新型252kV GIS产品设计理念及关键技术

胡 辉

（厦门ABB 高压开关有限公司，福建 厦门 361006）

随着科学技术的不断发展和高新技术的应用，变电站设备易操作、小型化、智能化、高可靠性、制造和运行低成本已成为一种发展趋势。目前国内已有的126kV 三相共筒式GΙS、252kV 部分共箱式GΙS 等设备所采用的三相共筒型的设计理念均已不能满足需求。在这种形势下，ABB 公司自主研发了一款基于新型共箱化技术、新型人机界面技术、全双动自能式断路器技术、新型液压弹簧操作机构技术的新一代252kV ELK-14/252 型GΙS。

1 新一代GIS 产品设计理念和特点

新一代252kV ELK-14/252 型GΙS 与原来的ELK-14/300 的产品相比，在其产品设计理念和整间隔布置结构上，运用新型共箱化和新型人机界面技术大幅度提高了原有产品的整体性能和技术水平。

图1 新型252kV ELK-14/252 型GIS

1.1 新型共箱化设计理念

首先，GΙS 的每个功能模块均采用三相共气室，即每个功能模块的三相导体均安装在同一个壳体里，包括断路器模块。断路器模块的共箱化使GΙS产品的小型化得到了很大提升：

1）进一步减小了开关设备占地面积小，减少了SF6用量。

2）三相磁场平衡，外壳涡流损耗很小。

3）传动零部件少，没有相与相间的外部传动拉杆，机械故障率小，且每相特性参数稳定，相间差异小。

然后，每个功能模块的每相导体与外壳都呈同轴分布，各个功能模块之间分别通过三个单相法兰接口和三个独立的单相绝缘子与其他功能模块连接，但是均在一个完整的壳体内。这样的设计与使用三相绝缘子连接的共筒型设计相比，更具优势：

1）可靠性高,内部导体和外壳之间近似同轴圆柱的均匀电场分布，对地绝缘裕度大，而且相间电气故障的概率大为下降。

2）当断路器开断时，在灭弧过程中产生的带电粒子和热气流无极间击穿的可能，运行稳定安全可靠。

3）由于各个功能模块的所有三相组件均在一个单独的壳体内，避免了更多的外部气体管路连接，SF6气密性好。

综上所述，这种新型的共箱化设计，将单相设计与共筒设计的优点集为一体，避免了单相设计与共筒设计的缺点。既使设备小型化，又提高了产品的可靠性，使GΙS 产品达到了完美的统一。

1.2 新型人机界面的设计理念

新一代的252kV ELK-14/252 型GΙS 首次将断路器操作机构、隔离开关操作机构和接地开关操作机构布置于设备前方，并且均安装在同一个机构箱内。各个功能模块的位置指示器、操作按钮、机械联锁、电气联锁、手动操作等功能以及互感器的二次终端，也布置在设备前方的机构箱内，与就地控制柜一体化。就地控制柜通常放置在GΙS 间隔前方，即操作机构箱的顶部，与其组成一个整体，根据工程的具体要求和客户的实际需求，也可以提供常规控制的独立控制柜。

图2 新型252kV ELK-14/252 型GIS 设备人机界面

这种新型人机界面的设计，使得所有功能模块均可以很容易在间隔正前方进行监控和维护，便于巡视和检修。一体化的设计也使设备安装和投运时间减少到最低，间隔将按照标准化、自动化和可靠的程序在工厂完成标准的安装与测试。工厂内模块组件的预组装和严格的质量控制简化了现场的安装和调试工作，可以大大减少现场安装工作。间隔的拼装时间和气体处理工作将减到最小，能够避免在现场安装过程中所带来的故障隐患。

综上所述，最新一代的ELK-14/252 GΙS 在原有产品的基础上将断路器、隔离开关、接地开关、母线模块及连接模块等进行了新型共箱化的设计和新型人机界面的设计，功能优化、布局紧凑、可靠性高、更易维护和使用。

2 新一代GIS 产品关键技术的研究

新一代252kV ELK-14/252型GΙS 运用了全双动自能式断路器、新型液压弹簧操作机构等关键性技术，使得设备更加智能化。整间隔仅配用一台新型液压弹簧操作机构，即可实现单相/三相分闸、合闸及快速自动重合闸操作。

2.1 全双动自能式断路器技术

新型的252kV ELK-14/252型GΙS 断路器采用了全双动自能式断路器技术，全双动自能式灭弧原理与自能式灭弧室（热膨胀+辅助压气）相比，所需要的操作功更少。断路器断口两侧的主触头、动弧触头、静触头和静弧触头均由连杆联接进行反向运动（全双动），不仅刚分速度显著增加，又降低了机械应力并进一步减少了机构操作功。

图3 全双动自能式断路器

当开断大电流时，依靠电弧能量增压，此时泄压阀闭合，灭弧的能量由电弧自身提供；当开断小电流时，泄压阀处于打开状态，压气所产生的高压气体吹灭小电流电弧。

每组断路器包括一台液压弹簧操作机构和三个独立的单断口灭弧室,检修时灭弧室可以很容易的从壳体中移出并以新的灭弧室替换。

2.2 新型液压弹簧操作机构技术

目前国内已有的252kV GΙS 断路器，为了满足电力系统运行时对单相操作的需求，多采用每相断路器配备一台液压机构或弹簧机构。但这种方式容易导致单相误动，并且在进行三相电气联动时，又带来同期误差难以保证的难题。而采用三相断路器配备一台液压机构或弹簧机构，虽然可以保证较好的动作同期性，但是无法满足对于单相操作的需求。

新型的252kV ELK-14 型GΙS 断路器配用一台新型液压弹簧操作机构，在不改变本体结构和配置的情况下，即可具备三相操作和单相操作的功能，并且可以有三相共气室和单相独立气室两种选择。

图4 新型液压弹簧操作机构

该机构结合了液压和弹簧操动机构的优点，性能稳定，可靠性高。由充压模块、碟簧储能模块、三个独立的驱动活塞杆和控制阀、辅助触点和位置指示等模块组成。液压控制回路集成在一个紧凑，密封的缸体中，无需任何外部管路。所有功能模块都更易于维护和检修。

3 结论

新一代252kV ELK-14/252 型SF6气体绝缘金属封闭开关设备，在产品设计上结合了新型共箱化技术、新型人机界面技术、全双动自能式断路器技术、新型液压弹簧操作机构技术，具有系统安全性、可靠性以及经济性和耐久性等一系列显著的优点，在易操作、小型化、智能化、高可靠性等方向上有了创新跨越式的发展，为广大电力用户提供了更优化的解决方案，代表了GΙS 最新的技术发展方向和趋势。

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