中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì).ppt

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中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì) 中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備是體現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)理念 新的制造工藝的一類(lèi)產(chǎn)品 主要包括二大類(lèi) C GIS和氣體絕緣二次配電開(kāi)關(guān)設(shè)備 與常規(guī)開(kāi)關(guān)柜有許多不同之處 發(fā)展的時(shí)間有限 需要進(jìn)一步去探索設(shè)計(jì) 制造 檢驗(yàn) 生產(chǎn)管理等諸多方面 增加產(chǎn)品品種 提高產(chǎn)品質(zhì)量 降低成本 1 中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的主要技術(shù)基礎(chǔ) 1 1低壓力SF6氣體或混合氣體的絕緣技術(shù)1 1 1SF6氣體或混合氣體的絕緣特性高壓電器中絕緣件的設(shè)計(jì)和絕緣距離的確定是以絕緣件表面 內(nèi)部 電極表面 或氣體間隙的許用場(chǎng)強(qiáng)為依據(jù)的 電場(chǎng)不均勻程度對(duì)SF6氣體擊穿電壓的影響遠(yuǎn)比空氣為大 因此 在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取各種措施使之避免 SF6電器設(shè)備中要使電場(chǎng)設(shè)計(jì)的完全均勻幾乎是不可能的 因而在設(shè)計(jì)中大多采用稍不均勻的電場(chǎng)結(jié)構(gòu) 需要指出的是 隨著間隙距離的增加 電場(chǎng)不均勻程度亦增加 擊穿電壓的增加愈來(lái)愈慢 電壓增加出現(xiàn)飽和現(xiàn)象 因此SF6電器設(shè)備中不能單純依靠加大間隙距離來(lái)提高擊穿電壓 改善電場(chǎng)分布更為重要 提高SF6氣體的壓力是提高擊穿電壓的有效措施 但會(huì)受到強(qiáng)度 剛度 密封性的制約 稍不均勻電場(chǎng)中存在極性效應(yīng) 負(fù)極性的擊穿電壓低于正極性 不均勻電場(chǎng)中正極性的擊穿電壓低于負(fù)極性 根據(jù)空氣中的結(jié)果 并假設(shè)SF6和空氣間的絕緣強(qiáng)度的某一倍數(shù)去設(shè)計(jì)SF6氣體系統(tǒng)不會(huì)得出滿(mǎn)意的結(jié)果 不均勻電場(chǎng)的情況下 在沖擊中 由于形成空間電荷所需的時(shí)間幾乎是沒(méi)有的 所以不取決于氣體壓力 在可選用的范圍內(nèi)即使讓壓力上升閃絡(luò)電壓也不上升 1 1 2SF6氣體絕緣性能與濃度的關(guān)系 1 1 3SF6氣體絕緣性能與壓力的關(guān)系 1 1 4三種物質(zhì)接觸點(diǎn)的作用 三種物質(zhì)接觸是指金屬電極與固體絕緣子接觸時(shí) 其周?chē)慕^緣介質(zhì)是SF6氣體 而在金屬電極與固體絕緣子接觸線 點(diǎn) 上也與SF6相接觸 稱(chēng)為三物質(zhì)接觸 由于SF6氣體的介電常數(shù)比固體絕緣材料的小 在三種物質(zhì)接觸點(diǎn)上介電常數(shù)小的一側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度升高 容易出現(xiàn)碰撞電離并發(fā)展成沿面閃絡(luò) 是絕緣上的薄弱環(huán)節(jié) 1 1 5支柱絕緣子的設(shè)計(jì) 對(duì)支柱絕緣子和絕緣拉桿的基本要求是 有足夠的絕緣強(qiáng)度 能夠長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓作用 無(wú)明顯局部放電和老化現(xiàn)象 并能短時(shí)耐受絕緣水平規(guī)定的工頻電壓和沖擊電壓 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 能承受開(kāi)關(guān)操作的作用力 裝配中與運(yùn)輸中的沖擊力 以及短路電流的電動(dòng)力等 1 2低壓力壓縮空氣絕緣技術(shù) 由于壓縮空氣的獲得 處理要比SF6氣體經(jīng)濟(jì)得多 也沒(méi)有SF6氣體的溫室效應(yīng)問(wèn)題 用其作絕緣介質(zhì)對(duì)社會(huì)和用戶(hù)都有益 各種電極形狀在較低壓力的壓縮空氣中的絕緣特性有一些參考文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)過(guò) 但是能在設(shè)計(jì)中直接應(yīng)用的數(shù)據(jù)還很少 需對(duì)各種電極形狀的絕緣特性做一些實(shí)驗(yàn)研究 壓縮空氣中棒板間隙的直流閃絡(luò)電壓 1 3低壓力氣體中的載流與散熱 對(duì)于小電流C GIS 在溫升方面不存在問(wèn)題 大電流C GIS溫升是難點(diǎn) 解決溫升主要是通過(guò)降低發(fā)熱量 降低電流密度 增強(qiáng)輻射和傳導(dǎo)來(lái)解決 可采取的措施 降低導(dǎo)體損耗 控制導(dǎo)體電阻率 降低電流密度 降低回路電阻 提高接觸壓力 降低渦流損耗 提高輻射率 增大散熱表面積以及使用散熱器 提高耐熱性能 采用冷卻技術(shù) 1 4真空斷路器的開(kāi)斷技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展 