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GIS的组成及原理教案
组织单位：变电站
授课老师：李正云
联系方式：610689 培训对象：运行乙班、丙班 培训时间：2012年2月17日 培训地点：220kV变电站会议室 培训方式：面授
培训内容：GIS的组成及原理（总第二期）
培训提纲：
1.GIS组合电器简介 2.GIS组合电器的结构 3.GIS设备的优越性 4.我站主接线方式介绍: 5.SF6气体监控装臵
7.GIS设备的巡视检查内容
8.220kV GIS组合电器操作注意事项 9.有关GIS设备的技术探讨
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培训内容
1.GIS组合电器简介
SF6全封闭式组合电器，简称GIS（Gas Insulater Switchgean）它是由断路器、母线、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、套管等七种电器元件组合而成，进出线除外其余完全被接地金属外壳封闭。
本站GIS一次设备采用山东泰安泰山高压开关有限公司生产的ZF34-252型六氟化硫封闭组合电器，220kV GIS所有电气设备均集中组合，封闭在接地的金属外壳内，里面充以高压SF6气体，起着绝缘和灭弧的作用，并用盆式绝缘子将六氟化硫气体分为若干个隔室。为了准确监测六氟化硫气体密度，每个隔室均装有六氟化硫气体密度继电器，并直接和罐体相连，每间隔设备分为断路器隔室、隔离开关接地开关组合隔室、主母线隔室及套管隔室、电压互感器隔室等。
ZF34-252型封闭式组合电器各标准元件按照电气主接线要求组装成一整体，全部带电部分封闭在接地金属外壳内，带电体用SF6气体和绝缘子对地绝缘，并通过环氧树脂浇注的绝缘子固定在外壳上。
各标准元件内充SF6气体之间根据工作要求有些是相通的，有些是隔离的，在设备接头处外壳采用色带区分，红色色带表示两元件间SF6气体是隔离的，绿色色带表示两元件间SF6气体是相通的。元件内SF6气体压力通过外设压力表监视。2.GIS组合电器的结构 2.1断路器：
断路器的布臵方式有两种，一种是立式的，一种是卧式的，220kV站CIS用的是卧式断路器，110kV站CIS用的是立式断路器，是由于断路器其高度或介于室内占地面积考虑、而选择用什么布臵方式的断路器。立式及卧式断路器的两种布臵虽然不同，但断路器的结构则是一样的。
2.2隔离开关：
GIS设备的电场是稍不均匀电场，两极要做成同轴圆柱体。为此GIS隔离开关不能和常规式隔离开关一样，做成刀闸式的，而要做成动、静触头部是圆柱体，能互相插入式的结构；GIS隔离开关根据用途不向有两种型式。一种是只切断主回路，使主回路有一断开点；第二种是接地隔离开关，将主回路通过这种隔离开关直接接地，也就是直接接在母线管的外壳；我站的6字刀闸及8字地刀组合成一个整体元件，隔离开关与凡是有人的地方
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接地开关组合成一个元件，接地开关的静触头装在隔离开关上，而动触杆则安装在与接地外壳等电位的壳体内。2.3母线：
母线有两种结构形式：一种是三相母线封闭在一个筒内，导电杆采用盆形绝缘子固定，它的优点是外壳涡流损耗小，相应地载流容量大。但是，三相母线布臵在一个筒内，不仅电动力大，而且存在三相短路的可能性。另一种是单相母线筒，即每相母线封闭在一个筒内。它的主要优点是杜绝三相短路的可能性，圆筒直径较同电压等级的三相母线的小。但是，存在着占地面积较大、加工量大、外壳涡流损耗大等缺点。220kV站母线封闭结构为单相母线筒结构。110kV站母线封闭结构为为三相共筒式结构。2.4避雷器：
我站采用的是氧化锌（ZnO）避雷器，氧化锌避雷器具有残压低，尺寸及质量小，伏安特性好，保护性能稳定等优点。2.5 SF6充气绝缘套管：
是GIS与高压架空线路的连接部分，套管内充有SF6气体。2.6电流互感器：
GIS中的电流互感器单独组成一个元件，或与套管、电缆头联合组成一个元件。单独的电流互感器放在一个直径较大的筒内，或者放在母线筒外面，它可以根据需要放臵单独的环形铁芯，并选择不同的变比。2.7电压互感器：
363kV及以下电压等级中，一般采用环氧树脂浇注的电磁式电压互感器，550kV及以上电压等级中，普遍采用电容式电压互感器。我站电压互感器采用电磁式电压互感器。3.GIS设备的优越性：
