1、p DL 中华人民共和国电力行业标准DL/T 5139- 2001 水力发电厂气体绝缘金属封闭开关设备配电装置设计规范条文说明主编单位：国家电力公司水电水利规划设计总院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会T ；（咆jJ绕城“2001北京目次1范围.34 3 总则.35 5 一般要求365.1 使用条件365.2 设备参数选择395.3 GIS配电装置与相关设备的连接 43 5.4 内部故障的防护. 47 5.5 GIS内的快速瞬变过电压505.6 接地开关的配置 52 5.7 避雷器的配置545.8 操作控制电源.54 5.9信号545.10 操动机构和辅助回路的防护555.11 S凡气
2、体.55 6 GIS配电装置的选型.58 6.1 GIS配电装置选用的工程条件 58 6.2 断路器型式的选择. 58 6.3母线型式的选择. 59 6.4其他.59 7 布置.61 7.1 配电装置室位置的选择617.2 间隔尺寸617.3 场地和通道627.4 GIS配电装置的相序627.5 汇控柜及S凡空气套管的布置.627.6 隔室划分和隔室附件的配置6232 7.7 伸缩节的配置.63 7.8 GIS室的密封 63 7.9 户外GIS配电装置的布置创汇10GIS配电装置的电缆布置647.11 基础647.12 专用检修间、备品备件库、SF6气体储存场地的配置 65 7 .13 吊车6
3、58 环境保护“8.1 GIS配电装置室的环境保护.66 8.2 环境保护的措施 66 8.3 户外GIS配电装置环境保护679接地“9.1 般规定689.2 GIS外壳感应电压.68 9.3 GIS接地.69 9.4 SF6管母线和管线的接地.69 9.5 接地线7010 对土建的要求.71 11 专用工具和监测仪器的配置.72 12 现场试验7333 1范围GIS配电装置的特点是占地面积和空间尺寸小、运行可靠性高，但目前设备造价相对较高，在较低的电压等级范围内使用不很经济，另外目前我国35kV户内配电装置多采用比GIS更为经济的成套开关柜，且占地面积不大。但高压电器的发展趋势要求是小型、轻
4、量、长寿命、免维护、不燃和维修省力。这样推广额定电压从lkV到超高压范围的充气绝缘技术，包括研制有高压还有中压（3.2kV35kV）全封闭型的成套配电装置是研制的方向：63kV电压只有东北地区有，如于llOkV电压目前国内未有应用GIS的工程实践经验。llOkV500kV则在场地受到限制的水电站应用较多，如丹江口、乌江渡、东江、龙羊峡、安康、隔河岩、白山、万安、鲁布革、天生桥二级、岩滩、漫湾、东风、五强溪、广州抽水蓄能、天生桥一级、二滩、天荒坪、大朝山电站等等均使用GIS配电装置，故将使用标称电压规定为llOkV500kV符合国情。34 3总则根据国家基本建设委员会（80）建发设字第8号文工程
5、建设标准规范管理办法第三条的有关规定，配电装置设计必须认真贯彻国家的基本建设方针，充分体现社会主义的技术经济政策。35 5一般要求5.1使用条件5.1.1 由于使用条件不同，GIS配电装置分户内型和户外型。根据工程的具体情况，GIS配电装置全部采用户内或户外型时，可按户内或户外的使用条件选定：当GIS配电装置部分采用户内型和户外型时，如开关元件、保护元件及母线等设备布置在户内，与变压器、电抗器或架空出线连接的进、出线管线布置在户外时，则应分别按户内和户外的使用条件选定。5.1.2 引用GB7674户内设备贮存应有防雨措施，并允许在一35贮运。根据我国地震局对我国往年的地震实测记录和地震模拟试验
6、，我国的地震波形为正弦共振拍波，与以往引用日本方式即正弦共振3周波不同，我国已按正弦共振拍波的地震波形，对高压开关设备抗地震性能试验编制了国家标准，即GBIT13540，此标准已对地震烈度、加速度、考核波形及使用条件作出明确的规定。对考核波形该标准给出两种方法：一是人工合成地震波：二是正弦共振拍波。由于前者试验条件复杂，故推荐采用正弦共振拍波试验法。5.1.3 引用GB7674对有关问题说明如下。1 日辐射对户外GIS配电装置的影响。日辐射对户外高压配电装置中导体载流时的影响，我国于70年代末在制订500kV电气设备条件时，总结国内敞开式配电装置的运行经验，特别是户外隔离开关在没有达到额定电流
