白智勇

（寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處，寧夏 中衛(wèi) 755100）

0 引言

我國(guó)現(xiàn)在的變電站主要有3 類，分別是常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備、氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和復(fù)合式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備。寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處在2020 年之前變電所使用的是常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備（air insulated switchgear）即AIS，在此之后擴(kuò)灌系泵站更新改造所用的是氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear），即GIS。

1 三種開(kāi)關(guān)設(shè)備的區(qū)別

1.1 常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備（AIS）

常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備也稱空氣絕緣敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備，它是通過(guò)空氣與外置絕緣使帶電部分與地之間絕緣，由隔離開(kāi)關(guān)、SF6 斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器以及中性點(diǎn)等組成。一次設(shè)備可見(jiàn)，使設(shè)備日常維護(hù)檢修更為方便、快捷；但由于外露設(shè)備多，導(dǎo)致其占地面積大，對(duì)氣候變化依賴較高，對(duì)系統(tǒng)安全及可靠運(yùn)行影響較大[1]。

1.2 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備又稱為GIS 設(shè)備，是將包括斷路器、電壓互感器、電流互感器、三工位開(kāi)關(guān)、快速接地開(kāi)關(guān)、避雷器、母線、電纜終端或進(jìn)出線套管等元件緊湊組合在一起，并以一定壓力的SF6 氣體作為絕緣介質(zhì)的成套開(kāi)關(guān)設(shè)備[2]。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，大大節(jié)省了占地空間，由于帶電部分全部密封于SF6氣體中，不與空氣接觸，大大減少了氣候的影響，提高了運(yùn)行可靠性；由于除變壓器以外的一次設(shè)備全部在一個(gè)封閉的金屬殼體內(nèi)，導(dǎo)致其對(duì)變電所場(chǎng)地的要求較高，檢修時(shí)停電時(shí)間長(zhǎng)，停電范圍廣，故障點(diǎn)難找，使檢修或者擴(kuò)建難度增大，再加上為了防止SF6 氣體泄露，必須加強(qiáng)GIS 設(shè)備的密封處理。

1.3 復(fù)合式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（H-GIS）

復(fù)合式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備是常規(guī)敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備與氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的組合體，適用于超高壓和特高壓的開(kāi)關(guān)設(shè)備。H-GIS 對(duì)于GIS 的區(qū)別在于H-GIS 的母線是外露的，不在氣室之內(nèi)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明了，接線清晰可見(jiàn)，安裝和檢修較GIS 方便。

H-GIS 設(shè)備電壓等級(jí)越高，優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯。由于固海擴(kuò)灌系統(tǒng)電壓等級(jí)為35kV、110kV，故使用GIS 設(shè)備的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行遠(yuǎn)高于AIS 和H-GIS設(shè)備。

2 固海揚(yáng)水泵站變電所GIS 設(shè)備

2.1 固海變電所GIS 主要規(guī)格

寧夏固海揚(yáng)水管理處擴(kuò)灌系統(tǒng)擴(kuò)灌一泵站—擴(kuò)灌六泵站于2020 年9 月開(kāi)始改造，2021 年3 月開(kāi)始試運(yùn)行。變電所GIS 設(shè)備使用的是山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司的ZF10-126 型氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備，適用于擴(kuò)灌一泵站—擴(kuò)灌六泵站頻率50Hz、額定電壓110KV 的環(huán)境，使用全三相共箱設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)緊湊、占地少、最小間隔寬度只有0.8m。

擴(kuò)灌七泵站至擴(kuò)灌十二泵站由于2021 年9 月動(dòng)工，2022 年3 月試運(yùn)行。其擴(kuò)七、擴(kuò)十二泵站因?yàn)殡妷旱燃?jí)為35kV 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電氣設(shè)備絕緣程度低于110kV 系統(tǒng)，故采用空氣絕緣敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備。其余泵站采用上海思源高壓開(kāi)關(guān)有限公司ZF28A-126 型SF6 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備[3]。