真空斷路器的開(kāi)斷技術(shù)有了較大提高 開(kāi)斷能力強(qiáng) 電壽命長(zhǎng) 可靠性高 滅弧室部分免維護(hù) 允許開(kāi)合額定短路開(kāi)斷電流的次數(shù)多在20次以上 特別適合于要求頻繁操作的場(chǎng)所 這些優(yōu)點(diǎn)是其它斷路器無(wú)法比擬的 特別適合在中壓C GIS中配置 2 中壓C GIS的特點(diǎn)及設(shè)計(jì) 2 1概述2 1 1C GIS的發(fā)展簡(jiǎn)史及特點(diǎn)柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備 國(guó)際上簡(jiǎn)稱(chēng)C GIS或有稱(chēng)GIS 是一種用于10 35kV或更高電壓輸配電系統(tǒng)以接受或分配電能并能對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障情況下實(shí)行控制 保護(hù) 測(cè)量 監(jiān)視 通訊等功能的新型開(kāi)關(guān)設(shè)備 2 1 2C GIS是技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物 絕緣技術(shù)的進(jìn)步高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備隨著時(shí)代的前進(jìn)在不斷地發(fā)生變化 技術(shù)水平在不斷地提高 經(jīng)歷了敞開(kāi)式 柜式 金屬封閉 分相GIS 三相共箱GIS C GIS的變化過(guò)程 結(jié)構(gòu)狀態(tài)也經(jīng)歷了敞開(kāi) 封閉 密封 元件復(fù)合化 設(shè)備復(fù)合化的變化過(guò)程 與之相應(yīng)的絕緣技術(shù)也從空氣絕緣 油絕緣 大氣復(fù)合絕緣 高壓力SF6氣體絕緣 低壓力氣體絕緣 SF6復(fù)合絕緣的變革與發(fā)展 C GIS就是低壓力氣體絕緣 復(fù)合絕緣 固體絕緣技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物 密封箱體制造技術(shù)的進(jìn)步密封箱體的制造充分利用現(xiàn)代先進(jìn)的板材下料 折彎 焊接設(shè)備以及氦氣檢漏技術(shù) 使密封箱體的精度 剛度提高 漏氣率降低 密封箱體加工技術(shù)的提高給中壓C GIS的發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件 工程實(shí)際的需要40 5kV及以下電壓等級(jí)的開(kāi)關(guān)柜采用空氣和固體絕緣的復(fù)合絕緣技術(shù) 應(yīng)用中雖沒(méi)有大的問(wèn)題 但仍存在大氣狀態(tài)的影響 體積較大 隔一定時(shí)間要進(jìn)行監(jiān)測(cè) 清掃和維護(hù) 近年來(lái)出現(xiàn)的中壓C GIS體積更加縮小 不需要維修或少維修 實(shí)際工程中需要使用小型化 不受環(huán)境條件影響 可靠性高的開(kāi)關(guān)設(shè)備 工程建設(shè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)越 企業(yè)發(fā)展的需要中壓C GIS的技術(shù)含量高 是生產(chǎn)廠家掌握的先進(jìn)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)工藝 檢驗(yàn)技術(shù) 管理水平的具體體現(xiàn) 增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力 對(duì)市場(chǎng)而言 中壓開(kāi)關(guān)柜的用戶(hù)多 用量大 要求各不相同 用戶(hù)容易選用 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的中壓C GIS產(chǎn)品以進(jìn)口或合資企業(yè)生產(chǎn)的為主 每面柜子的售價(jià)在40萬(wàn)元人民幣左右 國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品僅占一小部分 每面柜子售價(jià)在30萬(wàn)元人民幣左右 經(jīng)過(guò)多年的研制 國(guó)內(nèi)中壓C GIS產(chǎn)品在開(kāi)發(fā) 生產(chǎn) 運(yùn)行等各方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展 積累了一定的生產(chǎn) 管理 運(yùn)行 工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 因生產(chǎn)C GIS所需的專(zhuān)用裝備還未完全到位或完善 目前仍處于小批量生產(chǎn) 2 2中壓C GIS的技術(shù)特點(diǎn)2 2 1中壓C GIS的總體結(jié)構(gòu)因解決了絕緣插接和焊接工藝問(wèn)題 7 2 40 5kVC GIS產(chǎn)品的柜體結(jié)構(gòu)有了很大變化 綜合應(yīng)用氣體絕緣 固體絕緣 界面絕緣等多種絕緣結(jié)構(gòu) 很多元件是插接式的 甚至各氣室都是獨(dú)立的 斷路器氣室 母線氣室構(gòu)成積木式結(jié)構(gòu) 單母線 雙母線組合靈活 基本組成元件及柜型中壓C GIS按柜的用途可分為進(jìn)線柜 出線柜 母聯(lián)柜 母線提升柜 測(cè)量柜等不同的柜型 對(duì)母線實(shí)現(xiàn)的主接線方式又細(xì)分為 a 單母線及單母線分段 b 雙母線及雙母線分段 按氣室的多少細(xì)分為 a 單氣室 b 