7、的情况下出现了触头熔焊现象。经分析认为与日辐射有关，为解决此问题，受原水电部和机械部委托，80年代初长江委（原长江流域规划办公室）和西安高压电器研究所进行了3年的户外现场试验，在南京燕子矶和葛洲坝二江220kV开关站进行了真型实测试验，试品除电器设备外，还有铝管母线及不同颜色的铝排。结果表明，日辐射对导体36 和电设备产生的附加温升不可忽略，对在0.1Wlcm2的日辐射强度下，日辐射对电气设备产生的附加温升在1520，铝管母线更为严重。关于日辐射的几个问题如下：一是，我国太阳辐射强度分级及各地辐射强度。电机工程手册第6篇电工产品环境技术对我国最大太阳辐射强度分级，见表5.1. 3-1，我国各地
8、辐射强度见表5.l.3-2o 表5.1.3-1最大太阳辐射强度分级级别辐射强度说W/cm2 明0.1 在一般地区和湿热带II 0.112 在于热带及3000m以下高原地区皿0.125 在3000SOOOm高原地区注：lcal/cm2min=0.0697W /cm2 o 0. lW /cm2=1.43472cal/1口n2min表5.1.32 各地日辐射强度cal/cm2 min 地点夏季最全年最地点夏季最全年最地点夏季最全年最大平均大平均大平均大平均大平均大平均佳木斯1.35 喀什1.36 民勤1.35 黑河1.37 和田1.25 兰州1.32 哈尔滨1.30 拉萨1.48 1.64 哈密1.
9、41 长春1.28 重庆1.19 敦煌1.40 沈阳1.25 1.43 贵阳1.28 格尔木1.44 北京1.39 1.42 桂林1.25 阿勒泰1.33 济南1.41 ？可口1.28 昌都1.45 合肥1.33 武汉1.22 屯冲1.32 南尽1.24 宜昌1.19 成都1.20 上海1.25 南昌1.29 菇羌1.30 杭州1.19 大连1.39 长沙1.22 福州1.24 太原1.35 南宁1.24 乌鲁木齐1.36 郑州1.23 赣州1.26 吐鲁番1.40 1.49 扎萨克1.43 海口1.24 库车1.34 西安1.20 广州1.20 1.39 37 二是，国内外考虑日辐射的现况。
10、日本就日辐射对GIS载流量的影响也作了研究，日辐射对外壳附加温升为1015左右，对导体附加温升在此值以下。国外有关制造厂考虑日辐射对户外GIS载流量的影响，根据多年的研究及制造、运行经验，日辐射对户外GIS的附加温升计算公式约为：l:!.t = 0.39K （斗r.781式中：P一太阳日辐射强度，W/m2;一一不同颜色的吸收系数，灰色取0.8，白色取0.37;K一一国际标准取0.8。日辐射对低压电器载流量的影响，广州电器科学研究所进行了长期的实测，认为附加温升为1015。三是，日辐射对电气设备载流量的影响。当风速为0.5m/s、日辐射为0.1W/cm2时，LGJ-10型小截面导线的日辐射温升为
11、7.0，LGJ-240型导线的日辐射温升为12.4，LGJQ-700型大截面导线的日辐射温升为15。查日本JEC-165( 1964）型隔离开关温升试验，其考虑连接导线由日辐射造成温升为10。日辐射温升与导体直径有关，常用软导线的日辐射温升约1015。日辐射对管形导体的影响，当风速为0.5mls、日辐射为0.1W/cm2时，D40/d35型铝合金管的日辐射附加温升为12，D130/dl16型铝合金管的日辐射附加温升为18。铝锺合金管母线D100/d90在周围空气温度为25，最高允许温度为70，不考虑日辐射时的允许载流量为2350A；考虑日辐射0.1W/cm2及相应风速0.5m/s，最高允许温度