2.2 GIS 設(shè)備構(gòu)造要求

2.2.1 GIS 主體構(gòu)造

固海GIS 設(shè)備主要采用的是全三相共箱式設(shè)計(jì)，雙母線間隔，將除變壓器之外的一次設(shè)備導(dǎo)電部分封閉在充氣的金屬殼體中。擴(kuò)灌泵站一般分為四個(gè)間隔，進(jìn)線間隔、兩個(gè)主變間隔、母線設(shè)備間隔，最后通過(guò)爬電比為31mm/kV 的套管向變壓器輸送電能。又分為若干個(gè)氣室，每個(gè)氣室通過(guò)O 型密封圈加以D05 氣體密封膠的法蘭相連接。拿擴(kuò)灌一泵站為例，F(xiàn)1 間隔（1#主變間隔）包含檢修接地開(kāi)關(guān)101-0、三工位隔離接地開(kāi)關(guān)（101-3 隔離刀閘，101-03 接地刀閘）、電流互感器CT、101 斷路器、電流互感器CT、三工位隔離接地開(kāi)關(guān)（101-1 隔離刀閘，101-01 接地刀閘），連接母線；F2 間隔（進(jìn)線間隔）、F4 間隔（2#主變間隔）與F1 間隔接法相同，只是F2 間隔為快速接地開(kāi)關(guān)111-0；F3 間隔（母線設(shè)備間隔）包含快速接地開(kāi)關(guān)11-0、三工位隔離接地開(kāi)關(guān)（11-9 隔離刀閘，11-09 接地刀閘）、電壓互感器TV。以三工位隔離接地開(kāi)關(guān)為分界點(diǎn)，每個(gè)間隔里斷路器與電流互感器為一個(gè)氣室，母線分為兩個(gè)氣室，電壓互感器單獨(dú)一個(gè)氣室。一般來(lái)說(shuō)GIS 采用SF6 無(wú)間隙金屬氧化物避雷器，為單獨(dú)的一個(gè)氣室，但為了提高避雷器的保護(hù)效果，擴(kuò)灌泵站在進(jìn)線處采用敞開(kāi)式避雷器，用避雷器的接地端與GIS 金屬外殼連接后以增大GIS 內(nèi)部波阻抗。

2.2.2 GIS 用斷路器

斷路器的主要作用是能關(guān)合、承載和開(kāi)斷回路正常電流并切斷故障電路。GIS 所用斷路器一般采用共箱罐式結(jié)構(gòu)，由本體、拐臂箱以及CT26 型彈簧操縱機(jī)構(gòu)組成。SF6 斷路器一般分為簡(jiǎn)單開(kāi)斷式、雙壓式吹弧、單壓式吹弧、自能式吹弧SF6 斷路器。由于簡(jiǎn)單開(kāi)斷式SF6 斷路器滅弧效果不太理想，雙壓式吹弧SF6 斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作困難以被淘汰，單壓式吹弧SF6 斷路器主要是在短時(shí)間內(nèi)提高壓氣室內(nèi)的壓力來(lái)達(dá)到滅弧效果，滅弧效果低于自能式吹弧SF6 斷路器。擴(kuò)灌改造前使用的是LW36A-126 型自能式SF6 斷路器。改造后則采用最新的ZF10-126 型自能式SF6 斷路器，此斷路器采用“熱膨脹+助吹”的自能式滅弧原理，通過(guò)使用動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭在分閘彈簧的作用下所產(chǎn)生的電弧能量來(lái)加熱SF6 氣體，通過(guò)增加氣體的壓力來(lái)進(jìn)行吹弧，達(dá)到滅弧效果[4]。表1 為擴(kuò)一泵站ZF10-126 型技術(shù)參數(shù)。

表1 擴(kuò)一泵站ZF10-126 型技術(shù)參數(shù)