二氣室 c 三氣室或多氣室 各柜型中按氣隔功能及主要組成部件可分為 斷路器氣室 三位置隔離開(kāi)關(guān) 包括母線或母線的一部分 氣室 電纜隔室 控制及儀表隔室 機(jī)構(gòu)隔室 泄壓隔室 固體絕緣母線或母線聯(lián)接器等 密封殼體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要分為三大類(lèi) a 鋼板封閉方箱型 b 鋁筒或鋼筒封閉圓筒型 c 部分圓筒 部分方箱型 進(jìn)線柜主開(kāi)關(guān)均配真空斷路器 除此外還配有三位置隔離開(kāi)關(guān) 電流互感器 電壓互感器 避雷器 多條電纜進(jìn)線 出線柜主開(kāi)關(guān)多為配真空斷路器 也可以配負(fù)荷開(kāi)關(guān)或負(fù)荷開(kāi)關(guān) 熔斷器組合電器 出線柜其他元件的配置在很多情況下與進(jìn)線柜基本一致 母聯(lián)柜主開(kāi)關(guān)為真空斷路器 還配有三位置隔離開(kāi)關(guān) 可以是左聯(lián)絡(luò) 也可以是右聯(lián)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)母線分段 根據(jù)工程需要可以選配電壓互感器 避雷器等 母線提升柜需與母聯(lián)柜配合使用 不再配主開(kāi)關(guān) 配有母線電流互感器 三位置隔離開(kāi)關(guān) 根據(jù)工程需要可以選配電壓互感器 避雷器等 C GIS中非常重要的一個(gè)元件就是母線聯(lián)接器 其作用是 當(dāng)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝拼柜時(shí) 在不打開(kāi)密封箱體上的密封蓋板的情況下采用插接結(jié)構(gòu)使兩個(gè)柜體間的母線在電路上連通并承載額定電流 同時(shí)在兩柜之間的主母線導(dǎo)體與金屬外殼間建立固體的界面絕緣 用類(lèi)似結(jié)構(gòu)也可解決其它高壓元件的絕緣插接 總體布置采用了新型的硅橡膠連接頭 C GIS結(jié)構(gòu)由箱式向鎧裝式發(fā)展 形成互不影響的獨(dú)立氣室 積木式結(jié)構(gòu) 組合靈活 以低壓力SF6氣體作為絕緣介質(zhì) 在諸多方面與空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜 GIS存在較大的區(qū)別 利用方形容器布置高壓元件 專(zhuān)用的真空滅弧室 使中壓C GIS外形尺寸大大減小 專(zhuān)用的三位置隔離開(kāi)關(guān)及其操動(dòng)機(jī)構(gòu) 將隔離 接地復(fù)合為一體 在實(shí)現(xiàn)接通 隔離 接地功能的同時(shí) 減少了元件數(shù) 降低了制造成本 提高了可靠性 按智能化的要求配置新型傳感元件 縱觀各種類(lèi)型的中壓C GIS 可以明顯的看出總體結(jié)構(gòu)與母線的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系 母線的結(jié)構(gòu)對(duì)總體結(jié)構(gòu)有限制要求 為了使母線在現(xiàn)場(chǎng)便于安裝 總體結(jié)構(gòu)自然就順應(yīng)母線結(jié)構(gòu)來(lái)確定了 一次主回路僅母線 三位置隔離開(kāi)關(guān) 斷路器三個(gè)主要模塊 按它們的相對(duì)位置總體結(jié)構(gòu)可以劃分為三大類(lèi) 上中下布置 下中上布置 后中前布置 總體結(jié)構(gòu)給人感覺(jué)是更多地吸收了常規(guī)開(kāi)關(guān)柜的技術(shù) 實(shí)際上是GIS技術(shù)與開(kāi)關(guān)柜技術(shù)的有機(jī)結(jié)合 目前有三種類(lèi)型母線結(jié)構(gòu)并存 氣體絕緣母線 插接式固體絕緣母線 充氣母線室 母線連接器 充氣絕緣母線 母線連接器或插接式固體絕緣母線的使用解決了現(xiàn)場(chǎng)不用抽真空 充氣等處理SF6氣體的問(wèn)題 優(yōu)點(diǎn)除了不受塵埃和凝露的影響外 便于母線連接 分段或改接 上中下布置的典型產(chǎn)品有日本三菱公司的HS X型 FUJIELECTRIC公司C GIS2100型 SIEMENS公司的NXPLUS型 ABB公司ZX2型 非常適合于插接式固體絕緣母線 或者充氣母線室 母線連接器 三菱公司HS X型12 24kVC GIS 西高所開(kāi)發(fā)的XGN46 40 5 Z T1250 25型C GIS結(jié)構(gòu)示意圖 下中上布置的典型產(chǎn)品有ABB公司的ZX1 2 非常適合于充氣母線室 母線連接器 ABB公司ZX1 2型12 40 5kVC GIS 后中前布置的典型產(chǎn)品有AREVA公司的WS型12 40 5kVC GIS 非常適合于氣體絕緣母線 AREVAWS型12 40 5kVC GIS 2 2 2典型產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù) 主要幾家公司典型產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)為 額定電流1250 2500A 40 5kV級(jí)1min工頻耐受電壓85kV或個(gè)別95kV 雷電沖擊耐受電壓185kV 額定短時(shí)耐受電流31 5kA 額定峰值耐受電流80kA 額定短路開(kāi)斷電流31 5kA SF6氣體額定壓力 20 時(shí) 表壓 0 05MPa及以下 外形尺寸 當(dāng)額定電流1250A及以下時(shí)柜寬600或以下 額定電流1250A以上時(shí)柜寬800 柜高2300左右 柜深1700左右 2 2 3絕緣結(jié)構(gòu) 