12、提高到80时，允许载流量为2054A，与70不考虑日辐射相比，减少12.6%。通过葛洲坝D80/d70型铝管母线的实测与理论计算，发现二者差异较大，二者相差20%35%。详见表5.1.3-3。38 表5.1.3-3实通电流与理论计算电流的比较项目8月27日8月28日9月3日13点13点13点实日辐射强度callcm2 min 0.984 0.842 1.029 测值风速mis0.64 0.65 0.75 实测温度59.8 63.4 65.6 实通电流A960 960 960 理论计算电流A1151 1295 1255 新修订的IEC694-90修订稿高压开关设备和控制设备标准的共用条款已明确指
13、出“阳光辐射水平达到1000W/m2（晴天的中午）应予考虑。”并注明，为了使温升不超过规定值，在一定的阳光辐射条件下，可能需要采取适当措施，如加屋顶、强迫通风等，或可降低负荷使用。户外GIS设备应考虑日辐射附加温升对其载流量的影响，但要结合工程规划及其在电力系统中的运行方式。既要考虑安全运行，又要考虑设备造价，使其二者取得最佳效益。2对于与架空线相连接的SF6空气套管，在选择泄漏比距时，除应符合GB/f5582标准规定外，还应考虑坝区地洪时水泥雾的影响，并对瓷群结构提出要求。5.2设备参数选择5.2.1 由于GIS具有运行可靠性高、使用寿命长、检修周期长、造价较高、积木式结构布置紧凑等特点，故
14、一旦内部故障，更换元件及大修比常规电器困难，检修时间要长。因而在设计中对远景规划的适应性应比常规电器更注意。5.2.2 多年极值平均值为一年所测最高（或最低）温度的多年平均值。GB/f11804电工电子产品环境条件术语规定：月平均相对湿度为个月内平均相对湿度的月平均值。39 多年最湿月份的月平均最大相对湿度的平均值为每年最温月份内每日最大相对湿度的月平均的多年平均值。1984年国家标准局会同有关部门制定了国家标准GB4797.1 电工电子产品自然界的环境条件：温度和湿度，该标准将我国气候按温度和温度的年极值的平均值分为六种类型，见表5.2.2。从表上可知我国已不再采用波尔标准而采用IEC标准作
15、为新的工业气候分类方法。新的分类方法将原来JB830划为“湿热带”的长江以南大陆地区改称为“亚湿热带”。温热带仅包括广东省的雷州半岛、云南省的西双版纳地区、台湾省南端及海南省等地。表s.2.2按年极值划分的各种气候类型温度和湿度的年极值气候类型低温高温相对湿度大于等于最大绝对 95%时最高温度湿度g/m3寒冷50 35 20 18 寒温I一3337 23 21 寒温E一3331 12 11 暖温一2038 26 26 干热一2240 27 27 亚湿热-10 40 27 27 湿热5 40 28 28 据调查，在我国湿热带地区如海南岛，采用普通高压电器产品问题较多（因产品受潮、长霉、虫害、锈蚀
16、严重等引起的故障较多），今后应采用湿热带型高压电器。亚湿热带地区（包括贵州、湖南、湖北、江西、福建、浙江、广东、广西、安徽和江苏中南部、四川和云南东部以及台湾中北部）建国40年来全都使用普通高压电器产品。经过上述地区的调查，在外绝缘和发热方面未出过重大问题。其中，“温”与“热”相对较重的两个地区，高压电器运行中主要问题是由于40 密封不良引起进水和受潮，以及外表锈蚀和虫害等。这些问题可以在普通产品上加强质量管理及相应的措施处理。因此，应允许亚热带地区采用普通高压电器，但应根据当地运行经验加强防潮、防水、防锈、防霉及防虫害等措施。5.2.3 GIS配电装置是用SF6气体作为绝缘介质，一旦液化，G
17、IS配电装置的绝缘性能将遭到破坏。而SF6气体与其他气体相比，液化温度较高，且其液化温度与SF6气体的使用气压有关，随着气压增大其液化温度随着提高，如气压为0.5MPa时，在-3839开始液化，气压增至0.6MPa时，则在一32一33开始液化。另外，所采用的仪表、继电器等辅助设备，周围空气温度一旦低于其正常运行的最低温度时，影响运行的可靠性。故当周围空气温度低于GIS配电装置设备、仪表和继电器的允许温度时，应装设加热器或采取其他保温设施。5.2.4 GIS配电装置本体的安装高度一般为落地布置，但由于各工程的具体情况千差万别，其安装地点高于地平面lOm是可能出现的，从GIS安全运行出发，采用了S
