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550 kV及以上GIS在我国工程应用中的有关问题 |
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| 550 kV及以上GIS在我国工程应用中的有关问题 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 14:26:26  |
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摘要： 根据550 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在我国工程应用中的特点，结合这些设备在制造上的特殊性，对550kV及以上GIS的户内与户外布置型式，断路器、操动机构、隔离开关、接地开关、电流互感器等元件的配置原则、技术参数和结构要求，以及出线套管材质及污秽等级等有关问题进行了论述，以期进一步推广使用。
关键词： 550kV及以上；气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）；工程应用；制造；转换电流
0 引言
550kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在我国工程中使用并不十分普遍，特别是在500kV变电站中使用数量较少，从20世纪80年代至今，全国500kV变电站有近300座，但采用550kV
GIS已投产的变电站仅有十几座。广东江门500kV变电站是全国第1个采用550 kV GIS的工程，之后在云南草铺、四川昭觉（普提）等500kV变电站逐步采用。近来年有所增加，如此京城北、湖北汉口、四川茂县以及石棉等变电站都采用了550kV
GIS。在2005年9月26日投产的青海官厅和甘肃兰州东750kV变电站都采用了800kV GIS（在每个变电站各安装1个断路器间隔）。550kV及以上GIS与电压等级相对较低的常规220kV及以下GIS相比具有许多特点，本文将对其户外或户内不同的布置型式、断路器及操动机构的结构特点、隔离开关及接地开关的配置和参数、电流互感器及出线套管等相关问题进行论述，以供编制设备技术条件和合同技术谈判时参考。
1 户内与户外布置
国外制造厂家提供的550kV GIS产品在户内与户外的布置上有两种不同观点：欧洲制造厂家主要提供户内产品，以西门子公司为代表；日本制造厂家主要提供户外产品，以三菱、东芝公司为代表。
550kV GIS外形尺寸高大，典型产品每个间隔的长×宽×高为12m×6m×8m。如果考虑户内布置方案，则需要高大的厂房，因此我国在500kV变电站内的550kV
GIS现在都采用户外布置的方案。800kV GIS更是如此，在变电站内不设GIS厂房，它直接布置在户外。因此，550kV及以上GIS必须满足户外环境的使用条件。其主要有以下几点：
（1） 额定电流应考虑户外日照强度0.1W/cm2的要求，因此要按此条件进行导体载流温升试验，不能像户内GIS那样进行温升试验时不考虑日照强度。
（2） 外壳涂漆等防护工艺措施应考虑户外露天布置的要求，必须增加外壳的防护措施。
（3） 就地控制柜的材料应为不锈钢板（厚度不小于2 mm）或精铸铝材，防护等级应满足户外露天布置要求。
（4） 在SF6母线筒或设备连接法兰盘的螺栓处要涂防水胶，防止螺栓锈蚀（如三菱550kV GIS在法兰盘螺栓处涂特制的防水胶）。
2 断路器及操动机构
2.1 断口数量
减少断口数量、简化结构是550kV及以上GIS的断路器的发展方向，目前世界上只有三菱550kV GIS为单断口结构，在中国已有208个断路器间隔的供货记录（包括550kV
HGIS产品），其他国家的产品均为双断口结构。我国750kV示范工程中采用的韩国晓星公司的800kV GIS为双断口结构。在1000kV级GIS中，前苏联1200kV
GIS为4断口结构，而日本安装在新楱名1000kV变电站内的1100kV GIS只需要2个断口（BIL为2250kV，由三菱、日立、东芝公司各生产一相）。国内西高、沈高、平高东芝三大开关厂目前生产的550kV
