GIS设备中快速接地开关的作用及工作原理探讨

GIS设备中快速接地开关的作用及工作原理探讨

发表时间：2018-07-03T10:24:53.340Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：李鹏杰

[导读] 摘要：本文通过对GIS设备中快速接地开关与一般接地开关的功能与操作方式进行比较，详细分析了目前快速接地开关在提高单相重合闸成功率与GIS设备发生内部燃弧时的运用，并提出了快速接地开关在带电误合地刀时如何避免设备大量烧毁的应用方法。（云南电网有限责任公司红河供电局云南省蒙自市 661100）

摘要：本文通过对GIS设备中快速接地开关与一般接地开关的功能与操作方式进行比较，详细分析了目前快速接地开关在提高单相重合闸成功率与GIS设备发生内部燃弧时的运用，并提出了快速接地开关在带电误合地刀时如何避免设备大量烧毁的应用方法。

关键词：快速接地开关；GIS设备；单相接地故障；潜供电流

1 引言

GIS设备与常规变电站设备对比，最为明显的不同点在于出线间隔的出线隔离开关靠线路侧多装设了一把快速接地开关，而对于大部分运行人员而言这极其陌生，所以笔者在这里通过其和常规接地开关的对比并对快速接地开关的功能及原理进行详细分析，希望更多的运行人员能够对GIS设备中的快速接地开关有一个具体认识，能够在今后变电运行操作与设备维护过程中更加方便与快捷。

2 快速接地开关与一般接地开关的区别

2.1功能上的差异

从功能方面来说，一般接地开关主要的目的仅仅是起到在设备停电检修时两侧接地的作用，其本身并不具备灭弧和开断短路电流的功能。而快速接地开关是一种具有关合短路电流能力的特殊用途的接地开关，具有灭弧功能，其位置装设于出线间隔的出线隔离开关靠线路侧，如图所示，除了用于切断短路电流的同时也可以做一般的线路检修接地开关使用。

图1 快速接地开关与一般接地开关位置对比图

2.2操作上的差异

在操作方式上，一般的接地开关多为人工就地手动操作，利用机械连杆的传动功能实现接地开关的开合，开合所需时间较长，不能够与相关二次保护相配合，其用途有很大的局限性。而快速接地开关是利用电机储能或操作手柄储蓄的弹簧能量进行操作的，开合时间极短，能够瞬间动作，能实现就地操作及远方后台操作，且其能和相关二次保护配合从而实现抑制

潜供电流和防止内部燃弧的功能。

3 快速接地开关主要功能分析

3.1消除潜供电流提高单相重合闸动作成功率

电力系统运行经验表明，在大接地电流系统中，单相接地故障在短路故障中所占比重甚至能够达到90%以上，所以在220kV及以上的线路中，广泛采用单相重合闸的重合方式，发生单相接地故障时只需要断开故障相别断路器，进行单相重合闸即可，因此只要保证了发生单相接地故障时重合闸的重合成功率，那么供电可靠性就能得到很大的提高。其中影响重合成功率因素中，潜供电流不能快速降低是导致重合闸动作不成功的重要因素之一，由于潜供电流存在，对故障点灭弧产生影响，而自动重合闸只有等故障点电弧熄灭且绝缘强度恢复以后才有可能重合成功。潜供电流值较大时，故障点熄弧时间较长，此时进行重合闸则极有可能动作失败！

3.1.1潜供电流的产生原因与危害

由于输电线路存在相间电容、相对地电容和互感，单相接地故障发生后，故障相两侧断

路器断开，相邻相别或相邻线路仍正常运行，通过电容耦合与电感耦合作用继续对故障点供电，其形成的电流称为潜供电流，潜供电流形成的电弧称为潜供电弧。

在220kV以上的电压等级输电线路中，潜供电流较大，潜供电弧熄弧时间长，甚至不能自行熄灭。此时，虽然故障相断路器已经断开，但是由于潜供电流的存在，故障点还具有一定的潜供电弧，故障没有真正隔离，如果此时进行重合闸，会导致系统判断重合闸不成功，