18、DJS-85高压配电装置设计技术规程中的标准。5.2.5见5.1.2o 5.2.6 按GB156和GB汀762的标准，选择电压、电流时应按表5.2.6-1和5.2.6-2中优先选取。表5.2.6-1标称电压和设备最高电压kV 标称电压（有效值）110 220 I刃oI 500 额定电压（有效值）126 2s2 I 363 I 550 表5.2.62额定电流值A 1000 I 1250 I 2000 I 2500 l 3150 I 4000 I 5000 I 6300 I 8000 5.2.7 GIS配电装置的绝缘水平对设备安全运行和设备造价是重要影响因素之一。GB7674、GB31l.1高压输
19、变电设备的绝缘配合及DL/f405进口220500kV高压断路器和隔离开关技术条件所要求的设备纵绝缘水平比IEC标准要求严格，见41 表5.2.7，其制造厂要满足国标绝缘水平，设备造价将增加15%。因此在选用绝缘水平时，应结合各工程的实际，并权衡过电压和各种保护装置、设备造价、维修费用以及故障损失等因素，进行科学合理的绝缘配合，力求取得最好的综合经济效益。褒5.2.7有关国标及IEC标准kV 国标500kVIEC500kV 项目隔离断口问隔离断口问雷电冲击耐压1.2/501550 + 315 （阳ak)155 + (315 450 )I) 1550+ 315 操作冲击耐压25012500(pe
20、ak) 1050+450 900+450 工频lmin耐压（有效值）790 780 1）括号内数据为GB.311.1的规定值。5.2.8在考虑电力系统远景发展规划时，SDJS-85高压配电装置设计规程为工程建成后的510年；SDJ161-85规定，系统设计应按远景水平年计算短路电流，选择新增断路器时应按设备投运后10年左右的系统发展计算。考虑到GIS元明显过载能力，改建困难，且水电站特别是大型、特大型水电站建设周期长，为适应电力系统的发展，将电力系统远景发展规划提高到本工程全部投产后的1015年较为合适。发电厂的GIS，一般距发电机、变压器较近，由于发电机、变压器电感量大，电阻小，时间常数很大
21、，远远大于系统的时间常数，为此在计算短路电流时应计算短路处的时间常数。现行国标和IEC标准采用的直流分量曲线时间常数都取45ms,IEC标准近期正在修订60ms、90ms以及更大时间常数的直流分量曲线，工程设计对此必须引起重视。5.2.9 引用GB7674。5.2.10 正常运行时，GIS设备中充有0.2MPa0.7MPa的SF642 气体，其中断路器一般为0.4MPa0.7MPa，其他设备0.2MPa0.5MPa。在内部故障电弧燃烧时，气压会升高。按照我国劳动部劳锅字(1990)8号文1991年1月1日正式颁发施行的压力容器安全技术监察规程第3条规定：最高工作压力大于等于O.lMPa；内直径
22、（非圆形截面指断面最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3：介质为气体、液体或工作温度高于等于标准沸点的液体，还包括所用的安全附件，均属压力容器范围。1985年原劳动人事部锅炉压力容器安全监察局曾发函原水电建设总局，明确指出SF6全封闭组合电器壳体应按压力容器安全技术监察规程有关规定设计。可归属于一类或二类容器设计。GB7674和IEC517额定电压72.SkV及以上气体绝缘金属封闭开关设备均指出外壳设计不论焊接或铸造的外壳，它的厚度和结构的计算方法可按压力容器设计规定选择。对铸造外壳的破坏压力应为设计压力的3.5倍；对焊接外壳的破坏压力应为设计压力的2.3倍。S.3
23、GIS配电装置与相关设备的连接S.3.1本条指出GIS与相关设备连接的主要方式和选择连接方式的基本原则。由于总体布置的不同，GIS与相关设备的连接通常有以下三种方式：1 GIS与相关设备用架空线连接。这种情况一般是GIS与相关设备均布置在地面并距离较远，两者之间有连接的架空线走廊。这种连接比较节省，设备布置和连接直观，维护也较方便。有条件时应优先采用。2 当GIS与相关设备毗邻布置或上下重叠布置时，距离较近，大多采用SF6管线直接连接。此种连接方式所占空间尺寸小，设备布置较紧凑，运行维护方便。3 当GIS布置在地下洞式或虽布置在地面，但与相关设备43 布置有一定距离，如用架空线连接，其走廊十分