使用的絕緣類(lèi)型有氣體絕緣 沿面絕緣 固體絕緣 界面絕緣 氣體絕緣 在主回路導(dǎo)體與密封箱體之間用SF6氣體絕緣 沿面絕緣 用固體絕緣件作介質(zhì) 構(gòu)成主回路導(dǎo)體 斷路器 隔離開(kāi)關(guān)的電極等的帶電部分與密封箱體之間的對(duì)地絕緣或?qū)w間的相間絕緣 SF6氣體中的沿面絕緣特性取決于最大電場(chǎng) 一產(chǎn)生電暈就很容易引起沿面的閃絡(luò) 所以即使在絕緣件的沿面上也必須有為實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)衰減的結(jié)構(gòu) SF6氣體 電極以及絕緣件接觸的部分會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)上升現(xiàn)象 對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生影響 成為絕緣上的薄弱點(diǎn) 固體絕緣 采用環(huán)氧樹(shù)脂材料作絕緣介質(zhì) 中間是高壓導(dǎo)體 澆注成形 表面通過(guò)液態(tài)金屬?lài)婂兎ㄟM(jìn)行鋅噴鍍或通過(guò)涂敷半導(dǎo)電層等方法設(shè)置一接地的金屬層或半導(dǎo)電層 中間高壓導(dǎo)體與接地的金屬層或半導(dǎo)電層間靠固體絕緣材料耐受電壓 表面層粘合力大小與噴鍍的種類(lèi) 粒度 金屬?lài)婂儤?膜厚等有關(guān) 表面層萬(wàn)一發(fā)生碰撞 剝落 其端部就會(huì)造成局部放電的發(fā)生 界面絕緣 將硅橡膠等彈性材料壓接在環(huán)氧樹(shù)脂的面上 用該界面維持絕緣 與表面壓力 界面光潔度 V t特性有關(guān) 2 2 4新型密封殼體結(jié)構(gòu)及密封殼體的焊接 檢漏工藝技術(shù) 新的板金工藝應(yīng)用 即激光切割 折彎 焊接 鉚焊 由于激光切割的高靈活性 高精度 三維設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟與普及 可以應(yīng)用更加合理 美觀 成本低 質(zhì)量高 工期短的設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)與新的工藝流程 新的焊接工藝應(yīng)用 即激光焊接 由于激光焊接的高精度 非常小的熱影響區(qū) 高的穿透性 應(yīng)用新焊接結(jié)構(gòu) 加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)與新的工藝流程 使焊接后的部件無(wú)變形或小變形 剛度大大提高 焊縫質(zhì)量大大提高 外形美觀 螺柱焊接工藝的應(yīng)用 即螺柱焊技術(shù) 由于螺柱焊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 熱影響區(qū)小 高的焊接強(qiáng)度以及靈活性好 應(yīng)用于板上或筋上 容易實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接 螺紋尺寸M3 M20都可選用 焊后的部件無(wú)變形 焊縫質(zhì)量可靠 外形美觀 同步抽真空工藝和氦檢漏技術(shù)的應(yīng)用 中壓C GIS在生產(chǎn) 正常運(yùn)行的中 承受的正壓力多在0 08MPa以下 而生產(chǎn)中抽真空的過(guò)程中承受的負(fù)壓力 約為0 1MPa 為了減少密封箱體在制造過(guò)程中受到較大壓力差的不利影響 采用了抽真空工藝 即 密封箱體放入比其略大的密封容器內(nèi) 密封箱體 密封容器同時(shí)抽真空 維持二者間的壓力差小于0 03MPa 最終二者都抽至真空 氦檢漏技術(shù)就是利用抽真空工藝在二者同步都抽至真空的條件下 向密封箱體注入氦氣 在密封容器內(nèi)收集氦氣的數(shù)量 快速 高精度測(cè)量密封箱體的年泄漏率 在確定密封箱體的年泄漏率合格的情況下 回收氦氣 然后 同時(shí)向密封箱體充入絕緣氣體 SF6或N2 向密封容器充入空氣 并維持二者間的壓力差小于0 03MPa 密封容器充大氣壓后 密封箱體充至額定壓力 采用這種工藝首先對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染 其次檢測(cè)精度高 可檢測(cè)年泄漏率0 01 再者檢測(cè)效率高 最后密封箱體不會(huì)因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程收受大于額定充氣壓力的壓力 不至使密封箱體過(guò)于變形 2 2 5真空斷路器和真空滅弧技術(shù) 中壓C GIS中配置的斷路器要求開(kāi)斷能力強(qiáng) 電壽命長(zhǎng) 可靠性高 滅弧室部分免維護(hù) 真空滅弧室的絕緣性能好 觸頭開(kāi)距小 電弧電壓低 電弧能量小 開(kāi)斷時(shí)表面燒損輕微 因此 真空斷路器的機(jī)械壽命和電壽命都很高 通常機(jī)械壽命和開(kāi)合負(fù)載電流的壽命都在萬(wàn)次以上 允許開(kāi)合額定短路開(kāi)斷電流的次數(shù)多在20次以上 特別適合于要求頻繁操作的場(chǎng)所 這是其它斷路器無(wú)法比擬的 因此中壓C GIS中90 配置的是真空斷路器 2 2 6三位置隔離開(kāi)關(guān) 三位置隔離開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)分為直動(dòng)導(dǎo)電桿型與轉(zhuǎn)動(dòng)閘刀型兩大類(lèi) 布置方式有沿柜寬布置三相的正裝和沿柜深方向布置三相的側(cè)裝 均為三相機(jī)械聯(lián)動(dòng) 聯(lián)動(dòng)桿有兩種類(lèi)型 