在被保护设备前，将过电压限制在被保护设备
11、的绝缘水平之下，从而 保护电力设备；利用其非线性电阻特性，正常电压下，通过电流极小，有过电压时，迅速导通，将电流释放 到大地。,高压断路器设计部,20,7.主要技术用语额定电压：额定电压是指断路器的标称电压，在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的 电压。但是在电力系统中使用的断路器，还用考虑的系统的最高电压，断路器应能在 规定的电路电压下和最高工作电压下保持绝缘，并能按规定的条件进行关合与开断。额定电流：指断路器在闭合状态下导电系统能长期通过的电流，或在限定时间内能够安全通过的 一定的负荷电流，通过这一电流时断路器各部分的允许温度不得超过国家标准中规定 的数值。额定短时耐受电流：额定短时
12、耐受电流又称额定热稳定电流，是在规定的短时间内，断路器闭合 位置所能耐受的电流。流过这一电流期间，断路器的温度升高不得超过规定 的数值。短时间电流通过能力主要取决于触头的温升、熔焊、接触面的劣化 和承受电动力的强度。额定峰值耐受电流：额定峰值耐受电流也即额定动稳定电流，是指断路器在闭合位置所能耐受的 峰值电流，其值等于额定短路关合电流，是其额定短路开断电流交流分量有 效值的2.5倍。短路电流的峰值一般出现在短路发生后电流波形的第一周波 内，在通过这一电流时，断路器应不受损坏而能继续正常工作。动稳定电流 决定于导电部分及支撑绝缘子部分的机械强度和触头的结构。动稳定电流表 示断路器对短路电流的电动
13、稳定性或动稳定性，有称极限通过电流。额定短路持续时间：开关设备和控制设备在合闸状态下能够承载额定短时耐受电流的时间间隔 a)550kV1100kV的开关设备和控制设备的额定短路持续时间为2s b)126kV363kV的开关设备和控制设备的额定短路持续时间为3s c)72.5kV及以下的开关设备和控制设备的额定短路持续时间为4s,高压断路器设计部,21,额定工频耐受电压：在额定频率下能够承受一分钟的最高电压，主要考核绝缘水平和绝缘强度。额定雷电冲击耐受电压：能够承受因雷电冲击产生的最大的雷电冲击电压，主要考核绝缘水平和绝缘 强度。关合冲击耐受电压：器械在关合时，对冲击波的影响所能承受的最大电压。
14、额定开断电流：额定开断电流也即额定短路开断电流，是标志着高压断路器开断短路故障能力的参数，这是 指 在规定的条件下，断路器能保证正常开断的最大短路电流。断路器的额定短路开断电流一 般比其所能开断的极限电流值稍低，国家标准规定，断路器的额定短路开断电流是在标准规 定的相应的工频及瞬态恢复电压下能够开断的最大短路电流。瞬态恢复电压与工频恢复电压：电力系统发生短路后，断路器分闸开断短路电流。断路器触头分离后，触头间产生电弧。电 弧电流过零瞬间，电弧熄灭，触头上产生暂态恢复电压。电压恢复过程中，首先出现在弧隙 间的是具有瞬态特性的电压，成为瞬态恢复电压。瞬态恢复电压存在的时间很短，只有几十 微妙至几毫
15、秒。瞬态恢复电压消失后弧隙出现的是由工频电源决定的电压，称为工频恢复电 压。工频恢复电压也可以说是电弧熄灭后，弧隙上恢复电压的稳态值。首开相系数：三相断路器开断时，电流首先过零的一相称为首开相，首开相所开断的电流是单相的，对于 不同形式的短路，首开相开断过程中工频恢复时值是不同的。首开相触头间的工频恢复电压 与系统相电压幅值之比称为首开相系数。对于三相不接地的短路时首开相系数为1.5，对于中 性点 接地系统三相短路时首开相系数为1.3。,高压断路器设计部,22,分闸时间：是指处于合闸位置的断路器，从合闸回路带电（即接到分闸指令）瞬间起到所有极的 弧触头均分离瞬间为止的时间间隔。分闸时间可以随开
16、断电流而显著变化，但是准确 地测量开断短路电流时的起弧时间并不容易，因此，分闸时间一般为空载状态下测得 的数值。燃弧时间：从首先分离极主回路触头刚脱离金属接触起，到各极中的电弧最终熄灭为止的时间间 隔开断时间：从断路器接到分闸指令起到各极中的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔，一般等于分 闸时间和燃弧时间之合合闸时间：是指处于分闸位置的断路器，从合闸回路通电起到所有极触头都接触瞬间为止的时间 间隔，也即指直到主弧触头都接触瞬间的时间关合时间：是指处于分闸位置的断路器，从合闸回路通电起到任意一极中首先通过电流瞬间为止 的时间间隔合分闸时间（即金属短接时间）：在合闸操作中，第一极触头接触时刻到随后的分