24、困难，传输功率也不大，此时可采用电缆连接。在选用此方案时，除要考虑电缆运行的可靠性外，还应特别注意电缆的防火，一般应用阻燃电缆。5.3.2 GIS配电装置与变压器、电抗器的连接。5.3.2.1 本条是对GIS与变压器、电抗器连接元件提出的原则要求。其主要内容是连接元件密封性能应满足相应的要求，使被连接两种设备的绝缘介质不应相互渗漏，彼此不能相互影响设备的安全运行。同时要求连接件的使用材质性能稳定，能耐受所连设备绝缘介质的腐蚀和分解。5.3.2.2根据对我国已建水电站的布置方式调查表明，升压变压器与GIS配电装置室，一般采用毗邻布置或叠式布置方式，因此GIS配电装置与变压器连接推荐采用SF6管线
25、与变压器油气套管连接。5.3.2.3 本条主要是对油气套管功能要求。套管除应具有良好的密封性能外，在机械强度上还应能承受套管两侧不同绝缘介质在各种可能的运行条件下产生的最大压差，如侧发生故障压力升高，另一侧处于抽真空状态。在正常运行时，GIS外壳中会长期产生一定的感应电流（约为导体的80%90%），如果让这一电流通过SF6管线外壳传递到变压器外壳上，将会导致变压器外壳局部过热，影响变压器的安全运行，故应在连接部位加绝缘隔层。在工程应用上一般是在油气套管法兰处加绝缘垫来满足这一要求。并要求在此装设ZnO限压器以释放运行中产生的感应过电压。5.3.2.4 SF6管线1 GIS与变压器在试验项目、试
26、验方法和试验电压等方面均有各自的要求，为使各设备的试验互不影响，需要在导体上有一个断口来隔断电的通路。断口间距应能承受设备的各种试验电压。2 GIS与变压器试验时，需要打开断口处的隔室，拆卸断44 口导体，在试验完成后又需装上断口所拆下的导体。在断口导体拆、装过程中，均需要回收和充填SF6气体。设置断口单独隔室，可减少试验时气体回收和填充的工作量。可拆卸断口的隔室与相邻的隔室在运行状态下，应是互相连通的，减少不必要的隔室有利于安全运行。气路导通的方式有：是在此处的绝缘隔板上加装一个可在外面操作的关闭导通阀；二是在两个隔室上引接一个带有可开、闭阀的旁通气管。这样在运行中打开气路与相邻气隔连通，在
27、拆卸时关闭气路，与相邻气隔隔离。这两种方式都可行，视制造厂的具体情况而定。3设备的制造误差（包括GIS和变压器、电抗器）、土建误差、安装误差、温度变化产生的伸缩以及变压器在运行中产生的振动等因素是客观存在的，工程设计必须重视和处理好这些相关因素，以保证设备的安全运行。故在GIS设计中，导体的某些部位应采用梅花触头，用插接式连接；在外壳的一定位置设置波纹管式伸缩节来调整这些误差、释放安装和温度变化及变压器振动所产生的内应力和位移。4采用单相变压器和台数比较多的三相变压器的大型、特大型水电站，般配备备用变压器。当运行中任意一台变压器事故损坏时，用备用变压器来代替。为了减少备用变压器安装工作量，缩短
28、停电时间，使SF6管线与每台变压器连接元件应具有互换性。5 大型、特大型水电站有多台主变压器、电抗器，不可能与GIS配电装置同步安装调试完毕，由于GIS配电装置自身的结构特点，其安装一般优先于变压器、电抗器完成，因此，将出现GIS配电装置与未装变压器、电抗器的连接处要采取一定封堵措施问题，以满足已安装调试部位投入安全运行和适应与主变压器、电抗器不同步安装的要求。5.3.3 GIS配电装置与电缆的连接。GIS配电装置与电缆的连接，多用于水电站地下式厂房，高压、超高压电力电缆从提高运行的可靠性，减少安装工作量和有利消防等因素出发，视国内外45 的生产情况，宜优先采用阻燃型交联聚氯乙烯电力电缆。GI
