C-GI S) 40，5kV柜式气体绝缘金属封闭开关设备(40．5kV 王平颜莉萍殷晓刚任稳柱 西安高压电器研究所 1 引言 保护，测量、监视、通讯等功能的新型开关设备．它以低压力SF6气体作为一次主回路的绝缘介质， 以真空断路器为主开关，将真空断路器、三位置隔离开关、电流／电压传感器等高压元件及其之间 的连接导体集装于箱式的充气容器内，通过柜体上预留的插座孔由插接式电缆终端实现进出线L也可插接避雷器等高压元件，所有的高压带电部件要么置于SFB气体中，要么由接地屏 蔽层或金属外壳封闭．可以采用新型组合式电流／电压传感器，也可以采用传统的电流互感器、电 压互感器进行一次主回路电流、电压的测量与监视，通过控制和保护单元遥控、遥测．这种开关柜 的其它部分如操动机构、控制和保护单元、二次回路、电缆室、泄压通道仍置于大气中，便于监溯 与维护．中压C-GIS近十几年来在国际上发展速度很快，形成了系列化、信息化的高新技术产品， 逐渐成为金属封闭开关设备的一个重要分支． 40．5kV C-GIS相对于大气绝缘的40．5kV开关柜来说具有技术含量高，不受外界环境因素影响、 可靠性高、操作人员安全性好、体积小、一次回路免维护等优点． 低压力SF6气体的绝缘技术、散热技术、密封技术，真空灭弧室的开断技术，主回路的插接技 术，数字化控制、保护、监视技术的发展和掌握为40．5kvC-GIS的生产提供了可靠的、先进的技 术基础．现代化的加工装备、加工工艺、焊接工艺为40．5kVC—GIS的生产提供了基础条件．为满 足用地紧张、可靠性要求高的工程建设的迫切需要，立足于国内先进技术、先进工艺、先进元件， 西高所已开发出40．5kv柜式气体绝缘金属封闭开关设备(40．5kV GBl985等标准通过了型式试验．本产品的各项技术参数和技术性能指标符合国家标准、行业标准、 IEC标准以及本产品技术条件的规定，适用于城乡电网建设与改造、城市地铁、轻轨铁路、高层建 筑、高原变电站等建设工程，也适用于在环境条件特别恶劣的地区及严重污秽的工业区电站中适用． 在西高所开发的基础上国内已有数家企业生产了各自的该产品样机，有的已完成型式试验，有的正 在进行型式试验． 2主要技术参数 额定电压(Ur)：40．5kV 额定频率(fr)：50Hz 额定电流(Ir)：1250A 额定绝缘水平： lmin工频耐受电压(Ud)：对地、相间95kV 雷电冲击耐受电压(Up)：对地、相间185kV 额定短时耐受电流(Ik)：25kA 额定峰值耐受电流(Ip)：63kA 额定短路持续时间(tk)：4s 额定短路开断电流：25kA 额定短路关合电流(峰值)：63kA 分、合闸装置和辅助回路的额定电源电压(1Ja)：DellO，DC220，AC220 ：333． SF6气体额定压力(20℃)：0．04MPa X1570 外形尺寸(宽×高X深mm)800×2300 3产品结构 3 1总体 本产品充气部分划分为j：、下两个气室，即断路器气室和三工位隔离开关气室，配用真空断 路器、三工位隔离开关、插接式固体绝缘母线、电流／电压传感器(或插接式电压互感器，环氧浇 注穿芯式电流互感器)、插接式ZnO避雷器等元件，可满足单母线、单母线分段一次主接线的要求． 所有方案的柜子在工厂内安装、调试、抽线个柜子整体运输．在现场不需要进行SF6 气体处理的情况下，将各个柜子用插接式固体绝缘母线连接起来．典型方案结构示意图见图1．本 产品具有以下主要特点： 1．固体绝缘母线．三位置 隔离开关操动机构；7．控制和保护单元；8．9．断路器及其操动机构；10．内锥插接式 电缆终端；11．电流电压传感器；12．泄压通道；13．下充气壳体；14．上充气壳体 图l典型方案结构示意图 ·SF。气体绝缘，不受污秽．