气体绝缘金属封闭开关设备的各种优化设计探讨

气体绝缘金属封闭开关设备的各种优化设计探讨

满林林 左凯 王耀东

山东电工电气日立高压开关有限公司 济南市 250101

摘要：伴随科学技术水平的不断提升，许多先进性、实用性设备被成功开发出来，而气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）便为其一，强有力推动着相关领域的发展与完善。本文结合当前实况，分别从垂直布置绝缘隔板的GIS、母线中心位置与电流互感器的中心位置一致的GIS及体绝缘且三相密封装的开关设备等方面，探讨GIS的的具体优化设计，望能为此领域设计研究提供一些参考。

关键词：气体绝缘金属；封闭开关设备；设计

所谓气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），从基础层面来分析，即为部分或者全部选用气体而非处在大气压下的空气，将其当作绝缘介质的一种金属封闭开关设备。此种设备实际就是把输变电站设备当中的各个元件（如避雷器、互感器、断路器、隔离开关、母线、接地开关等）相联结而形成。针对GIS的相关产品而言，其最突出的特点即为：较之敞开式变电站，能够实现占地面积的节省，对于改造、建设城网变电站较为适用，并且在特高压、超高压上，由于不受外界环境的干扰或影响，而应用越发宽泛。伴随新技术的持续增多，GIS在具体的结构形式上也在持续优化，为了能够使其变得更为小型化、紧凑，许多企业相继推出了一些新的设计方案，现剖析如下。

1.垂直布置绝缘隔板的GIS

为了能够让GIS设备变得更加的小型化，并促进气体绝缘开关装置高度的降低，为整体检修、运输提供便利，另外，还为了能够提供在垂直方向上设置绝缘隔板的新型气体绝缘开关装置，株式会社日立制作所对GIS进行了重新的结构设计。所用技术方案为：水平设置断路器单元，一个连接在断路器单元上，且在母线侧连接导体（垂直方向）进行设置，在此母线侧，与导体的两侧相连接，并在三相共箱式主母线单元（断路器单元轴线方向）进行配置；另外一个线路侧连接导体（连接于断路器器单元），此线路侧连接导体连接于水平配置电流互感器单元，且借助伸缩接头，连接于线路侧机器。

母线连接导体呈十字形，其左右方向用绝缘隔板进行固定支承。在母线连接导体的上方，借助法兰与接地装置相连接。于固定支承母线，与导体的绝缘隔板两侧相连接，并且设置隔离开关单元（15a、15b）。针对隔离开关单元而言，其在上下方向上无重叠，于水平方向上进行并排设置（2个），这样有助于GIS产品安装高度的降低。在实际实施中，如果是从三相共箱式的主母线4a、4b进行各相线路的构建，那么能够实现各相遮断器单元外径的减小。如在300kV装置当中，气体绝缘开关装置在具体高度上，能＜2700mm，能够用拖车进行整体性运输。所以可实现运输费用的降低。此外，因垂直设置绝缘隔板47a、47b，因而能够较好的预防金属异物在绝缘板面上滞留，促进绝缘可靠性的提升；还需指出的是，接地装置52还能在主母线4a、4b当中的任何一个上进行设置，还可设置成水平向的绝缘隔板，因而能实现断路器单元13区划的减小，对保护坚实有利。

2.母线中心位置一致于电流互感器位置的GIS

为了让GIS的整体结构变得更加的紧凑，可以把2个母线单元进行上下方向的布置，垂直布置断路器单元，用作主电路的电流计测的第一、二变流器，在线路单元与断路器单元之间进行设置，且采取上下配置的方式。针对第一、二变流器单元来分析，均为把变流器进行横向设置而最终形成，变流器借助导体，于水平方向在变流器线圈中实现贯通。还需强调的是，第一母线单元与第一变流器单元在具体的中心位置配置上基本一致；另外，第二变流器单元的中心位置配置与第二母线单元也基本一致。在断路器单元与母线单元间，在将变流器单元插入的状况下，由于变流器的高度一致于母线，因此，能够获得单元的共有化效果。

3.体绝缘并且三相密封装的开关设备

西门子公司根据实际需要，设计出一种以三相式封装、气体绝缘紧凑为特点的开关设备，其拥有若干安装于1个金属封装外壳中的设备部件，其中，在封装外壳当中，专门为各沿轴向前后相邻安装1个构成封装引线的电流接线端、1个组合式隔离-接地开关、1个功率开关，且在组合式隔离-接地开关的接线当中，1条汇流排与“电流接线端-功率开关-隔离/接地开关”轴线布置相垂直，此汇流排的相线导体支撑于所述封装外壳上。其中，各个隔离-接地开关相对应的可动开关触点，均与1个能够直接通到各功率开关的连接导体处于连接状态，且能够为不同功率开关配置1个与沿轴向布置的设备部件相垂直的传动机构，其基本特点为：外壳基本为固筒状，且于承接所述汇流排的端部，将1个与其处于垂直状态的圆筒转入，此圆筒的两端均进行法兰的配置，其主要作用就是对片状并且支撑所相线导体舱壁式绝缘子进行固定；将断路器的一端在1个锥形绝缘体子顶部进行安装，而另外一端则在动触头（隔离/接地开关）进行安装。针对此种开关设备来讲，以1个用作所述汇流排、汇流排隔离/接地开关、电流接线端、工作接地线的共用开关柜外壳为特征，所以，此开关设备进有1个气腔，为对汇流排实施隔离。因此，此设备可进行立式安装。其设置有1个处在上部，且与外壳轴向相垂直的单汇流排。在此设计当中，此类设备的结构长度因下描原因而比较短：电压互感器与（或）电流互感器直接配置电缆套管，还可与其进行同心布置；一端将1个滑动触电当作接触元件的开关用于组合式隔离-接地开关。此种开关设备在发生故障的情况下，能够在1个配电柜中经简便的更换，便可由1个备用设备进行替换。

4.结语

综上，基于上述示例发现，把绝缘子进行垂直布置，能够防止金属异物在绝缘隔板上积存，从而造成设备可靠性的降低；而水平布置断路器，2个母线与母线隔离开关单元以对称水平的方式设置在断路器上方，能够实现GIS高度的降低；还需要指出的是，垂直布置断路器，且母线中心位置基本一致于电流互感器中心位置的设置，能够使GIS变得更加的紧凑；还能够把断路器、电流接线端、隔离/接地开关等均设置在1个气腔中，且垂直布置断路器。通过上述的优化设计，能够使GIS更好的发挥作用与效能。

参考文献：

[1]黄少波，王旭光，屈直，等.特高压GIS现场安装用移动式装配车间的功能设计及应用[J].电气时代，2020（8）：49-51.

[2]廖巍，季怡萍，周谷亮，等.126 kV GIS三工位隔离开关用绝缘拉杆击穿故障分析[J].电力与能源，2020，41（2）：194-199.

[3]刘丹.500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造案例介绍[J].电气技术，2020，21（01）：54-59.