轉(zhuǎn)動(dòng)式三相聯(lián)動(dòng) 可以是一根轉(zhuǎn)軸同時(shí)帶動(dòng)三相刀閘轉(zhuǎn)動(dòng) 也可以是三根轉(zhuǎn)軸通過(guò)變換成為同時(shí)分別帶動(dòng)三相導(dǎo)電桿的直動(dòng) 平動(dòng)式三相聯(lián)動(dòng) 可以是一根拉桿同時(shí)帶動(dòng)三相刀閘轉(zhuǎn)動(dòng) 也可以是由三根拉桿同時(shí)分別帶動(dòng)三相刀閘轉(zhuǎn)動(dòng) 2 2 7傳感技術(shù) 新型數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù) 采用了現(xiàn)代傳感技術(shù) 配置了多種傳感器 如電流 電壓傳感器 位置傳感器 密度傳感器等 將新型科技成果應(yīng)用于中壓C GIS 實(shí)現(xiàn)了傳感元件數(shù)字化 利用數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù) 以實(shí)現(xiàn)中壓C GIS產(chǎn)品的就地或遠(yuǎn)程控制 保護(hù) 測(cè)量 通訊 顯示 監(jiān)視 故障錄波和事件記錄等功能以及智能化 電子式電流電壓互感器是電力系統(tǒng)中測(cè)量 保護(hù)和計(jì)量電壓電流參量的一種新的技術(shù)方案 隨著電力系統(tǒng)向數(shù)字化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展 電子式互感器替代傳統(tǒng)電磁式互感器是一個(gè)必然的趨勢(shì) 2 3中壓C GIS產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì) 研究非SF6氣體的絕緣特性 新型絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 制造技術(shù)的研究 開(kāi)斷技術(shù)的研究 重要零部件裝配前的無(wú)損探傷檢測(cè) 如絕緣子無(wú)損探傷檢測(cè) 密封箱體探傷檢測(cè)等 智能化 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè) 建立計(jì)算機(jī)輔助維護(hù)系統(tǒng) 故障診斷系統(tǒng) 降低成本 專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn) 流水線裝配 研究絕緣件老化的在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng) 研究預(yù)防故障事故的保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng) 強(qiáng)調(diào)模擬工具的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 3 1概述近十年來(lái) 新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn) 可自由擴(kuò)展的SF6環(huán)網(wǎng)柜得到進(jìn)一步發(fā)展 配用新型SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān) 常將兩個(gè)進(jìn)出線 一個(gè)變壓器保護(hù)的三單元做成間隔式或一體式結(jié)構(gòu) 然后根據(jù)需要擴(kuò)展為更多單元集成的二次配電用開(kāi)關(guān)柜 密封殼體用2 5 3mm普通鋼板或不銹鋼焊接而成 壽命期內(nèi)一次性密封 提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性 減少了運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化 負(fù)荷開(kāi)關(guān)即可電動(dòng)亦可手動(dòng)分 合閘 保護(hù)變壓器用的組合電器為電動(dòng)或手動(dòng)合閘 彈簧儲(chǔ)能脫扣分閘 3 環(huán)網(wǎng)柜與二次配電用多回路開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì) 3 2環(huán)網(wǎng)柜與二次配電用多回路開(kāi)關(guān)柜技術(shù)特點(diǎn) 3 2 1總體結(jié)構(gòu)及參數(shù)國(guó)外多回路配電柜品種較多 且系列化 因是限定在配電網(wǎng)使用參數(shù)上基本相差不大 從表中可以看出 主要技術(shù)參數(shù)可以歸納如下 額定電壓 7 2 12 17 5 24 少數(shù)達(dá)36kV 額定電流 200 400 630 個(gè)別產(chǎn)品母線部分達(dá)1250A 額定短時(shí)耐受電流 16 20 25kA 額定峰值耐受電流 40 50 63kA 外形尺寸 柜寬多為350mm左右 最小柜寬為210mm 3 2 2密封箱體一次性密封 一般設(shè)計(jì)為密封壓力系統(tǒng) 殼體由2 5 3mm的鋼板或不銹鋼焊成 通過(guò)整板折彎可使得焊縫長(zhǎng)度最短 壽命期內(nèi)一次密封 在箱體上僅有連接高壓電纜和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的孔 不需要維護(hù)充氣隔室 為了防止內(nèi)部電弧故障引起爆炸 在殼體上裝有防爆膜片 3 2 3配用簡(jiǎn)單開(kāi)斷的負(fù)荷開(kāi)關(guān) 配用負(fù)荷開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)如下功能 a 控制回路 開(kāi)合負(fù)荷電流 過(guò)載電流 b 配合熔斷器實(shí)施故障電流和過(guò)載電流保護(hù) c 用以開(kāi)合并聯(lián)電抗器 電動(dòng)機(jī) 配電線閉環(huán)電流 電容器組 空載電纜 d 實(shí)施配電線路 含環(huán)網(wǎng)配電 分段和重構(gòu)功能 負(fù)荷開(kāi)關(guān)有多種結(jié)構(gòu)型式 有去離子?xùn)攀?