潮湿，海拨高度等外界环境因素影响； ·结构紧凑，体积小、占地面积少： 利用真空灭弧，电寿命高； 可靠性高，维护工作量小； ·零表压下仍可达额定绝缘水平； ·柜体在厂内安装、调试，现场安装不涉及sF。气体处理； ·可配置数字式控制和保护单元，实现远距离监视、遥控； 3．2断路器 真空断路器由真空灭弧室组件、框架和操动机构三部分组成．由于真空断路器技术水平和生 产工艺已成熟、产品质量可靠，将真空灭弧室组件装人充气隔室内，操动机构仍置于大气中，通过 框架固定与密封． 对真空灭弧室，经过反复论证和大量的研究性试验，采用新型的线圈式触头结构、内置式屏 蔽罩；对真空灭弧室内部绝缘结构进行的优化设计，可确保绝缘水平稳定可靠，且提高了开断能力 和可靠性，同时使真空灭弧室轴向尺寸减少：轴向悬臂尺寸变短后整体强度提高，有利于真空灭弧 室组件水平安装，真空灭弧室组件水平安装后使得主回路布置合理、连接方便；对真空灭弧室的固 定方式进行了大量比较分析，采用绝缘筒整体固定，即可保证机械强度又可屏蔽电场起到复合绝缘 双重功效． 静密封采用简易，可靠的端面密封．动密封为金属弹性元件密封．通常的动密封为橡胶密封 圈的直动或转动密封，其机械寿命有限、摩擦阻力大、易磨损．当动密封采用金属弹性元件后，使 传动和密封均得到可靠保证，机械寿命大幅提高；同时传动的过渡环节少，转动惯重大幅降低，所 需操作功减小，可靠性提高．金属弹性元件动密封的制造技术、加工手段国内均已成熟、稳定，丽 制造成本远低于国外同类产品． 真空断路器结构形式简单，装配、调试简便，一次部分免维护，机构部分维护简便，具有高 开断性能、寿命长、少维护的特点． 3．3三位置隔离开关 三位置隔离开关的结构为转动闸刀型，由一根转轴带动三相绝缘拉杆使三相刀闸联动，手动 或电动操作，实现接通、隔离、接地三种功能．沿柜宽方向三相布置．操动机构可实现电气联锁或 机械联锁． 3．4电流／电压传感器 长期以来，具有铁心的电磁感应式电流互感器和电压互感器在继电保护和电流、电压测量中 一直占据主导地位．电磁式的电流互感器由于有铁心具有非线性，当发生短路故障时，高幅值的短 路电流使互感器铁心饱和，输出的二次电流严重畸变，造成保护拒动，其响应速度也滞后，容易导 致继电器误动作；电压互感器也可能引起电力系统的铁磁谐振，对电力系统造成危害． 随着电子技术的发展和普及，在继电保护和测量中控制部分仅需提取信息而不需要大的能量 驱动，新型的电压，电流传感器恰好可适应了这一发展．新型电压，电流传感器具有下列优点： ——输出信号为低电平，易于和数字式保护和测控系统接口． ——不含铁心，没有饱和，测量范围大，频率范围宽，在故障情况下可使保护装置准确动作． ——二次开路不会产生高电压，二次短路不会产生过热．传统的cT由于二次开路时会产生高 电压，对电力生产和运行来讲一直存在很大故障隐患，新型的传感器从根本上杜绝了此类现象的发 生，保证了人员和设备的安全。 ——可同时用于保护和测量两种功能。传统的电磁式电流互感器不可能同时满足保护和测量 两种功能，新型的电压、电流传感器由于测量范围宽，额定输出电压低，同一台电压、电流传感{}：． 既川以满足测量又可以满足保护的需求，节约了成本，减少了体积． ·335． ——体积小，重量轻，新型的传感器体积仅为传统的电磁式互感器的体积的1／3左右。 新型的电压传感器利用分压器原理。原理图如图2所示．Rl为高压臂，R2为低压臂，若不考 虑测量和保护装置的负载效应，其分压比K为：K=鲁=下RI+R2． 图2电压传感器的原理图 从实际应用来讲，分压器的高压臂电阻值选取尽可能地大，以减少功率消耗．分压器的低压臂 电阻尽可能地小，以便减少测量和保护装置的输出电阻对分压器分压比的影响。为了减小周围物体 及环境的影响，高压电阻及低压电阻采用合理的屏蔽技术，以提高其性能． 