GIS都是双断口产品，其中，西高将推出单断口的新产口（样机已通过KEMA型式试验）。
2.2 操动机构
根据我国各大电网公司的运行经验，对550kV及以上GIS中断路器的操动机构一般均选用液压或弹簧机构，不选用气动机构。因为气动机构结构复杂，气体管道内容易结露，运行不欢迎。对液压机构则应采用新一代无外露管道，模块化整体结构的形式。
2.3 合分时间
考虑500kV电力系统的稳定性要求和继电保护装置的技术水平，根据DL/T 755—2001《电力系统安全稳定导则》，对550kV GIS的断路器而言，其合分时间应不大于60ms，建议采用50ms。
同时，要求GIS的断路器在进行开断短路电流型式试验时，不允许在二次控制回路中加延时继电器，防止出现继电器失灵影响系统稳定的问题。应在断路器实际合分时间下进行满容量开断试验，以保证在日常运行时断路器能可靠地切除故障，满足电力系统的稳定性要求。
3 隔离开关的结构及参数
3.1 开合母线转换电流能力
采用双母线电气主接线的550kV及以上 GIS的母线隔离开关，有时需要进行改变母线运行方式的不停电倒闸操作，如将出线（或主变压器）回路从Ⅰ母线改换到Ⅱ母线上运行时，断路器处于合闸状态，整个回路处于带电状态，需要进行倒闸操作的两组母线隔离开关与母联回路形成环路，此时母线隔离开关需要开合此环路内部的工作电流，即母线转换电流。此时隔离开关断口间所承受的电压称为母线转换电压。
由于我国500kV及以上的变电站大多数为电力系统的枢纽站，进出线回路数很多，因此母联回路与最远的出线回路之间的间隔数量多、距离长，造成母线转换电压很高。DL/T
486—2000《交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件》根据上述中国电力系统的特点，经过计算，规定550kV GIS的隔离开关额定母线转换电压为100
V、开合次数为300次。这是电力行业按照我国电力系统具体工程情况提出的要求，它高于IEC 62271－100标准中关于550kV GIS隔离开关额定母线转换电压为50V（开合次数无要求）的规定值，然而国内外550kV
GIS都按照IEC 62271－100标准进行型式试验。对于这二者的差异，电力用户应引起注意。如果550kV GIS建设规模比较大，经过核算后，则应按DL/T
486—2000标准的规定值，请提供550kV GIS的制造厂家补做开合母线的转换电流能力的试验，以满足工程要求。
3.2 开合小电流能力
550kV GIS隔离开关开合小电流主要是指开合空载母线的电容电流和开合母线电压互感器的电感电流。目前国内外大多数制造厂对550kV GIS隔离开关开合小电流都按IEC
62171－102标准中的规定值0.5A进行型式试验，而我国DL/T 486—2000标准中对550kV GIS隔离开关开合母线小电流并没有明确规定，仅对敞开式隔离开关提出开合电容电流2A、电感电流1A的要求。我国设计院通常按此值提出对550kV
GIS隔离开关开合小电流的要求，显然与IEC 62171－102标准的要求相差较大。为了满足我国一些电力用户的要求，三菱公司550kV GIS隔离开关在2005年初补做了开合电容电流2A的型式试验。2004年8月，由西安高压开关厂制造的550kV
GIS隔离开关在荷兰KEMA高压试验站通过了开合电容电流2A、电感电流0.5A的型式试验。
实践证明，550kV GIS隔离开关开合小电流按照现行IEC 62171－102标准中的规定值0.5A进行型式试验是偏于保守的，SF6气体绝缘的隔离开关本身具有较强的开合小电流的能力，是能够满足开合2A电容电流的要求的。但如果工程需要，则应坚持要求制造厂补做此试验。
4 接地开关配置及参数
4.1 接地开关配置
550kV GIS接地开关有检修接地开关和快速接地开关2种型式。在断路器两侧配置检修接地开关，仅起到当断路器检修时使主回路两端接地的作用；而在出线回路靠线路侧配置快速接地开关，它具有线路侧检修接地和开合550kV空载线路感应电流2个作用。由于GIS的所有设备都封闭在金属外壳内，无法直接观察线路是否停电，所以快速接地开关有可能误合带电线路，为此它应具有关合2次额定短路电流的能力。