17、闸操作中所有 极触头都分离时刻的时间间隔关合开断时间：关合时，从某极首先通过电流瞬间起到随后的开断时所有极的燃弧时间结束时为 止的时间间隔,高压断路器设计部,23,分闸时延：断路器主回路开始通过故障电流到断路器接到分闸指令的时间间隔。合闸不同期性：合闸时各断口间的触头接触瞬间的最大时间差异分闸不同期性：分闸时各断口间的触头分离瞬间的最大时间差异预击穿时间：合闸操作期间，第一极出现电流时刻（对于三相条件）到所有极触头接触时刻的时 间间隔，（对于单相条件）到起弧极的触头接触时刻的时间间隔。预击穿时间取决 于在规定的合闸操作过程中外施电压的瞬时值，因此，可能有显著的变化。分合时间（自动重合时）：所有
18、极弧触头分离时刻到重合闸操作过程中的第一极触头接触时刻的 时间间隔无电流时间（自动重合时）：自动重合闸时，断路器分闸操作时，从所有极的电弧最终熄灭起到 随后从新合闸时任意一极首先通过电流为止的时间间隔重关合时间：在自动重关合中，从开断起始瞬间起到随后的关合时，任意一极首先重新通过电流 为止的时间间隔重合闸时间：重合操作中，从分闸时间起始瞬间起到所有极的动静触头都接触瞬间为止的时间间 隔对于自动重合闸为：O-0.3S-CO-180S-CO,高压断路器设计部,24,8.SF6气体特性,1.在标准大气条件下，SF6气体呈无色无味状态，在高压电气设备中，SF6气体的工作压力通常 为0.20.7MPa，
19、呈气态；在钢瓶中SF6通常以液态形式存放。纯净的SF6气体是稳定和无毒的介 质，但是高温分解出来的低氟化物却具有剧毒。尽管在稳度降低后大部分低氟化物也会复合，但总会残留一小部分，因此必须注意！可用分子筛或活性氧化铝等吸附低氧化物。2.气体介质的绝缘强度取决于气体的密度。一般来说，在同一气压下，气体的密度随着相对分子 量的增加而增加。SF6分子量为146，是一种密度很高的气体。在20时气压为0.1MPa，其密 度为6.16kg/m,约相同状态下空气密度的5倍。3.SF6是化学惰性，化学性质非常稳定，在空气中不燃烧、不助燃、与水、强碱、氨、盐酸、硫 酸等不反应。SF6气体的热稳定性好，在常温甚至在
20、较高的温度下，一般不会发生自分解反应。在电气设备通常运行的温度范围内，SF6气体是稳定的，它对电气设备中较长用的金属（铜、铝、钢）和绝缘材料（环氧树脂等）是不起化学作用的。只是在温度高达几千度时的电弧作用 下才能产生剧烈的分解和电离，生成多种分解产物。其中某些分解物会导致以英粉为填料的环 氧树脂绝缘子的绝缘性能下降。4.因SF6气体中不存在碳元素，这对于作为灭弧介质来说是一大优点，这可使SF6断路器结构设计 具有更大的自由度。5.SF6气体具有很高的热传导性。6.SF6气体具有很强的绝缘强度，在均匀电场中，SF6气体的绝缘强度均为空气的2.5倍。当气体 压力为0.2MPa时，SF6气体的绝缘强
21、度与油绝缘相当。7.SF6气体具有很强的灭弧能力,高压断路器设计部,25,9.SF6灭弧方式 1.双压式灭弧：双压式灭弧室有高压和低压两个气压系统，灭弧时，喷口打开，高压SF6气体经 过喷口吹向低压系统，与电弧发生能量交换使电弧熄灭。在这种灭弧室中，有的灭弧室常处在 高压气体中，称为常充高压；有的灭弧室只在灭弧过程中处在高压系统中，称为瞬时充高压。双压式SF6断路器工作性能虽然良好，但必须配合一台在密封循环中工作的气体压缩机，结构 复杂，价格昂贵。2.单压式灭弧：双压式SF6断路器结构复杂且容量低。经过研究，人们利用开断过程中压缩SF6气 体的方式，从而取消了压缩机。这就出现了崭新的单压式SF
22、6断路器。单压式SF6断路器只有一 个气压系统，造成短时间的气压升高，产生吹弧作用来熄灭电弧。这种带压气装置的灭弧室又 称为压气式灭弧室。压气式灭弧室又可分为两类：变开距和定开距。3.自能式灭弧：自能式灭弧原理既是最大限度地利用电弧自身的能量，加热膨胀室或压气室中 SF6气体建立起高气压，形成压差，通过高压力SF6气体膨胀，在喷口处形成高速气流，与电弧 发生强烈的能量交换，当电流过零时达到熄灭电弧的目的。由于利用电弧能量使灭弧室建立起 气吹所必需的压力，不需要操作机构提供很大的压缩功；由于灭弧室气压是由电弧建立起来 的，因而不需要高的压气分闸速度，也降低了机构操作功；在维持同等气吹压力的条件下
