浅谈快速接地刀闸在GIS设备中的应用

浅谈快速接地刀闸在GIS设备中的应用
发表时间：2020-04-14T07:19:53.372Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第1期作者：孟帮杰曾义昌
[导读] 随着我国电力工业和高压电网的高速发展，GIS设备应用越来越普遍。

阿坝水电开发有限公司四川阿坝 623503
摘要：本文阐述了GIS设备中快速接地刀闸的特点、作用和应用方法。

通过本文，可以增进读者对的快速接地刀闸的了解，以及在运行过程中的使用方法，提高对GIS设备运行和使用能力。

关键词：GIS设备；快速接地刀闸；特点；作用；动作时间；应用
引言
随着我国电力工业和高压电网的高速发展，GIS设备应用越来越普遍。

由于GIS设备具有占地面积少、元件全部密封、受环境影响小、运行可靠、检修周期长、安装简便和运行费用低等优点，在空间日益紧张的城市变电站和有地理条件限制的水电站应用越来越广泛，像在毛尔盖和色尔古水电站开关站均采用了GIS设备。

GIS(GAS insulated SWITCHGEAR)是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，它是由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。

快速接地刀闸是GIS设备中接地刀闸的一种形式，它不同于普通的接地刀闸，本文就将其应用作重点阐述。

1.快速接地刀闸的特点
由于GIS设备运行时带电的高压部分均被封闭在接地的金属外壳内，通过绝缘强度高的气体介质如SF6气体隔离，如果运行中的高压设备发生缺陷或其他原因需要进行检修时，就无法像一般的敞开式设备那样停电挂临时接电线。

因此，对GIS设备就要求设计相对较多的接地刀闸，并且在电气和机械上设有联动闭锁功能，防止误操作。

装设的接地刀闸数量应满足所有可能需要检修接地的需要，便于检修时尽可能减小停电范围，提高供电可靠性。

目前，在GIS设备中运用比较成熟的固定式接地刀闸包括慢速接地刀闸（ES）和快速接地刀闸（FES）两种。

慢速接地刀闸是采用电动或手动的方式缓慢操作，关合或开断时间为秒级，并且需要在停电后操作。

快速接地刀闸是采用电动或储能方式进行高速操作，关合或开断时间与断路器相近，可在设备带电情况下操作。

因此，在设计快速接地刀闸时应对其额定参数做出相应规定，例如对于500kVGIS设备快速接地刀闸来说，极限通过电流为50kA/3s,合闸时间不大于0.1s,分闸时间不大于15s,开断电容电流为1.5A/8kV，开断电感电流为50A/2kV，在500kV电压下应具有关、合电流的能力为50kA。

快速接地刀闸可以关合较大电流，尤其是可以关合短路故障电流而不损坏。

关合过程分两个阶段，第一阶段将弹簧储能到极点，第二阶段释放弹簧，使得触头有足够的速度在短路电流的峰值上关合而不损坏。

其实，GIS快速接地刀闸触头系统并没有特别的灭弧结构，它之所以能关合短路电流是因为它具备非常快的关合速度和耐弧性能良好的触头材料。

根据实际应用，快速接地刀闸关合操作从弹簧操作到触头闭合时间约为80ms,开断时间为1s。

慢速接地刀闸在实际操作中虽然有联锁功能，但也有可能存在操作许可和联锁功能出错，有可能产生带电合闸的事故。

因此，快速接地刀闸在GIS进线侧甚至整个GIS中的使用，可以避免这种恶性事故。

2.快速接地刀闸的作用
根据快速接地刀闸的特点，一般来讲，它的作用有三种：
1）配合单相重合闸使用。

超高压长线路在采用单相重合闸时，如果发生单相接地故障，保护动作会将故障相跳开，非故障相继续运行，这样非故障相的电压会感应到故障相上，由于感应电的存在，故障点一直有电弧电流存在，也就是潜供电流。

潜供电流导致故障点不能熄弧，实际故障点等于就没有消除，此时再合闸无疑会重合到故障点上致使重合闸失败。

快速接地刀闸可以与单相重合闸配合，在故障相开关跳闸后快速合入快速接地刀闸，将故障相强制接地，消除潜供电流，使故障点的电弧熄灭后再将快速接地刀闸打开，最后单相重合闸重合，提高线路重合闸成功率。

2）人工接地，防止GIS设备内部故障扩大。

我们知道，GIS设备的外壳采用铝合金或钢材制成。

当母线管或元件内部发生故障时，电弧会使SF6气体的压力升高，若没有防爆装置，则可造成外壳爆炸。

当内部发生故障而不能及时切断故障点，电弧会将外壳烧穿。

为了不致使事故扩大，一般在变电站、开关站的进线线路上安装快速接地刀闸，当故障发生时使快速接地刀闸直接接地，通过保护装置切断电源，从而避免气室压力进一步增高和外壳被烧穿。

气室压力的增高值和外壳的烧穿时间可由专业的公式来计算。

通常而言，GIS设备外壳的保护有防爆膜装置和快速接地刀闸两种。

由于GIS设备内各气室大小不一，它们对气压的敏感程度不一致，因此，一般采用快速接地刀闸作为其辅助保护，只要故障电流达到动作值时，快速接地刀闸必然动作，特别是大的SF6气室采用快速接地刀闸可靠性更高。

快速接地刀闸的整定时间选择方法分大电流接地系统和小电流接地系统两种情形。

大电流接地系统接地刀闸整定时间为：t=t1+△t，式中t1为主保护动作时间（取0.1s），△t为间隔时间(取0.5s)。

小电流接地系统接地刀闸整定时间为：t=t1+△t，式中t1为保护装置发出故障信号的时间，△t根据运行的需要来决定。

3）作为检修安全措施使用。

这一点与普通接地刀闸是一致的。

3.结束语
在毛尔盖和色尔古水电站的GIS开关站中，只选择了在线路侧装设固定式快速接地刀闸，其余为固定式慢速接地刀闸。

虽然快速接地刀闸的应用有在断路器重合前消除潜供电弧、在GIS内部接地故障时防止事故过大和作为检修安全措施三种，但在我们的实际应用中还是只作为停电检修的安全措施来使用，严禁带电合闸。

特别是对于水电站的高电压和长距离输电线路，以及平行线路来说，由于大量残余电压和感应电压的存在，用普通接地刀闸操作检修接地时可能产生弧光引发事故，而采用GIS快速接地刀闸就能避免这个问题。

参考文献
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[2]国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施（修订版）.国家电网公司，2018.
[3]额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备GB7674-2008.中国国家标准化委员会，2008.
[4]气体绝缘金属封闭开关设备技术条件DL/T617-2010.中国国家标准化委员会，2010.。