真空式 壓氣式 但大多數(shù)公司都采用SF6作滅弧介質(zhì) 這是因?yàn)镾F6有優(yōu)良的滅弧性能且SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)僅開(kāi)斷額定電流 而不開(kāi)斷短路電流 成本比較低廉 在壓氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)中又有直動(dòng)式和回轉(zhuǎn)式 直動(dòng)式負(fù)荷開(kāi)關(guān)導(dǎo)電桿上下直線運(yùn)動(dòng) 合 分電路 旋轉(zhuǎn)式負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān) 導(dǎo)電桿及其附件旋轉(zhuǎn)形成氣吹 并形成單斷口或雙斷口 一般行程較短 依靠聯(lián)合使用的高壓熔斷器可以開(kāi)斷大到網(wǎng)絡(luò)的短路電流 去離子?xùn)旁?在開(kāi)關(guān)分?jǐn)鄷r(shí) 閘刀的運(yùn)動(dòng)使電弧拉長(zhǎng) 在電動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下 電弧移到去離子?xùn)牌?并被分割成若干串聯(lián)的短電弧 但電弧被驅(qū)動(dòng)到特別設(shè)計(jì)的去離子?xùn)艃?nèi)時(shí) 電弧就被冷卻 當(dāng)電流過(guò)零時(shí) 如果刀閘已經(jīng)到達(dá)能承受暫態(tài)恢復(fù)電壓 TRV 的位置 電弧就熄滅了 依此原理 燃弧時(shí)間能被限制在10ms以?xún)?nèi) 3 2 4使用限流熔斷器對(duì)終端變壓器或饋電線路出線保護(hù) 負(fù)荷開(kāi)關(guān) 限流熔斷器可實(shí)現(xiàn)如下功能 a 控制 開(kāi)合 隔離變壓器及其配送回路 b 對(duì)中壓變壓器的中壓側(cè) 變壓器及低壓配電回路內(nèi)的短路電流及過(guò)載電流進(jìn)行保護(hù) c 快速有效地在10ms以?xún)?nèi)切除變壓器內(nèi)部故障 從而有效保護(hù)變壓器安全 組合電器較之?dāng)嗦菲饔腥缦聝?yōu)點(diǎn) a 在配電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)合 負(fù)荷開(kāi)關(guān)斷口具有隔離斷口的性能 熔斷器有限制過(guò)電流產(chǎn)生的熱和電動(dòng)效應(yīng)的特性 保證與斷路器等同性能的情況下 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 體積小 制造成本低 b 熔斷器對(duì)過(guò)載或短路電流具有感識(shí)性能 并通過(guò)撞擊器動(dòng)作觸發(fā) 可以不需要外圍的二次輔助設(shè)備和裝置 c 運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單 負(fù)荷開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 熔斷器動(dòng)作后僅限于更換熔斷件 d 對(duì)故障的反映速度快 故障電流直接自能地啟動(dòng)熔斷器及其撞擊器動(dòng)作 而斷路器不能超越繼電保護(hù)響應(yīng)和其機(jī)構(gòu)的固有分閘時(shí)間 e 熔斷器的限流截?cái)嗪驮释ㄌ匦?降低了與之串聯(lián)的回路中所有元件的動(dòng)熱穩(wěn)定性能要求 3 2 5配用輕型斷路器擴(kuò)展使用場(chǎng)合 二次配電的首端 容量較大 額定電流 短路電流更大 需要配用斷路器 二次配電中配用的斷路器容量都不大 額定電流1250A 額定短路開(kāi)斷電流25kA 斷路器可實(shí)現(xiàn)如下功能 作為環(huán)網(wǎng)柜 開(kāi)閉所等進(jìn)線開(kāi)關(guān) 有效承載和保護(hù)所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)較大故障電流 配合數(shù)字式綜合繼電器作為出線開(kāi)關(guān) 有效承載所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)稍大的額定電流 有效承載和保護(hù)所轄中壓配電系統(tǒng)內(nèi)較大故障電流 3 2 6通過(guò)柜型擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜其它功能 通過(guò)柜型擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)與一般開(kāi)關(guān)柜相等的其他功能 設(shè)置繼電器 計(jì)量元件 通訊元件 補(bǔ)償電容器 避雷器 智能化單元可實(shí)施計(jì)量 保護(hù) 無(wú)功補(bǔ)償 遙訊 遙控 遙測(cè)等配電自動(dòng)化功能 3 2 7便于現(xiàn)場(chǎng)安裝的電纜插接件 電纜插接件 用于線路進(jìn) 出線的聯(lián)接 一般做成全屏蔽型 安全可靠 電纜插頭有內(nèi)錐式和外錐式兩種 