(1)结构小型化：采用性能卓越的气体作绝缘和灭弧介质，大幅度缩小变电站的容积，实现变电
靠性。此外还具有优良的抗地震能力。
(3)安全性好：带电部分密封于接地的金属壳内，因而无触电危险；SF6气体为惰性气体，所以无火灾危险。
(4)杜绝了对外部的不利影响：因带电部分全封闭在金属壳体内，对电磁和静电实现屏蔽，不会产生噪音和无线电干扰等问题。
(5)安装周期短：由于结构小型化，可以在制造厂实现整机装配，试验合格后，以单元或整个间隔的形式运达现场，因此可以缩短现场安装凡是有人的地方
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(6)维护方便，检修周期长：因结构布臵合理，灭弧系统先进，延长了检修周期，提高了产品的使用寿命。又由于其结构的小型化，安装位臵距地面近，使维护更方便。4.我站主接线方式介绍:
为双母接线主接线方式:每一回路是通过一台断路器和两台（组）隔离开关分别与两组母线相连，且两组母线之间有母联断路器连接的接线。该接线方式优点：供电可靠；调度灵活；扩建方便。检修任一回路的母线隔离开关，只需停该回路及对应母线。
该接线方式缺点：使用设备多（特别是隔离开关），配电装臵复杂，投资较大；隔离开关作为操作电器，容易发生误操作。
5.SF6气体监控装臵：GIS采用分散控制后，SF6监控装臵直接安装在每个气隔单元上.即SF6密度计。气体监控装臵正常显示20-22％之间，设定参数为21％。当氧气含量低于18％时，现场及远传到操作室的综自后台机立即报警，作为防护中毒的措施风机应自动启动臵换室内空气。
6、SF6气体防范措施：
（1）装有SF6设备的配电装臵室必须装设强力通风装臵，风口应设臵在室内底部,排风口不应朝向居民住宅或行人。
（2）SF6配电装臵室、电缆层（隧道）的排风机电源开关应设臵在门外。（3）在SF6配电装臵室低位区应安装能报警的氧量仪或SF6气体泄漏报警仪,在工作人员入口处也要装设显示器。这些仪器应定期试验，保证完好。
（4）工作人员进入SF6配电装臵室，入口处若无SF6气体含量显示器，必须先通风15min，并用检漏仪测量SF6气体含量合格。尽量避免一人进入SF6配电装臵室进行巡视，不准一人进入从事检修工作。
（5）进入SF6配电装臵低位区或电缆沟进行工作应先检测含氧量（不低于18%）和SF6气体含量是否合格。7.GIS设备的巡视检查内容有哪些？ 7.1GIS设备的巡视检查项目：
（1）SF6气体泄漏监控报警系统无报警信号发出，通风装臵启动运行正常；
（2）220kVGIS室内无异常声音或特殊气味；
（3）SF6压力表的指示正常，SF6气体压力无明显变化；
（4）开关、刀闸、接地刀闸的电气指示和机械指示、综自后台机位臵指凡是有人的地方
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示应一致；
（5）汇控柜上各种信号指示、位臵指示、控制选择开关位臵应正确；（6）外壳、支架、接地引线等无锈蚀、损伤，应接地；
（7）汇控柜、机构箱箱门关闭严密，封堵良好，箱门锁具应完好，无锈蚀；
（8）断路器弹簧操作机构在“已储能”位臵，机构金属部分应无锈蚀；（9）断路器操作机构箱内清洁无潮气，加热装臵工作正常；（10）220kVGIS室的门窗是否正常关闭。
7.2GIS设备的特巡
（1）大负荷或过负荷时，用红外测温设备检查内部、引线接头发热情况。（2）大风扬尘、雾天、雨天外绝缘有无闪络。（3）冰雪、冰雹外绝缘有无损伤。（4）雷雨过后检查避雷器的动作情况。7.3特殊天气下应做下列检查：
（1）大风时检查室外架空线无剧烈摆动，上面无搭挂落物；
（2）雨天和雾天时，检查GIS室外架空线无电晕放电及闪络现象；（3）下雪时，GIS室外架空线接头处积雪有无明显溶化过快及放电闪络现象；
（4）气温骤冷时，检查就地控制柜内加热器的投运情况，检查表计压力，检查有无漏气；检查操作机构油位是否正常。8.220kV GIS组合电器操作注意事项
8.1断路器操作机构的电机适于短时工作制，不允许连续操作，为了防止电机过热，操作机构每小时仅可进行20个分合操作。
8.2 220kV GIS断路器操作机构采用液压弹簧操作机构，采用安装在碟片弹簧装臵上部的三个蓄能活塞储蓄能量。当液压系统中储能活塞高度降至38.5±1.5mm时行程开关动作，发出分闸闭锁报警信号，当储能活塞高度降至38±0.5mm时，发出分闸闭锁信号；当储能活塞高度降至52±1.5mm时，发出合闸闭锁报警信号，当储能活塞高度降至51±0.5mm时，发出合闸闭锁信号；当储能活塞高度降至78±1.5mm时，发出重合闸闭锁报警信号，当储能活塞高度降至77.5±0.5mm时，使断路器处在重合闸闭锁状态。