當(dāng)開(kāi)斷短路電流時(shí)，由于電流大，動(dòng)靜弧觸頭間產(chǎn)生巨大的電弧能量，通過(guò)熱膨脹室加熱SF6 氣體，隨之熱膨脹室壓力增大，與外部產(chǎn)生壓力差。當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，動(dòng)觸頭分閘達(dá)到臨界，使靜弧觸頭處產(chǎn)生斷口，熱膨脹室內(nèi)強(qiáng)大的壓力通過(guò)斷口產(chǎn)生氣吹，使電弧在電流過(guò)零時(shí)熄滅。而在分閘時(shí)壓縮空氣通過(guò)底部的彈性釋壓閥使壓氣和放氣同時(shí)進(jìn)行，從而降低機(jī)構(gòu)的操作。

2.2.3 GIS 用隔離開(kāi)關(guān)

隔離開(kāi)關(guān)的主要起隔離電路作用，不允許帶負(fù)荷分和隔離開(kāi)關(guān)。擴(kuò)灌泵站改造前使用的是傳統(tǒng)的GW4-126D 型戶外高壓接地隔離開(kāi)關(guān)，性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于帶接地刀很容易發(fā)生誤操作，帶接地刀合隔離刀閘，帶隔離刀閘合接地刀，安全性能低。擴(kuò)灌泵站改造后，GIS 設(shè)備一律采用ZF10-126/TPS 型三工位隔離接地開(kāi)關(guān)，所謂的三工位隔離接地開(kāi)關(guān)是指把隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)組合到一起，三個(gè)工作位置（合閘位置、隔離位置、接地位置）共用一把刀來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能來(lái)避免誤操作的可能性，比傳統(tǒng)的隔離開(kāi)關(guān)主刀、接地刀兩把刀分用更具有安全性。當(dāng)三工位隔離接地開(kāi)關(guān)在合閘位置時(shí)，必須先進(jìn)行分閘操作，只有分閘到位時(shí)才能進(jìn)行接地開(kāi)關(guān)的合閘，反過(guò)來(lái)只有當(dāng)接地開(kāi)關(guān)分閘到位才能進(jìn)行隔離開(kāi)關(guān)的合閘。當(dāng)隔離或接地分閘不到位時(shí)，接地或隔離合閘產(chǎn)生自鎖。

擴(kuò)灌泵站所用ZF10-126/TPS 型三工位隔離接地開(kāi)關(guān)采用電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作和手動(dòng)操作。其機(jī)構(gòu)由兩個(gè)電機(jī)、絲杠、輔助開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、齒輪等組成，通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠連接齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)合閘—隔離—接地功能，其中一個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)隔離開(kāi)關(guān)的分和，另一個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)接地開(kāi)關(guān)的分和。當(dāng)需要手動(dòng)操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)電源自動(dòng)切斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)操作人的安全。在進(jìn)行隔離、接地的手動(dòng)操作時(shí)要注意先要檢查是否符合連鎖條件，隔離開(kāi)關(guān)合時(shí)或接地開(kāi)關(guān)合時(shí)禁止接地、隔離的手動(dòng)操作，操作完后進(jìn)行擋板的復(fù)位檢查分合閘指示。

2.2.4 GIS 用接地開(kāi)關(guān)

GIS 用接地開(kāi)關(guān)分為快速接地開(kāi)關(guān)、檢修接地開(kāi)關(guān)以及三工位開(kāi)關(guān)里的工作接地開(kāi)關(guān)，以擴(kuò)灌一泵站為例進(jìn)線處111-0 接地刀閘、電壓互感器處11-0 接地刀閘屬于快速接地開(kāi)關(guān)，又稱為故障接地開(kāi)關(guān)，在變電所檢修時(shí)或發(fā)生線路故障時(shí)則需要合111-0 刀閘來(lái)確保線路無(wú)電。101 斷路器處101-0 接地刀閘，102 斷路器處102-0 接地刀閘則屬于檢修接地開(kāi)關(guān)，安裝在隔離開(kāi)關(guān)的兩側(cè)，主要用于在設(shè)備檢修過(guò)程中保護(hù)檢修人員安全。最大的區(qū)別在于使用的操作機(jī)構(gòu)不同，快速接地開(kāi)關(guān)使用電動(dòng)彈簧操作機(jī)構(gòu)，通過(guò)彈簧儲(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)快速分合閘；而檢修接地開(kāi)關(guān)則使用的是電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)分合閘。