其形狀有直式 彎角式和T型 額定電流一般在200 630A 美國(guó) 法國(guó) 德國(guó)等國(guó)家都制定有電纜插頭件的標(biāo)準(zhǔn) 3 2 8更多地采用數(shù)字化二次控制回路 二次控制回路 國(guó)外比較先進(jìn)的產(chǎn)品 二次元件已采用了傳感技術(shù)和數(shù)字技術(shù) 二次控制回路采用集成方式就地或遠(yuǎn)程控制 保護(hù) 計(jì)量 監(jiān)視 通訊為一體的微機(jī)控制管理系統(tǒng)模塊 使多回路配電開(kāi)關(guān)柜向小型化 模塊化 智能化方向發(fā)展 3 2 9友好的操作界面 操動(dòng)機(jī)構(gòu)位于正面 設(shè)計(jì)了友好的操作界面 確保操作人員和維護(hù)人員的安全 設(shè)有觀察窗 可以監(jiān)視主開(kāi)關(guān) 接地開(kāi)關(guān)的觸頭運(yùn)行狀態(tài) 一次線路模擬單線圖和模擬顯示器可以顯示開(kāi)關(guān)內(nèi)部狀態(tài) 使操作簡(jiǎn)捷 正確 安全 3 2 10柜體的小型化 柜體的小型化 使用了三工位負(fù)荷開(kāi)關(guān) 有效地減少零部件數(shù)量 整體結(jié)構(gòu)更緊湊 限流熔斷器也向小型化發(fā)展 兩者結(jié)合 柜體越來(lái)越小 柜體采用鎧裝結(jié)構(gòu) 母線室與開(kāi)關(guān)室之間 開(kāi)關(guān)室與電纜室之間均有金屬隔板 防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP67 3 2 11在全封閉系統(tǒng)中進(jìn)行氣體處理 SF6氣體在制造過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)都有泄漏或排放倍受關(guān)注 現(xiàn)在通過(guò)設(shè)計(jì)可使SF6在制造過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)安裝的全部過(guò)程都處于一個(gè)總的封閉系統(tǒng)中 消除了制造中SF6的泄漏或排放 消除了現(xiàn)場(chǎng)氣體的處理問(wèn)題 采取的工藝措施是把焊接完成后的環(huán)網(wǎng)柜放入一個(gè)特殊的容器中 此容器的作用是在抽真空過(guò)程中提供一個(gè)不變的壓差以及用作檢查泄漏和對(duì)箱體充入氣體 3 3組合電器設(shè)計(jì)中幾個(gè)典型問(wèn)題的考慮 3 3 1額定短路開(kāi)斷電流3 3 2額定電流3 3 3轉(zhuǎn)移電流的確定3 3 4交接電流的確定3 3 5熔斷器的低過(guò)電流特性3 3 6熔斷器 負(fù)荷開(kāi)關(guān) 變壓器的配合 3 4西高所開(kāi)發(fā)的固定式氣體絕緣二次配電開(kāi)關(guān)設(shè)備 3 4 1產(chǎn)品特點(diǎn) 所有高壓帶電部件全部密封在低壓力SF6氣體中 實(shí)現(xiàn)小型化 輕量化 模塊化設(shè)計(jì) 由不同模塊組合實(shí)現(xiàn)各種主接線 并可根據(jù)需要變換組合方式形成多回路開(kāi)關(guān)系統(tǒng) 不受環(huán)境條件影響 采用不同界面絕緣結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)高壓部件的插接與柜體的擴(kuò)展 全屏蔽電纜進(jìn)出線 可配用斷路器或斷路器柜 可配用高壓監(jiān)視元件 綜合數(shù)字式繼電器 可配高壓計(jì)量柜 可加裝遙控和監(jiān)控單元 具有以下幾種基本柜型 兩進(jìn)一出環(huán)網(wǎng)柜 負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜 負(fù)荷開(kāi)關(guān) 熔斷器組合電器柜 斷路器柜 高壓計(jì)量柜 母線提升柜 母線分段柜 還可派生成其它產(chǎn)品 戶(hù)外SF6環(huán)網(wǎng)柜 戶(hù)外開(kāi)閉所 柱上SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān) 箱式變電站 3 4 2主要技術(shù)參數(shù) 環(huán)網(wǎng)柜主要技術(shù)參數(shù)額定電壓kV 12額定電流A 6301001min工頻耐受電壓kV 42雷電沖擊耐受電壓kV 75額定有功負(fù)載開(kāi)斷電流A 630轉(zhuǎn)移電流開(kāi)斷能力A 1700額定短路關(guān)合電流kA 50額定短路開(kāi)斷電流kA 31 5 斷路器主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓kV 12額定電流A 6301min工頻耐受電壓kV 42雷電沖擊耐受電壓kV 75額定短路開(kāi)斷電流kA 20額定短路關(guān)合電流kA 50額定短時(shí)耐受電流kA 20額定短路持續(xù)時(shí)間s 4額定峰值耐受電流kA 50分閘時(shí)間ms 35 60合閘時(shí)間ms 40 80 3 4 3外形及尺寸 環(huán)網(wǎng)柜軸視圖 1050 1400 810 二進(jìn)一出 350 1400 810 單柜 負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜軸視圖 組合電器柜軸視圖 負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜單獨(dú)使用情況側(cè)視圖 環(huán)網(wǎng)柜與負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜并柜正面示意圖 