29、S配电装置与电缆的连接处所设置的连接装置应满足规定，其原因与5.3.2.3和5.3.2.4条相同。5.3.4 GIS配电装置与架空线连接。5.3.4.1 由于GIS配电装置问隔设备宽度较小，一般情况下GIS的最小间隔宽度约为：llOkV三相共箱1.Sm;ZZOkV分相设备间隔宽度3.0m;330kV分相设备间隔宽度3.3m;SOOkV分相设备间隔宽度3.6mo而与架空出线连接的SF6空气套管的间隔宽度一般是：llOkV约Sm;ZZOkV约13m;330kV约ZOm;SOOkV为2730mo因此GIS配电装置需要用SF6管线逐步扩大其相间距离，与SF6空气套管相连接以满足上述要求。5.3.4.2
30、 SF6空气套管的绝缘水平、泄漏比距、机械荷载以及接线端子等均应满足敞开式配电装置的有关规定。5.3.4.3 S巧巧空气套管设单独支架主要是为便于套管的安装调整。在需要外壳与支架绝缘时也易于处理。5.3.5 GIS与变压器、电抗器、电缆等的连接部位，是GIS配电装置设计的重要环节，特别是当GIS、变压器、电抗器、电缆等由不同制造厂供货时，应特别重视GIS与变压器、电抗器、电缆等连接部位的协调。在己往的工程中曾发生过因两个制造厂家的分工不明确、技术责任不清而造成在安装或运行中发生问题时，制造厂之间相互推脱责任。因此，在编写GIS招标文件或技术规范时，必须明确由一方（一般是GIS供货方）负责协调，
31、工程设计单位参加。协调项目一般为：1 明确连接部位各自的技术职责和供货范围。2 SF6管线与变压器、电缆的具体连接方式，如导体和外壳的连接，感应电流、电压的隔离方式、拆卸断口、连接法兰尺寸和螺孔位置的校正以及其他需协调的问题。3 吸收各种误差的措施。4 防止两种介质相互渗透和漏气的措施。46 工程设计单位应根据14项的内容提出具体要求，以便在协调会上明确各制造厂的技术责任和供货范围。根据以往工程的经验，GIS与变压器、电抗器、电缆的连接，各供货商的分界线可参照图5.3 .5-1和5.3.5-203aaT23ZO咽，。图5.3.5-2GIS与电缆供货分界示意图图5.3.5-1GIS与变压器供货分
32、界示意图内部故障的防护导致GIS内部故障的原因有：由于密封装置不良引起SF6气体泄漏，使SF6气体的气压不能达到设计要求，或是SF6气体的含水量超过规定值，在气温降低时出现凝露，以上原因都将导致GIS的绝缘水平的下降；设备的制造、运输、安装以及检修未按规定的工艺程序进行，质量不高造成的设备缺陷：GIS结构设计不合理，或土建未能达到设计要求。以上都可能导致GIS绝缘击穿闪络，造成内部短路事故，导致电弧使气隔内的压力迅速升高，严重者外壳烧穿或发生爆炸，使含有低分子结构氟化物有毒气体大量外溢，这种故障的几率虽然很小，但后果十分严重，故对GIS内部故障的防护必须引起高度的重视。1992年初对我国已投运
33、8个水电站的llOkV330kV电压47 5.4 等级的GIS配电装置的事故进行了统计分析。统计到1992年5月底为止，8个水电站累积投运约294个问隔年，共发生大的故障15次，每个问隔年平均发生故障0.078次。从事故统计中可看出，不论是从外国公司进口的GIS配电装置，还是国产的GIS配电装置，都发生过严重故障。对事故的种类分析表明，设备制造缺陷引起的故障占80%，运行和安装不当引起的故障占13.3%，其他占6.7%。应指出的是设备制造缺陷已发生的故障有：盘式或三足绝缘子制造质量缺陷，变压器与GIS配电装置连接间的油气套管制造不合格（属变压器故障范围），杂质引起盘式绝缘子表面污染闪络等导致内
34、部故障共发生6次；GIS配电装置的出线套管有裂缝，在运行中突然发生爆炸1次；发生高压油管漏油，使液压机械的压力迅速下降到零1次；内部接触不良引起放电1次，上述故障均被迫停电检修。由此可见，减少事故率，提高GIS配电装置运行的安全可靠性，关键是提高GIS配电装置的制造质量，其次是提高安装质量和运行水平。根据国内外科技水平、制造及工程的实践经验表明：对GIS内部故障可采用的防护措施可分为质量体系和工程防护技术两类，在设计中二者都应采用，不可偏废一面。在质量体系方面应重视做好下列工作：1 根据各工程具体情况并严格遵照有关标准，编写好GIS配电装置的技术条件，总体结构设计合理。2加强对设备的监督制造，
