110kV GIS设备两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析及技术性能比较

110kV GIS设备两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析及
技术性能比较
贾翠龙（国网山东省电力公司临邑县供电公司，山东德州251500）
【摘要】【摘要】随着变电站智能化建设的加快，临邑公司近几年110kV变电站均采用126kV GIS设备，笔者通过近几年的工作经验，对110kV GIS设备的两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析和技术性能比较，对GIS设备的优点进行了比较详细的介绍，并且分析了该设备施工运维过程注意事项。

阐明了两种三工位隔离/接地开关的内部结构，根据其结构分析二者的优缺点和对其二者的技术性能比较。

【期刊名称】低碳世界
【年(卷),期】2016(000)003
【总页数】2
【关键词】【关键词】GIS；三工位隔离/接地开关；技术性能
1 前言
GIS设备，全称为气体绝缘金属封闭开关设备。

六氟化硫（SF6）具有灭弧性能和绝缘性能，它作为绝缘和灭弧介质应用在GIS设备中，把所有高压电器元件呈密封状态来保存在接地金属筒中。

GIS设备的组成元件包括断路器、隔离开关、母线、电流互感器、套管、电压互感器、接地刀、避雷器等，是高压配电装置。

在临邑公司新建设的110kV变电站中广泛使用的是GIS设备，GIS设备的优点如下：
1.1 GIS设备结构紧凑
由于以往126kV电压等级GIS设备占地面积约是原来敞开式设备的7.7%左右，
所以GIS设备变电站更适宜用于在城镇中心人口居住多、可用地少、山岭崎岖地方的规划和建设，由于GIS设备结构紧凑同时也便于企业安装施工，为企业节省了大量的资金和运维成本。

1.2 GIS设备不受污染及盐、雨雾等大气环境的影响
由于GIS设备使用了六氟化硫（SF6）把所有高压电器元件呈密封状态，保存金属筒内，它受到外界环境的影响较小。

如：在高污染、酸雨、雾等地区使用，可减少设备的故障率，减轻运维检修人员的工作量。

因此，GIS设备特别适合于高海拔、气候恶劣的工业污染地区。

1.3 安装方便
现在临邑公司使用的GIS设备多位三相共箱式，有多单元和和整体组成，在施工过程中大大缩短现场安装的时间，设备运行也较为方便。

通过查阅资料所得GIS设备从60年代开始在电力系统内实用，到现在为止，世界上正在运行的GIS设备大约为5000多台。

通过多年的实践证明，GIS设备运行起来具有高安全性高稳定性的特点，且设备配置较为灵活，安装施工较为方便，设备检修周期长，对环境、温度适应能力强等特点。

近几年来GIS设备广泛在系统高压、超高压、特高压领域中得到广泛使用，GIS设备制造技术也不断得到了进步和发展，科研人员在组合形式、元件结构、使用和维护方面等方面进行了大量的研究和开发，使得GIS设备进一步向小型化方向发展。

近年来，制造厂家推出三工位的隔离/接地开关，它用一台电动操动机构来进行操作，同时具有接地/合闸/隔离三种工作装置，既是接地开关，又是隔离开关，从而简化了设备的结构，并且提高了设备的运行可靠性。

2 110kV GIS设备
2.1 GIS设备产品的主要特点
（1）设备集成结构比较灵活。

能满足系统各种接线方式，也能适应各种布置方式。

（2）壳体材料为铝合金或者钢等材料，选择的自由度比较大，适用于各种复杂严酷气候条件。

（3）包装盒运输以间隔为单元，安装调试即方便，周期又短。

（4）采用共箱式结构，高度集成，占地面积小。

（5）采用自能式灭弧室+压气，SF6介质开断能力强，操作压力较小。

2.2 三工位开关（3PS）
三工位开关常用于XGN开关柜中，在110kV GIS设备中是把接地开关和隔离开关两个设备的功能元件组合在一起，形成一个具有机械闭锁，防止主线路带电和地刀的功能元件。

避免操作人员出现误操作事故的可能性。

其优势在于，有效的将产品结构进行优化和简化，配置方式更加多样化、结构更加紧凑、体积更小、复合化程度更高等特点[2]，三工位开关常配有手动和电动两种操作机构，机构重量只有50kg，操作更加轻盈方便。

以往传统隔离开关配用的是弹簧操作机构，动作速度快，通常动作时间在1.5m/s以上，然而由于三工位机构多采用电动操作机构，要想很大程度上提升操作速度是比较困难的，同时操作速度快也不利于电机的安全运行，应减弱操作过程对本体的机械冲击。

