浅述GIS在城市变电站中的应用

作者：方辉石伟何春光

来源：《科技创新导报》 2011年第20期

方辉 石伟 何春光

(安徽宿州供电公司 安徽宿州 234000)

摘 要:GIS是把整个变电站的设备(除变压器外)全部封闭在一个接地的金属外壳内,壳内充以0.3～0.4Mpa的SF6气体,保证对地、相间以及断口间的可靠绝缘。本文从GIS设备的结构特性和使用优缺点出发,浅要叙述了GIS在城市变电站的应用。

关键词:GIS 绝缘 变电站 应用

中图分类号:TM1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0127-01

1 GIS绝缘结构特性

1.1 GIS的内部结构

GIS有单相封闭式和三相封闭式两种结构,三相封闭式比单相封闭式的总体尺寸小、部件少、安装周期短,但额定电压高时制造比较困难。GIS中的绝缘气体通常采用SF6气体或SF6混合气体(SF6/N2、SF6/CO2等)。SF6气体本身无毒,但其分解物有毒,对材料有腐蚀作用,因此必须采取措施,以保证人身和设备的安全可靠。

1.2 GIS中常见的三种放电形式会引起SF6气体分解,这三种放电形式是

大功率电弧放电、火花放电、电晕或局部放电。SF6主要放电生成物有:SF4、SOF2、SO2F2、SO2、S2F10和粉末固体生成物,这些分解物均是有毒的,有的如S2F10则是剧毒。气态分解物的主要破坏作用在于对固体材料的腐蚀,而固态生成物落在绝缘支撑表面而又吸收气体中的水分时,会使闪络电压下降。

水分是SF6气体中危害最大的杂质,SF6气体中水分造成的危害一方面是高温下发生化学反应产生HF等腐蚀性的剧毒物,另一方面使绝缘件表面出现凝露降低绝缘性能,产生放电。固体绝缘介质表面吸附水膜时会使沿面电压分布不均匀,因而使闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压,介质表面粗糙,也会使电场分布畸变,从而使闪络电压降低,在高气压时易发生凝露现象,表现更为明显。

2 GIS在变电站中使用的优点

GIS的显著特点是集成化、小型化、美观化和省力化。GIS的故障比传统的敞开式设备低一个数量级,而且设备的检修周期大大延长,这就是大型重要变电站也开始普遍采用GIS的原因。具体来说,GIS使用中的优点有:

(1)GIS大大缩小了电气设备的占地面积和空间体积。由于SF6气体有很好的绝缘性能,因此绝缘距离大为减小,通常电气设备的占地面积与绝缘距离成平方关系。随着电压等级的提高,减小绝缘距离对减小面积和空间的意义就更大,它不仅为大城市、人口稠密地区的变电所建设以及城市电网的改造提供了有力条件,也为建设地下变电所创造了有利条件。GIS还适用在严重污秽、盐雾地区及高海拔地区,某些水电站的变电所如果空间受到限制,也可采用GIS。

(2)GIS运行安全可靠,维修也很方便。由于全部电气设备都封闭起来,减小了自然环境对设备的影响,而且对保证运行人员的安全大有好处。

(3)SF6断路器的性能较好,触头烧伤轻微,加上SF6气体绝缘性能稳定,又无氧化问题。因此断路器的检修周期可以延长。如法国D.A公司和M.G公司生产的SF6断路器允许的累计开断电流能达2000kA。日本富士公司的HR90系列SF6断路器,其额定开断电流为50kA,能经受70次开断的考验,累计开断电流为3500kA。西安高压开关厂生产的EF1-110-D型SF6断路器,其额定开断电流达1700kA,相当于在额定开断电流31.5kA下开断50次。由此可见,GIS的检修周期一般可达5～8年,长者可达20～25年。

(4)GIS安装方便,GIS以整体形式或者把它分开若干部分运往现场,因此,可大大缩减现场安装的工作量,缩短工程周期。其次,由于封闭式组合电器的外壳是接地的,可以直接安装在地面上,又节省了水泥和钢材。

3 GIS在城市变电站的应用

GIS变电站目前已推广到电力系统所有电压等级,并在许多领域得到单独应用,而且还能够与气体绝缘(AIS)没备及其它先进设备一起形成完美协调的设计。

在过去二十多年中,世界各地设计了为数众多的800kV以下及不同电压组合的GIS变电站。由于SF6气体的优良特性,可以使相间距离,乃至整个变电站做得很紧凑。由于各种GIS设备是在制造厂组装成单元或组件再运往现场,因此现场装配时间可缩短,装配成本也低。根据需要,各种各样母线均可应用GIS。由于GIS技术的优越性,使得不可能用AIS技术建造变电站的地方建成变电站。开始时,GIS技术仅用于空间有限、场地狭窄、或使用常规空气绝缘开关设备(AIS)有困难的特定环境条件下。如今由于GIS的可靠性高,GIS在越来越低的电压等级中得到推广应用,这使得把变电站建在大负荷的城市中成为可能。

另一方面,GIS正在向更高电压等级推广应用。我国岩滩水电站工程中使用了550kVGIS。该工程位于沿红水河的山谷中,4台变压器放在厂房外面,与厂房延伸部分中的550kVGIS设备直接相容。

由于GIS技术发展很快,致使AIS和GIS的成本之差逐渐缩小。虽然GIS的初期投资比AIS高,但综合考虑许多辅助投资困素,则前者工程遣价更富有竞争力。由于GIS技术提高了可靠性、减少了维修工作量、结构紧凑、适应性强,使该项技术在各种新产品开发和技术改造等方面得到进一步的发展。通常,在使用GIS的变电站中,其它部分则是空气绝缘的。在某些情况下,包括联络母线在内的多数设备都是气体绝缘的。有时在一个变电站里联合运用气体绝缘和空气绝缘开关(这两种技术的适当结合)可以使设备得到优化。

GIS技术的另一个快速发展的领域是把电力进到负荷中心,由于几方面的原因,如空间紧缺和美学方面的要求及市政公众关心的热点问题,使用AIS一般是不可能做到这一点的。而GIS为变电站设计师和规划师从事设计工作提供了更大的自由度。采用多种方法使GIS设备与周围景色融合为一体,是当今电力建设的时尚。如今许多中大型变电站的设计均采用了GIS和真空断路器的紧凑组合,从而节省了空间布局,与周围的环境达到协调一致,以往杆塔林立的老式变电站与现代城市优美的环境格格不入的情形已成为了过去。

4 结束语

赞誉之余,也必须指出GIS潜在的问题:一旦出现事故,危害后果比分离式敞开设备严重的多,故障的修复周期大约要两周,故障修复甚为复杂。鉴于此,人们提出了发展对GIS在线监测的要

求。即在设备运行中不间断地监测其状态,及时发现各种可能的异常或故障预兆,以便及时作出处理。一旦出现故障,如内部放电等,要能准确地判断故障部位,立即处理,防止高密度的相邻元件受到波及。

GIS的在线监测技术,近年来有了很大的发展,传统的设备运行检修制度,正在逐步变革。即从定期停运检修制度,正在逐渐向预警式检修制度发展。由于在线监测与判断故障技术的逐步完善,可以在设备出现异常预兆时,立即安排进行检修或更换,这就大大减小了检修工作的盲目性,对提高电力系统的安全水平和经济效益都是很有意义的。

参考文献

[1]西南电业管理局试验研究所.高压电气设备试验方法[M].北京:水利电力出版社,1984.

[2]宋执诚.高电压技术[M].北京:水利电力出版社,1995.

[3]成永红.电力设备绝缘检测与诊断[M].北京:中国电力出版社,2001.