35、认真做好设备出厂和到现场的验收。3安装必须按制定的安装程序和工艺进行，严格现场试验和验收工作。此外，应按本条规定，做好以下7点工程防护技术措施。1 隔室是一个完全密封的空间，绝缘隔板能承受相邻隔室的最大压力差，因此当发生故障电弧时，起弧的隔室可将电弧限制在该隔室内，从而限制并缩小了故障范围。根据GIS配电装48 置的主接线，在设计隔室设置时应考虑下列因素：一个间隔内的断路器等设备检修时不能影响相邻间隔的正常运行；将内部故障限制在一个间隔内；宜控制在一个台班内，将一个隔室内的SF6气体全部回收完毕。2 快速切除故障是防止事故扩大的主要措施之一。3 吸附剂、逆止间和密度继电器的设置，主要是为了：吸
36、附隔室内SF6气体中水分和分解气体，防止含水量超过标准；方便补气和防止补气间在补气时漏气：监测隔室中SF6气体密度，当SF6气体压力下降时，它通过接点发出报警信号或强制跳闸，告知运行人员是否需要对隔室补气，以及发出闭锁信号。4 当GIS发生内部短路故障时，在外壳没有烧穿前，快速保护应能切除故障，因此快速保护与外壳的烧穿时间必须进行很好的配合。烧穿时间与外壳的材质和故障电流的大小有关，经验公式如下。铝合金外壳烧穿时间：t = 87.4t.11 ;10.61 碳素钢外壳烧穿时间：t 4.3; 1o.64s 式中：一一外壳厚度，mm;I一一短路电流，kA。根据外壳的厚度和短路电流为40kA50kA的
37、估算，铝合金外壳烧穿时间般在200ms600ms，碳素钢外壳烧穿时间一般在lOOOms左右，采用快速继电保护在lOOms内切除故障是可以做到的。因此在IEC517额定电压72.SkV及以上气体绝缘金属封闭开关设备和GB7674中，对外壳的厚度应在下述最小耐受时间内，外壳不烧穿作出了明确规定，电流等于或大于40kA,O. ls；电流小于40kA,0.2s。5设置防爆膜或其他压力释放装置，将内部故障隔室内压力升高控制在允许的压力范围内，不致引起外壳爆炸。发生严重事故时，通过防爆膜爆破或其他装置释放压力而减少事故的严重49 程度。6设置可靠的电气和机械联锁装置，可减少误操作而造成的事故。7应特别重视
38、故障预诊断技术的使用，为在GIS不解体的情况下掌握设备内部状况和故障发生时能准确指出故障的部位创造了条件。目前国内外已在内部电晕放电、分解气体成分、异常声音、耐压特性、温升、断路器操作特性、壳体绝缘、SF6气体密度和含水量、避雷器的泄漏电流、内部闪络等方面进行检测，加强对上述检测数据的分析，可达到预防事故，提高GIS设备的可靠4性或缩小事故范围的目的。5.5 GIS内的快速瞬变过电压国际上，随着GIS在超高压输变电系统中越来越广泛的应用，在GIS内因隔离开关操作而产生的快速瞬变过电压V.F.T.O (Very Fast Transient Overvoltage）也曾对300kV及以上的各种电
39、器设备造成一些事故，因而近几年来的国际大电网会议上，有关V.F.T.O的问题越来越引起大家的重视。我国大亚湾核电站由日本进口的三相900MVA/500k V的有载联络变压器，500kV侧和400kV侧皆直接与GIS连接，1992年6月进行空载调试时突然发生击穿短路、烧毁事故。结论是由于500kV侧GIS内隔离开关操作产生了V.F.T.O，加以变压器绕组绝缘设计上存在一些缺点，致使合闸瞬间在500kV绕组的第一段击穿、短路、烧毁。理论分析和试验表明，V.F.T.O主要是GIS内的隔离开关在合闸和操作时产生的，这是由于GIS的结构特点与开敞式配电装置相比，其电气d性能有下特J点：开关起弧和断弧的时
40、间很短，仅5nslOns；由于金属屏蔽尺寸减少，致使行波的折射、反射时间极短，频率极高，在兆赫兹范围内；由于载流导体和金属蔽屏外壳同轴结构，导体的截面较大，电场比较均匀没有电晕损起，故行波阻尼很小，可以维持兆赫兹范围内的高频振50 荡，衰减较慢。试验研究表明，当GIS中的隔离开关操作时，会产生多次重复，频率很高，波峰很陡，正负极性都有的V.F.T.O，其最大峰值可达2.4(p.u），在电源电压的每一个频率周期内，将出现多次起弧、断弧，而每一次起弧和断弧就产生一次如图5.5所示的V.F.;f.O振荡过程，时间一般在几十到几百微秒之间，可见每一次隔离开关操作中（一般操作过程为数秒），可能出现成千上
