145kV GIS的研制与应用

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2014）04-0343-01、

摘要：介绍了作者本人研制145kv gis的开发过程和产品特点，对GIS各个模块进行了深入分析研究。研制了参数高、技术先进、安全可靠的气体绝缘金属封闭开关设备对于所有电压等级都具有很强的借鉴意义。

关键词：145kV 研制 GIS

引言

当前国际上145kV电压等级电网主要分布在欧洲及东南亚地区。为适应国际市场需求，145kV的研发试制工作在充分的市场需求电压及同类产品的特性比对后，做出了145kV电压等级GIS的研发方案。

作者参与研发了具有完全自主知识产权的145kV GIS项目。该GIS断路器额定开断电流40kA；GIS额定电流3150A。以上参数已经达到国际先进水平，可以满足我国新型电网的需求。

1、产品结构

145kV GIS由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、母线、进出线套管、电压互感器、避雷器等单元组成，元件采用积木式的设计，有多种便于组合的法兰件，为变电站、电厂的布置提供高度灵活性。GIS采用铝外壳，重量轻，传导性好，无涡流损耗，并有很高的抗腐蚀性能。

2.1断路器

800kV GIS用断路器是在公司800kV罐式断路器的基础上研制的，产品重量轻、操作功小、抗震性能好、主要技术参数高、安装调试方便、运行可靠，断路器配HDA液压操动机构。

1）断路器的灭弧室设计与公司在产126kV GIS断路器、126kV罐式断路器、设计方案相同，该类型断路器设计结构经典、成熟，生产制造经验丰富。

2）断路器采用直动式灭弧室结构，操动机构安装在断路器一端，采用直动运动方式，工作缸与灭弧室的两个断口在同一轴线上，传动过程中也没有拐臂的转换，避免采用中间变直机构转换运动方向，因此在传动结构上该断路器具有结构简单、传动环节少、可靠性高、操作功小的特点。灭弧室操动步骤见图1。

3）使用先进的计算软件，开展了断路器灭弧室开合性能，本体绝缘，传动机构、大功率操动机构、SF6充气套管屏蔽结构的研究工作，对该产品的电场、气流场、开断能力、液压机构操作功和分合闸特性进行了分析计算，对产品的结构进行了校核。

4）电动操动机构采用模块式结构，结构简单，零件量少，通用性强，性能可靠且便于检查。

5）根据IEC和我国相关标准，断路器在国家高压电器质量监督检验中心西安高压电器研究院顺利通过了绝缘试验、容量试验，在机械工业高压电器产品质量检测中心顺利通过了温升试验和机械寿命试验等型式试验（10000次），进一步验证了其具有的高可靠性。

2.2隔离开关

隔离开关的主要功能是将GIS 各元件进行隔离，形成有效可见断口，从而在被隔离并已安全接地的元件上进行检修。

隔离开关在开合小电流时，因GIS内部产生LC电磁振荡可能产生波头很陡、频率很高的操作过电压（VFTO），若设计不当VFTO可高达2.8（p.u.），对电网及人生安全产生危害。145kV GIS隔离开关采取了如下设计方法：

1）触头的屏蔽罩优化设计，防止电弧漂移接地的有效措施。

2）断口电场均匀分布，可防止在VFTO作用下对地闪络和减少电弧重燃。

3）提高隔离开关的分合闸速度以减少电弧重燃次数。

4）动、静主触头设计了铜钨合金的弧触头，避免了触头表面因燃弧时间长可能烧损严重而影响断口绝缘。

2.3接地开关

接地开关为两种型式：检修用接地开关和快速接地开关。检修用接地开关用于在维修、大修或安装期间把GIS的各个对地绝缘部份接地，以便保护人身安全。快速接地开关可以关合短路电流、开合电磁感应电流和静电感应电流。另外，可以通过带绝缘法兰的接地开关，在不打开外壳的情况下，对GIS的某些装置进行各种试验，例如，试验电流互感器、测量断路器的操动时间、测量主回路电阻等。

2.4电流互感器

电流互感器采用常规的电磁式外置结构。铁心位于壳体的外侧，确保壳体和导体之间的电场完全不受干扰；壳体内的返回电流被绝缘层隔断，保证测量准确。由于145kV电流互感器线圈质量大，对支撑罐体强度要求高，通过Creo软件仿真模拟设计，在罐体端侧设置加强筋，有效解决了强度问题。

2.5盆式绝缘子

盆式绝缘子是GIS的关键元件之一，其性能会直接影响产品的可靠性。设计上从以下几个方面考虑，以提高产品可靠性。

1）运用有限元分析软件Ansys对盆式绝缘子的机械强度及电场强度进行了分析计算，确保设计质量。由于盆式绝缘子结构具有轴对称特点，所以采用轴坐标平面分析方法对其轴截面的一半进行研究（边界条件：中心导体施加雷电冲击耐受电压650kV，罐体施加0电位）。其中导体上最大场强15.49 kV/mm，盆式绝缘子沿面最大场强7.855 kV/mm，低于0.5 MPa SF6气体的气体间隙击穿场强24kV/mm和沿面击穿场强12kV/mm。

2）盆式绝缘子除了完成了标准规定的型式试验项目，还适当提高了标准参数的绝缘试验，有较高的安全裕度，提高了GIS的可靠性。

3）盆式绝缘子设计为带金属法兰环结构。法兰环可以阻挡阳外部环境对绝缘子的不良影响；组装时金属法兰承受螺栓紧固力，防止绝缘件承受过高的紧固而破裂；整个GIS外壳电气联通，壳体之间不必再装接地线，简洁、美观。

2.6母线

母线导体为管状铝合金，导体连接采用插入式触头结构，这种滑动接触允许在温度增高时，导体有一个轴向的伸长，而不会在盆式绝缘子上造成任何的机械应力。外壳由无缝铝合金管与铸铝法兰焊接而成，铸铝法兰为锥形变径设计，两端采用较大直径，以保证壳体连接处及盆式绝缘子安装部位有较大的绝缘裕度，中间部位为较均匀同轴电场。为了连接各个独立的GIS元件，为了改变方向、热神长和分支，还设计了积木式的连接单元。同时还设计了安装与温补伸缩节，可以有效的补偿由安装或温度变化而产生的误差。

2.7套管

套管可选用瓷套管或复合套管，套管为充气式结构。套管由上法兰、上均压环、套管、中心导体、中间电位屏蔽罩、接地屏蔽罩以及下法兰等元件构成。

3、结束语

新型145kV GIS是作者本人全程参与的自主研制，拥有完整自主知识产权的超高压气体绝缘金属封闭开关设备，产品通过了所有型式试验项目，技术水平高，满足了我国145kV电网建设的迫切需求，为我国电力发展提供了可靠性的保障。

参考文献：

[1]西安高压电气研究院有限责任公司.断路器的可靠性及提高技术.2010.

[2]黎斌.SF6高压电器设计 [M].北京：机械工业出版社，2009（3）.

[3]李建基.高压开关设备实用技术 [M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]黎斌，翟慎宏.SF6电器用盆式绝缘子的设计[J].高压电器技术，1985（3）.