就隔离开关本身而言，一方面要能切合母线转换电流，试验电压10A是110kV隔离开关切合母线转换电流的最大值，而母线转换电流的最大值1600A。

另一方面隔离开关为了切合小电容电流，限制因此而产生的快速暂态过电压（VFTO），要求隔离开关合分闸时要有一定的动作速度。

综合来看，满足隔离开关运行条件不仅仅是动作速度一点，本人认为动作速度设计在0.1～1m/s（合前、分后一段行程内平均速度）之间比较易于操作机构实现动作，也能满足隔离开关本身的工作需要。

另一方面，三工位开关操作机构必须稳定、可靠。

尤其是向隔离方向运动和向接地方向运动的闭锁装置。

如果操作机构一直向接地端运动而停不下来，很容易造成线路故障跳闸。

解决办法：可以使用机构闭锁，使机构操作和二次回路上的控制相结合来实现机构连锁，以保证机构操作的安全。

如果操作结构使用两台电动机驱动，则分别进行接地和隔离比较好。

3 两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析及技术性能比较
三工位开关包括刀片旋转式三工位隔离/接地开关和动触头插入式三工位隔离/接地开关。

3.1 两种三工位隔离/接地开关的优缺点分析
优点：
刀片旋转式三工位隔离/接地开关的产品结构比较简单，尺寸较小，成本相对较低，导体和壳体等零件制造容易；产品运行可靠性高；产品的类别比较多样，便于GIS工程项目的设计安装。

动触头插入式三工位隔离/接地开关主回路和各分支回路的额定电流都能达到3150A，有一些大型双母线GIS工程的要求电流比较高。

缺点：
刀片旋转式三工位隔离/接地开关受到了自身旋转式电联接和静触头的结构上的制约，分支回路的额定电流难以提高。

动触头插入式三工位隔离/接地开关外形尺寸比较大，铸造壳体和机加工零件的制造难度比较大，相对制作成本来说较
高。

3.2 两种三工位隔离/接地开关的技术性能比较性连接。

主电路的电联接采用Z 型触指。

刀片的材质是紫铜，它起到导流作用，而起机构不固定。

分支回路的额定电流为2500A，主回路的额定电流可达到3150A。

分支回路可切合母线环流1600A，主回路和分支回路的额定短时耐受电流都是40kA/3s。

其余技术参数符合国家技术标准。

动触头插入式三工位隔离/接地开关动触头为紫铜管，金属封闭壳体都是铝合金铸件。

电动操作机构和盘式绝缘子都与刀片旋转式三工位隔离/接地开关相同。

主回路和分支回路的额定电流都可达到3150A。

其余参数均相同。

3.3 GIS设备施工运维过程注意事项
GIS设备采用的是性能优于变压器油、真空空气的SF6惰性气体灭弧，提高了设备的绝缘可靠性，但在灭弧过程中SF6会分解成具有毒性的低氟化合物，会对运维检修人员人身安全造成威胁。

所以在检修工作进行前，要将高压室强力通风15min，待SF6检测装置显示含氧量高于18%时，方可进入进行作业。

在GIS设备施工过程中接地网应选用铜体材料，紧固螺栓的直径不小于12mm，以减少接地电阻，保证接地开关的接地可靠性，因GIS设备SF6气体室外壳都装有盆式绝缘子或密封圈，所以两个SF6气体室之间应跨接铜排，避雷器应有两点独立接地回路，以保证运维检修人员的不能直接接触到设备，GIS设备易采用多点接地方式与主接地网相连，以满足开关接地要求。

4 结语
三工位隔离接地开关是日后的发展趋势，本文从GIS设备的优点进行了比较详细的介绍，且对其提出了一些设计上出现的问题，并提出了解决方案。

阐明了
两种三工位开关的内部结构，根据其结构分析二者的优缺点和技术性能比较。

参考文献：
[1]胡建魁，张磊.浅谈110kV GIS设备[J].内蒙古石油化工，2014：13，61~63.
[2]刘罗鹏.三工位隔离——接地开关配用机构的设计问题.质量与安全，2015：14.
[3]章柯.GIS中两种三位隔离/接地开关的结构性能比较.广西电力，2012：78~80.
[4]韩玉停.110kV GIS设备故障原因分析.电力安全技术，2011，09.
刀片旋转式三工位隔离/接地开关，其金属封闭壳体是由铝合金板卷成圆筒然后焊接而成的，里边充满SF6气体。

其中盘式绝缘子由三氧化二铝和环氧树脂浇注而成，为了保证气密性，同时防止开裂，金属封闭壳体和盘式绝缘子之间采用柔。