23、，由 于灭弧室压气缸直径减小，传动系统运动件质量减轻，使机构的操作功显著下降。因此，根据 理论计算，自能式SF6断路器的操作功可降低为单压式的20%。,高压断路器设计部,26,10.形式试验主要内容形式试验是为了验证所设计和制造的开关设备和控制设备及其操动机构和辅助设备的性能是否能够满足电力系统要求。下列情况下高压开关设备和控制设备应进行型式试验：新试制的产品，应进行全部型式试验转厂和异地生产的产品，应进行全部形式试验当产品的设计、工艺、生产条件 或 使用的材料及主要元件发生重大改变而影响到产品性能时，应做相应的型式试验正常生产的产品每隔八年进行一次温升试验、机械试验、短时耐受电流和峰值耐受电
24、流试验、关合和开断试验。不经常生产的产品（停产三年以上），再次生产时应进行 d)所规定的试验。主要型式试验内容1）主回路、辅助和控制回路的绝缘试验（工频耐压试验、雷电冲击试验等、操作冲击试验、局 部放电试验等）2）无线电干扰电压试验3）主回路电阻测量4）温升试验5）短时耐受电流和峰值耐受电流试验（动热稳定试验）6）关合和开断试验7）外壳防护等级检验,高压断路器设计部,27,8）密封试验9）机械性能试验（机械特性试验、机械操作试验、机械寿命试验）10）环境试验（寒冷试验、干热试验、恒定湿热试验、振动和抗震试验）,高压断路器设计部,28,11.出厂试验主要内容出厂试验是为了发现材料和制造中的缺陷，
25、它不会损伤试品的性能和可靠性。出厂试验应该在制造厂任一合适的场所对每台成品进行检验，以确保与已经通过型式试验的设备相一致。根据协议，任一项出厂试验均可在现场进行。出厂试验项目主要有：1）主回路绝缘试验2）辅助回路绝缘试验3）主回路电阻测量4）局部放电试验5）气体密封性试验6）机械特性试验7）电气、液压和其他的辅助装置试验8）接线检查9）SF6气体的水分含量测定,高压断路器设计部,29,GIS主要器械检验项目1）断路器a）操作线圈电阻测量b）装配尺寸检查c）机械操作试验d）机械特性试验e）液压储能时间测量f）防跳跃试验2）隔离开关a）机械操作试验b）时间测量3）接地开关a）机械操作试验b）时间测
26、量4）快速接地开关a）机械操作试验b）时间测量,高压断路器设计部,30,出厂试验顺序,12.包装运输与储存1）包装GIS间隔单元盖上运输用盖板后充入氮气整体敞装运输；GIS母线使用底座敞装运输；其他GIS间隔单元上拆下的小部件及易损件，如空气套管、接地铜排、导体、附件箱等均采用木箱包装。制箱木材主要采用经高温干燥处后的胶合板制成，滑木枕木及柜架应采用一级木材，顶板、底板可采用二级木材。A GIS以间隔为单位整体运输。图1 GIS整体间隔运输底座a)将带有热镀锌底座（见图1）的GIS用珍珠棉盖上，然后用缠绕膜缠住；b)前后、侧面、按规定要求涂上包装标识；e）对包装编号、重量、体积进行记录。,高压
27、断路器设计部,31,B 母线的敞装 GIS母线为敞装运输，为了运输而拆装的部位应用盖板密封，防潮，防湿。图2 底板敞装a）将产品安全地放在特制的带有U型槽的底板上（见图2）；b）将产品用珍珠棉盖上，然后缠上缠绕膜；c）使用铁皮打包带固定住产品；d）前后、侧面、按规定要求涂上包装标识；e）对包装编号、重量、体积进行记录。C 一般零部件及易损件的木箱包装（见图3）图3 木箱包装,高压断路器设计部,32,a）把产品放在底板上面，控制好四周的距离；b)根据具体情况，加入干燥剂（需要防潮的产品采用）；c）产品有固定螺栓的，用螺栓固定在箱体上；d）把产品用塑料包住，然后用缠绕膜缠住；e）不用螺栓固定的产品
28、，要在底部加防滑木块。为了防止产品的移动和晃动，所加的木块要和本体连接。木块和产品接触的地方，要用缓冲材料垫入，防止产品损坏；f）包装箱前、后、侧、顶部的组装；g）包装箱组装完成后，在包装箱四面的涂上包装标记；h）对包装编号、重量、体积进行记录。2）运输 为了安全运输，在不超过标准范围内选择车辆装车后运输。如产品有特别要求则另当别论。车辆装 载的标准定量按车辆管理所对车辆核定的装载量为准。运输方法有陆路运输，海上运输，铁路运输，人力移送等。根据产品属性（重量、高、其它）在安 全、经济的前提下，选择比较快捷运输的方法。3）储存a）容易进水或积水的地方不能存放，应存放在有排水及通风良好的地面和坚固的地基、干燥的地方。b）电气、电子产品放在室内保管。c）室外临时保管时，要防止雨水和阳光的直接进入。室外安装的产品，可能接触到能影响产品性能的灰尘或污染物，所以要随时检查。d）长期保管时，为了包装产品的安全，不宜堆放。e）为便于检查，包装箱和包装箱之间必须留有一定的距离。f）在腐蚀性气体，直射光线等不能触及的地方保存。,高压断路器设计部,33,