4.2 开合线路感应电流能力
500kV输电线路的电磁感应（感性电流）和静电感应（电容电流）都比较强，特别是由于受到线路走廊的制约，我国近几年来500kV同杆并架双回输电线路的情况越来越多，因而带电平行线路在停电线路上产生的感应电流也越来越大。除了500kV平行回路的线路长度以外，线路电流也是感应电流主要的影响因素，如上海昆太和徐行500kV变电站，由于出线回路电流为6300A，则要求线路侧接地开关开合电磁耦合感性电流700A，比IEC和B级标准200A大得多。
对于550kV GIS，快速接地开关应具有开合线路感应电流的能力，在DL/T 486—2000标准中已按IEC标准的要求规定了相应的额定参数，并分成A、B两级。
A级：额定感性/容性电流为80A/1.6A，感性/容性电压为2kV/8kV。
B级：额定感性/容性电流为200A/50A，感性/容性电压为25kV/50kV。
国内外550kV GIS制造厂都能按此标准提供型式试验报告。对于超过上述标准的特殊工程，则应进行平行回路感应电流的详细计算。笔者对多个500kV输变电工程进行了计算。计算结果表明，有些平行回路电磁感应产生的感性电流很大，超过上述B级标准，但是对应的感性电压却很低。这说明上述IEC标准中的2个感应电流和感应电压的最大值在实际工程中是不会同时出现的。因此对超过标准要求的特殊工程，应与制造厂进行协商，提出符合工程实际的试验条件，因为即使在感应电流值很大的情况下，如果感应电压值很低，那么快速接地开关开合感应电流的试验也是比较容易通过的。
5 电流互感器形式及参数
5.1 电流互感器形式
550kV GIS的电流互感器(TA)都采用常规电磁式结构，它有2种不同的布置形式：①内置式TA。其一次导体和二次铁心及绕组均布置在SF6气体绝缘金属外壳内部，具有体积小、布置紧凑的优点。大多数制造厂都采用这种形式。②外置式TA。其一次导体在SF6气体绝缘金属外壳内部，二次铁心及绕组套在外壳外部，采用干式绝缘。世界上只有ALSTOM公司和东芝公司的550kV
GIS采用此种形式。它具有二次绕组检修拆装方便，而且铁心、绕组部件的附着微粒不会落入TA和SF6气室内，不影响绝缘强度等优点。这2种形式各有优缺点，电力用户可以根据自己的运行习惯加以选择。
5.2 二次绕组数量及额定容量
由于500kV电力系统稳定性的要求，550kV GIS的TA二次绕组数量要满足继电保护双重化配置的需求，而且它的准确等级要满足短路暂态过程的要求。对于一个半断路器接线的中间连络断路器，其TA需要8个二次绕组，其中有4个带小气隙铁心准确度等级为TPY的二次绕组。二次绕组数量多、尺寸大，有一定的制造难度。因此，在满足工程需要的前提下必须限制二次绕组的额定容量，500kV电压等级保护的微机化为此创造了条件。目前，在500kV
工程设计中，规定对TPY二次绕组额定容量一般取10 VA，在特殊情况下也不超过15VA，以满足550kV GIS制造上的要求。
6 出线套管材质及污秽等级
500kV电缆价格十分昂贵，因此550kV GIS都采用架空出线方式，为此需要带尺寸高大的出线套管。目前有2种方案可供选择：
(1) 瓷套管。它是传统方案，运行经验多，电力用户容易接受。但是由于500kV瓷套管的尺寸高大，废品率较高，生产周期长，价格贵，世界上只有日本、中国法国等少数几个特大型电瓷厂能生产，因而往往会影响GIS的交货期；特别是由于制造上的原因，污秽等级不能超过Ⅲ级（有效爬电距离为13750mm）。这些条件影响着它的使用。我国西高、沈高、平高东芝三大开关厂和日本公司可以提供采用瓷套管的550kV
GIS。
（2） 硅橡胶合成绝缘套管。它是近几年欧洲一些制造厂家推出的方案。充分利用了硅橡胶合成绝缘材料的强憎水特性，因而具有污秽等级高、生产周期短和耐地震强度高等优点。目前，西门子、ABB、阿尔斯通、施耐德等公司可提供采用硅橡胶合成绝缘套管的550kV
GIS。
电力用户可以根据运行经验、交货期以及污秽条件等因素综合考虑选择方案。
7 结束语
550kV及以上GIS在工程中使用时应根据工程的技术要求，并结合超高压或特高压GIS制造
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