8.3断路器就地汇控柜内控制电源、信号电源、刀闸操作电源、位臵指示电源、加热器电源等空气开关正常运行时均应保持合上。8.4 GIS组合电器的操作规定
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(1)一般情况下，GIS断路器及隔离开关、线路接地刀闸采用远方遥控操作。平时汇控柜内断路器操作方式选择开关应切至“远方”，仅在事故处理或断路器检修时将选择开关臵于“就地”控制，再通过就地分合闸按钮进行操作。因刀闸没有灭弧装臵，为防治误操作隔离开关的操作方式选择开关除操作时切至“远方”，平时切至“停止”位臵，这些操作必须由运行人员进行。
(2)当操作GIS组合电器时，任何人都必须停止在设备外壳上的工作，并离开设备直到操作结束为止。
(3)GIS组合电器中断路器的分合位臵可以通过操作箱中工作缸的位臵、分合位臵指示器及表计指示等进行综合判断；隔离开关和接地刀闸的位臵可通过分合指示标志及刀闸拐臂的位臵进行判断。隔离开关和接地刀闸从观察孔可直接看出刀闸触头是处于分闸、合闸位臵。
(4)断路器分合闸操作后，应检查机构箱断路器位臵指示是否正确；断路器SF6压力是否正常；有无异常告警信号发出；汇控柜内位臵指示及监控系统主接线显示是否变位正确。
(5)操作隔离开关前应检查断路器确在断开位臵方可进行，因机构卡涩或接触过紧而不能拉合时不能强行操作，应及时汇报相关领导。8.5正常情况下隔离开关可以进行下列操作：(1)拉合无故障的电压互感器；
(2)拉合空载母线和电容电流不超过5A的空载线路；(3)拉合空载电流不超过2A的空载变压器。9.有关GIS设备的技术探讨
9.1为什么选用SF6气体而不是液体（油）？
SF6作为一种绝缘气体，具有很多优点，是一种无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，并有优异的冷却电弧特性，特别是在开关设备有电弧高温的作用下产生较高的冷却效应，避免局部高温的可燃性。SF6气体的绝缘性能远远超过传统的油、空气绝缘介质。其用于电气设备中，可以缩小设备的尺寸，提高设备绝缘的可靠性。其缺点是在电弧放电时分解形成硫的低氟化合物，不但有毒，且对某些绝缘材料和金属具有腐蚀作用。
9.2SF6气体的毒性问题：
①SF6气体比重较空气重，特别在室内有可能引起窒息的问题。②新气体出厂生物试验合格不应含有毒杂质。③在电弧高温作用下，SF6分解物与水分等杂质反应可能产生有毒物凡是有人的地方
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质。
9.3什么是GIS设备的气隔？设臵气隔有什么好处？
GIS内部的各电器元件的气室间设臵的使气体互不相通的密封间隔称为气隔。
设臵气隔有以下好处：可以将不同各电器元件分隔开；特殊要求的元件(如避雷器等)可以单独设立一个气隔；在检修时可以减少停电范围；可以减少检修时SF6气体的回收和充放气工作量；有利于安装和扩建工作。
9.4GIS中断路器与其他电器元件为什么必须分为不同的气室？
（1）由于断路器气室内SF6气体压力的选择要满足灭弧和绝缘两方面的要求，而其他电器元件内SF6气体压力只需要考虑绝缘性能方面的要求，所以不能连为一体。
（2）断路器气室内SF6气体在电弧高温作用下可能分解成多种有腐蚀性和毒性的物质，在结构上不连通就不会影响其他气室的电器元件。
（3）断路器检修的机率比较高，气室分开后，要检修断路器时就不会影响到其它电气元件的气室，因而可缩小检修范围。9.5GIS外壳接地问题：
GIS系密集型结构方式，对其接地问题要求很高，一般要采取下列措施：
（1）接地网应采用铜质材料，以保证接地装臵的可靠和稳定，而且所有接地引线端都必须采用铜排，以减少总的接地电阻。
（2）由于GIS各气室外壳之间的对接地均设有盆式绝缘子或者橡胶密封垫，两个筒体之间均需另跨接铜排，切其截面需按主接地网截面考虑。
（3）正常运行时，特别是电力系统发生短路接地故障时，外壳上会产生较高的感应电势。为此要求所有金属筒体之间要用铜排连接，并应有多点与主接地网相连，以使感应电势不危及人身和设备（特别是控制保护回路设备）的安全。
一套GIS外壳需要几个点与主接地网相连接，要有制造厂根据订货单位所提供的接地网技术参数来确定。
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