新型的电流传感器采用罗哥夫斯基线圈，它是依据电磁感应定律和安培环路定律．其工作原理 图如图3所示，当被测电流沿轴线通过线圈时，在环绕绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场H， 由安培环路定律的得： 西H·dl=I(t) 由B：pHE=盟得 也 E(t)=d(NJB·ds)／dt=MdI(t)／dt 式中：tt为线圈内部的磁场强度，B为线圈内部的磁感应强度，N为线圈匝数，E为线圈两端 的感应电压． 图3罗哥夫斯基线圈原理圈 罗哥夫斯基线圈的输出电压与电流的时间导数成正比例．采用电子线路积分和数字积分器，效 果很好．通过严格的设计及制造质量控制，目前传感器的准确度经过精细的补偿，可达到0．2级， 一般可达0．5级以上．电流范围从几十安培直到几十千安。 电压、电流传感器的技术指标： a．电压传感器 kV 额定一次电压：35／43 ．336- 额定二次电压：3．25／√3～6．5／√3 准确度等级：0．5级(0．2级) 额定工作频率：501iz 环境温度：一25℃～40℃ b．电流传感器 额定一次电流：50A～2000A 额定二次输出电压：3．25／√3～6．5／√3 准确度等级：0．2级、0．5级、1．0级 额定工作频率：50Hz 环境温度：一25℃～40℃ 一次热稳定电流Ich：25kA(4S) 新型的电压、电流传感器具有精度高，稳定性好，抗干扰能力强，动态范围大，体积小重量轻， 造价低廉等优点，在电力系统中具有广泛的应用前景，可用于开关设备的电压、电流测量及保护． 3．5插接式固体绝缘母线kV插接式单相固体绝缘母线、母线连接用的十字插头和T形插头，内部设有应力锥，外 层为半导体屏蔽层，靠硅橡胶绝缘，屏蔽层接地．优点是不受尘埃、凝露和海拔的影响、便于一次 主接线连接或分段。插接件的制造是体现设计、制造水平的～个重要方面。 3．6插接式电缆终端 插接式电缆终端有两种结构形式：外锥插接式电缆终端、内锥插接式电缆终端； 带外屏蔽层， 不受尘埃和凝露的影响．电缆通流导体截面积70～500mm2，根据额定电流大小具体选择． 内锥插接式电缆终端电场分析计算的剖分模型见图4，计算结果见图5． 图4内锥插接式电缆终端电场分析计算剖分模型 图5内锥插接式电缆终端电场分析计算等位线结语 经过西高所多年的基础研究与积累的开发经验加上国内数家企业的试制，已经有了我国自行开 发的40．5kV C-61S产品。随着多家企业的试制，产品的制造工艺、零部件的标准化、系列化程度 得到日益提高，使得产品的性能更加稳定．国内现已有数家企业具备了40．5kVC-GIS产品小批量 生产的条件。 中压C-GIS相对于普通开关柜来说技术先进．C-61S的生产是掌握先进设计、生产、检验技术 的具体体现，可大大增强企业的竞争实力． 在工程建设中使用C-GIS后综合经济效益优越，应用前景广阔。 ．338． 40.5kV柜式气体绝缘金属封闭开关设备(40.5kV C-GIS) 作者： 王平， 颜莉萍， 殷晓刚， 任稳柱 作者单位： 西安高压电器研究所 本文读者也读过(6条) 1. 闫军.闫永利.郭福根.刘磊.刘鹏飞.刘志林 运行合成绝缘子电气及机械性能的试验研究[会议论文]-2002 2. 徐禄文.王定华 新装六氟化硫断路器中SF,6气体湿度过大的探讨[会议论文]-2002 3. 魏宁.滕国利 750kV棒形悬式复合绝缘子的研制[会议论文]-2002 4. 8DA10开关柜[期刊论文]-电力系统装备2007(6) 5. 张安平.曲培斌 户外SF,6断路器在低温地区(-40℃~-50℃)可靠运行的解决措施[会议论文]-2002 6. 李建基 固封真空断路器及其固封绝缘开关柜[期刊论文]-江苏电器2008(9) 本文链接：/Conference_4106619.aspx