操動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 負(fù)荷開(kāi)關(guān)示意圖 斷路器柜側(cè)面剖視圖 斷路器柜正視圖 戶(hù)外環(huán)網(wǎng)柜 斷路器單獨(dú)使用情況 打開(kāi)門(mén)板后軸視圖 計(jì)量柜正面剖視圖 母線分段柜 帶電流互感器 正面剖視圖 3 4 4發(fā)展趨勢(shì) 隨著城市用電負(fù)荷的不斷增長(zhǎng) 對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高 高性能的環(huán)網(wǎng)配電 多回路配電 開(kāi)閉所等已成為二次配電系統(tǒng)中不可替代的重要設(shè)備之一 特別是可擴(kuò)展式的SF6多回路配電設(shè)備逐漸成為主導(dǎo)設(shè)備 隨著數(shù)字技術(shù) 集成化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的廣泛應(yīng)用 多回路配電單元的二次控制技術(shù)將會(huì)得到很大的發(fā)展 小型化 模塊化 組合化 低成本 多功能 智能化 防水型 地埋型 4 中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)組織 國(guó)內(nèi)現(xiàn)在具有的產(chǎn)品品種多種多樣 技術(shù)來(lái)源渠道各不相同 有自行開(kāi)發(fā)的 有分別引進(jìn)歐洲 日本 韓國(guó)及我國(guó)臺(tái)灣的 也有技術(shù)合作的 許多產(chǎn)品的技術(shù)水平代表著世界先進(jìn)水平 但生產(chǎn)規(guī)模都不大 投資也較少 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 可將C GIS的生產(chǎn)規(guī)模大致劃分為3個(gè)層次 大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn) 中等規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn) 小規(guī)模半自動(dòng)化生產(chǎn) 大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn) 投資規(guī)模5000萬(wàn)元以上 使用的關(guān)鍵設(shè)備主要包括激光切割機(jī) 激光焊接機(jī) 螺柱焊接機(jī) 氦檢漏裝置 焊接質(zhì)量可靠性靠設(shè)備 工裝 工藝以及人員的素質(zhì)保證 裝配方式為流水線裝配 按工位進(jìn)行 完全靠工裝 夾具保證 配合氣動(dòng)工具 裝配質(zhì)量有工裝 夾具保證 人為因素得到改善和控制 生產(chǎn)效率高 國(guó)外大公司及其在國(guó)內(nèi)的合資企業(yè)都采用這種方式 上海天靈開(kāi)關(guān)廠已開(kāi)始采用這種條件的生產(chǎn)方式 國(guó)內(nèi)還有2 3家企業(yè)正在進(jìn)行生產(chǎn)條件改造以能夠采用這種生產(chǎn)方式 中等規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn) 投資規(guī)模2000萬(wàn)元左右 使用的關(guān)鍵設(shè)備主要包括激光切割機(jī) 自動(dòng)氬弧焊機(jī) 螺柱焊接機(jī) 鹵素檢漏儀 焊接質(zhì)量可靠性部分靠設(shè)備 工裝 工藝保證 裝配方式為部裝后總裝 有主要的工裝 夾具 配以電動(dòng)工具 生產(chǎn)效率居中 裝配質(zhì)量與人員的素質(zhì) 人為因素有較大的關(guān)系 國(guó)內(nèi)個(gè)別大企業(yè)具備采用這種方式的條件 小規(guī)模半自動(dòng)化生產(chǎn) 投資規(guī)模500萬(wàn)元左右 使用的設(shè)備主要包括激光切割機(jī) 自動(dòng)及手工氬弧焊機(jī) 螺柱焊接機(jī) 鹵素檢漏儀 焊接質(zhì)量可靠性依靠人員的技能保證 設(shè)備 工裝 工藝所占成分較少 人員的素質(zhì)所占成分很大 裝配方式為部裝后總裝 有少量的工裝 夾具 配以主要的電動(dòng)工具 生產(chǎn)效率較低 裝配質(zhì)量與人員的素質(zhì) 情緒很大關(guān)系 國(guó)內(nèi)一些剛介入C GIS生產(chǎn)的中小企業(yè)以這種方式生產(chǎn)少量的樣機(jī) 5 使用與維護(hù) 配變電設(shè)備維護(hù)方法的變革經(jīng)歷了事后維護(hù) 檢查維護(hù) 預(yù)防維護(hù) 傳感技術(shù)和信息處理技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮了重要作用 所謂預(yù)防維護(hù)是指按照計(jì)劃或特定的事件之后進(jìn)行的活動(dòng) 包括下列內(nèi)容 與時(shí)間有關(guān)的項(xiàng)目 潤(rùn)滑 檢查充氣水平 更換過(guò)濾器 與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的項(xiàng)目 根據(jù)操作次數(shù) 分合電流的累計(jì) 檢查 更換觸頭 更換滅弧介質(zhì) 與環(huán)境有關(guān)的項(xiàng)目 清掃 更換腐蝕零件 原則上 在確保安全的同時(shí) 盡可能地一邊繼續(xù)供電 一邊進(jìn)行維護(hù)作業(yè) 推斷何時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障計(jì)劃維護(hù)中非常重要