从而进行三相跳闸，扩大事故范围。

3.1.2消除潜供电流的原理

故想要要提高重合闸成功率，消除或降低线路的潜供电流就变得极其重要。在国内消除潜供电流的主要方法是在出线间隔的出线隔离开关靠线路侧装设快速接地开关，它主要是将故障点的开放性电弧通过短路接地使得其能够迅速消除，使故障点的潜供电流快速降低，从而使潜供电弧易于熄灭，减少燃弧时间，最终实现快速灭弧。

3.1.3快速接地开关与重合闸配合过程

故而为了保证重合闸的成功率，这就需要快速接地开关与断路器进行配合，具体的动作过程可分为以下几步：（1）线路发生单相接地故障，一次电弧产生；

（2）断路器跳闸，切断故障相一次电弧，由于运行相别对故障相别的静电耦合作用，产生潜供电弧；

（3）故障相快速接地开关迅速动作合上消除潜供电流，潜供电弧熄灭；

（4）快速接地开关断开，准备重合闸；

（5）重合闸动作，断路器合上，恢复正常运行；

这里需要注意的就是快速接地开关动作时间与重合闸动作时间的配合，其时间配合情况如图2所示：

图2 快速接地开关与重合闸配合时间图

3.2 避免GIS内部出现燃弧现象

GIS设备为封闭式集成设备，利用加压的六氟化硫气体进行绝缘与灭弧，当内部发生接地故障时，内部会产生强烈的电弧，使GIS设备内部气压急剧升高，当气压升高到一定动作值时，快速接地开关迅速动作，使得线路直接接地，引起保护动作，跳闸相关断路器，切断故障电源，快速消除GIS内部燃弧现象，降低了GIS气室压力防止气室出现爆炸，保护相关

设备不至损伤过大，而由于快速接地开关的特殊性，所以短时通过短路电流其本身也不会出现损坏。

4 个人对快速接地开关其它用途的探讨

在变电运行过程中，带电误合地刀可以说是极其严重的事故，如果此时断路器拒动，那么短路电流将会一直流过该线路上的设备，会造成巨大的危害。

在上文的论述中，我们知道快速接地开关具有关合短路电流的能力，其材质允许短时通过较大的短路电流。在今后的发展中，如果能实现通过整定快速接地开关的动作时间与相关继电保护相配合，使其成为线路的的后备保护，在发生带电误合接地开关且断路器拒动时迅速动作，那么如图4所示，当故障发生时，快速接地开关闭合，由对侧供应过来的短路电流就直接经过快速接地开关流入大地，而且由于快速接地开关是装设在出线线路的最外侧，那么其后边的相关设备就可以得到保护，而不至于会被短路电流烧毁。

随着电力行业的高速发展，我们有理由相信在不久的将来，该功能会逐步实现，届时电网的供电可靠性将更上一层楼。

图3 故障电流流向图

6 结语

随着电力行业的不断发展，GIS设备作为一种集成度较高占地面积较小的电力设备必定是未来变电站的主要运用设备，在电网运行过程中，运行人员是接触具体设备最多，所以在日常的工作过程中，运行人员应对设备的发展趋势多了解，只有这样才能够跟上时代发展的步伐，而快速接地开关作为GIS设备中的特殊存在，其功能也颠覆了我们对过往接地开关的认知，因此我们更应该对其有深入认识，才能根据现场实际设备情况及时调整工作的模式及方法。

参考文献

[1]陈芬.浅析快速接地开关HSGS的功能作用.上海：工业与技术，2002.

[2]何柏娜.800kVGIS中采用快速接地开关抑制潜供电弧的研究.沈阳：沈阳工业大学，2006.

[3]张天子、张浩龙.浅析快速接地开关原理及优化方案.北京：科学中国人，2015.

[4]北京宏达日新电机有限公司.MS-CM30型快速接地开关机构操作说明书.北京：北京宏达日新电机有限公司，2012.