2.2.5 GIS 用電壓、電流互感器

擴(kuò)灌泵站GIS 用電流互感器使用LR（D）型一般裝設(shè)在斷路器兩側(cè)，把大電流變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)小電流（5A 或1A），主要做電氣測(cè)量和繼電保護(hù)裝置。GIS 用電流互感器為三相共箱式，一次繞組作為電磁感應(yīng)的導(dǎo)體，二次繞組纏繞在鐵芯處。

擴(kuò)灌泵站GIS 用電壓互感器使用JSQ-110 型設(shè)置在母線設(shè)備間隔，通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)改變電壓的裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓量的測(cè)量，實(shí)際上是一種容量小的降壓變壓器。JSQ-110 時(shí)一種電磁式電壓互感器，在運(yùn)行時(shí)二次側(cè)嚴(yán)禁短路，否則將會(huì)產(chǎn)生特大電流燒毀電壓互感器。

3 GIS 主要試驗(yàn)

3.1 開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)

開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)用于測(cè)試各種電壓等級(jí)的高壓開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性參數(shù)的測(cè)試與測(cè)量[5]。其中包含斷路器、接地開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)分合閘時(shí)間、分合閘同期性、主觸頭行程、開(kāi)距等數(shù)據(jù)。我們一般采用EKC-Ⅶ開(kāi)關(guān)特性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，拿擴(kuò)灌一泵站101 斷路器來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)前首先合上101-01 接地開(kāi)關(guān)，合上101-03 接地開(kāi)關(guān)；拆除101-01、101-03 接地外殼相連的接地母線，將測(cè)試儀的黃綠紅三根測(cè)試線分別連接至101-01 接地開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭上，在對(duì)測(cè)試線黑線進(jìn)行短接分別連接到101-03 接地開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭處，與主回路進(jìn)行連接；合閘測(cè)試時(shí)將合閘控制線（紅色）連接HQ-1 線，公共線（黑色）連接HQ-2 線，分閘測(cè)試時(shí)分閘控制線（綠色）連接TQ1-1、TQ2-1 線，公共線（黑色）連接TQ1-2、TQ2-2 線來(lái)進(jìn)行分合閘信號(hào)的傳輸。表2 為101 斷路器開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)記錄。

表2 101 斷路器開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)記錄

3.2 回路電阻測(cè)試

回路電阻測(cè)試用于開(kāi)關(guān)設(shè)備的接觸電阻測(cè)試，我們采用EHL-200 回路電阻測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電流一般為100A。試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備和開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)一致，只有當(dāng)101 斷路器在合閘時(shí)才能進(jìn)行接觸電阻的測(cè)試，把紅色測(cè)試線通過(guò)測(cè)試夾夾到101-01 接地開(kāi)關(guān)的A 相動(dòng)觸頭上，將黑色測(cè)試夾夾到101-03 接地開(kāi)關(guān)的A 相動(dòng)觸頭上，形成回路進(jìn)行測(cè)試，B 相、C 相同上。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為≤250μΩ，測(cè)得A 相190.1μΩ、B 相198.4μΩ、C 相179.3μΩ。

4 結(jié)語(yǔ)

寧夏固海揚(yáng)水工程是寧夏最早的也是灌溉面積最大的揚(yáng)水工程，GIS 設(shè)備在擴(kuò)灌泵站的應(yīng)用使寧夏固海揚(yáng)水工程在自動(dòng)化、信息化、高效節(jié)能化上邁進(jìn)了一個(gè)新的臺(tái)階。通過(guò)GIS 設(shè)備的運(yùn)行可靠、配置靈活、智能化控制使得揚(yáng)水泵站在運(yùn)維改革中大大領(lǐng)先寧夏灌區(qū)內(nèi)的其他揚(yáng)水工程。