41、万次正负极性的V.F.T.O振荡过程。而每一次振荡过程又可分为高频和低频两个部分。高频部分是由于刚刚起弧时弧电阻近于零，电磁场在GIS内产生快速行波反射，频率极高，披头、波尾极陡。高频部分频率在110阳-Iz，而陡升、陡降的时间在lOns20ns。低频部分的频率则反映了GIS内母线的电感、电容以及电源变电压和套管的阻抗参数的谐振频率，此频率一般在0.22.仙任-Iz之间。高频部分的峰值主要随起弧后弧电阻的增大而衰减，可维持几微秒，低频部分的峰值主要取决于与电源变压器相连接导体的电阻，一般可维持几十微秒。U(X lOOkV) T 10 图5.5典型的V.F.T.0示波图注：输入电压635kV（有
42、效值），操作速度l.Om/s，扫描点距20ns点。鉴于上述V.F.T.O的特性，将对变压器的绝缘产生不利影响。在变压器绕阻的首端数段内，由于电压的高度非线性分布，段间最大梯度百分数可在标准雷电冲击电压梯度百分数的3倍以上。按绝对数值来说，当V.F.T.0最大峰值为70%雷电冲击电51 压时，则端间梯度电压可达0.73=2.1倍以上，即V.F.T.O的梯度电压可在标准雷电冲击梯度电压值的两倍以上，另外，V.F.T.O的低频部分将会引起绕组内部的谐振，在绕阻的某些部位会产生峰值很高，频率更高的谐振过电压，将危极变压器的绝缘。在工程设计时，应重视GIS配电装置内由于隔离开关操作产生的V.F.T.O对
43、变压器带来的不利影响，在设计上要求变压器制造厂对与GIS连接的变压器采取适当措施（端部加强屏蔽及端部线圈适当加强绝缘），运行中根据不同的主接线对操作程序应作慎重的规定。5.6 接地开关的配置5.6.1 指出配置安全接地开关的基本要求。5.6.2 提出接地开关的一般配置原则和具体需要配置的部位。5.6.3 接地开关型式选择。1 线路侧和母线上的接地开关，由于两侧都有电源，当其误技人时，将通过断路器的额定关合电流。另一方面与出线相连接，尤其是同杆架设的架空线路，其电磁感应和静电感应电流较大，装于该处的接地开关必须具备切、合上述电流的能力。快速接地开关关合动作时间一般在O.ls左右。2此接地开关仅作
44、安全检修用，不会产生通过断路器的额定关合电流情况。5.6.4快速接地开关电磁感应电流和静电感应电流是按以下定义的。1 电磁感应电流。电磁感应电流是电感电流。当不带电的输电线一端接地，且通电流的带电线路与此接地线平行和接近，此时，在不带电输电线的另一端使线路接地或不接地的接地开关必须开合的电流是电磁感应电流。注1：两端接地的不带电线路中的感应电流取决于带电线路中的电流大小以及带电线路的搞合因数由杆塔上的线路布置来确定。52 注2：线路一端接地，该线路另一端打开的接地开关上的电感电压取决于带电线路中的电流大小以及对带电线路的榈合因数（搞合因数由杆塔上的线路布置确定）和与带电线路接近的那部分接地线路
45、长度来确定。2 静电感应电流。静电感应电流是容性电流。当不带电的输电线一端开路，且通电流的带电线路与接地线路平行和接近，此时，在不带电输电线的另一端使线路接地或不接地的接地开关必须开合的电流是静电感应电流。注1：一端接地的不带电线路中的电容电流取决于带电线路上的电压以及与带电线路的藕合因数，搞合因数由杆塔上的线路布置以及接地线路的接地端和开路端之间的长度来确定。注2：线路一端开路，该线路另一端打开的接地开关上的电容电压取决于带电线路上的电压以及与带电线路的藕合因数，藕合因数由杆塔上的线路布置来确定。快速接地开关切、合电磁感应和静电感应电流及其相应的感应电压，IEC1129交流接地开关开合感应电流分两类给出，见表5.6.4，选取时应结合工程的具体情况计算确定。表5.6.4快速接地开关额定感应电流和电压的标准值电磁感应静电感应额定额定感应电流额定
