充气柜状态检修试验新方法

充气柜状态检修试验新方法

吴建国

江苏云峰科技股份有限公司江苏江阴214422

摘要：充气柜是将一次回路主部件如母线、隔离开关、断路器等密封在充有较低压力SF6或其他气体罐体内、并以电缆终端作为进出线的开关设备。其具有占地面积小、可靠性高、不受外界影响等特点，故在电力系统中应用越来越广泛。然而，由于充气柜与传统开关柜在结构上存在较大差异，且现场试验与出厂试验条件差距较大，目前充气柜的状态检修试验处于空白状态。文章以充气柜结构为基础开展了充气柜试验新方法研究，提出了充气柜几种典型试验项目的试验方法，通过变电站现场应用验证了方法的有效性，针对充气柜的试验提成建议。

关键词：充气柜；状态检修；试验新方法

引言

柜式气体绝缘金属封闭开关设备（CubicleGas—InsulatedSwitchgear），国际上简称C-GIS或有称GIS，是一种用于10～35kV或更高电压输配电系统，以接受或分配电能并能对电力系统正常运行和故障情况下实行控制、保护、测量、监视、通讯等功能的新型开关设备。把GIS的sF6的绝缘技术、密封技术与空气绝缘的金属封闭开关设备制造技术有机地相结合，将各高压元件设置在箱形密封容器内，使之充入较低压力的绝缘气体，利用现代加工手段而制成的成套系列化产品称之为柜式气体绝缘金属封闭开关设备，简称C-GIS（CubicletypeGasInsulatedSwitchgear），俗称的充气柜往往指的是C-GIS与充气环网柜的统称。

1充气柜概述

1.1充气柜的分类

20世纪80年代以来，充气柜的发展经历了不同阶段。充气柜可按电压等级划分，也可按断路器类型分为SF6断路器和真空断路器，按用途分为电力配电、变电和工业配电用，按内部高压元件布置方式分为有隔板与无隔板，按结构分为箱式和圆筒式。圆筒式很像高压GIS，箱式却很像一般金属封闭开关柜。圆筒式充气柜有三相共筒式和分相式两种结构。柜体材料有铸铝合金，也有钢板卷制。

1.2充气柜的主要技术特点

1.2.1小型化

由于使用SF6或N2作为绝缘介质，高压元件尺寸得以缩小，在箱形容器内排列方便、集装程度高，这就使得设备得以小型化。40．5kV级的C-GIS与12kV级的空气绝缘开关柜相当，12kV级充气柜的安装面积、体积也大大缩小。

1.2.2安全可靠

主回路的导电部分密封于绝缘气体中，因此C-GIS的最大优点是性能不受外界环境的影响。产品可使用在环境恶劣的场所，使设备长期安全运行，具有高可靠性；无触电和火灾的危险。气室采用低压气体作为绝缘介质，气密性可达30年。

1.2.3少维护／免维护

因各高压元件用SF6气体密封，零部件无腐蚀无生锈现象，也没有由此造成的操作方面的影响，需维修的工作量很少。真空断路器电寿命长、性能稳定，可免维护或少维护。

1.2.4应用、布置方便

中压C-GIS将各高压元件组成若干标准模块，通过组合可以满足各种主接线的要求，满足各种不同使用场合的需要。

2C-GlS的主要组成部分

2.1气室

早期研制的C-GIS，因受高压GIS的影响，常分隔成较多气室，如母线、隔离开关、断路器、电流互感器及电缆进出线等气体隔室。近年来，随着C-GIS的可靠性有了较大的提高，国内外研制的C-GIS基本上只采用1个或者2个气室。通常情况下，电压互感器、过电压保护装置等布置在气室外，采用插接件与气室高压带电部件相连，而电流互感器则可根据用户需要置于气室内外。

2.11母线结构

现代C-GIS中非常重要的一个元件就是母线联接器，其作用是：当产品现场安装拼柜时，在不打开密封箱体上的密封盖板的情况下采用插接结构使两个柜体间的母线在电路上连通并承载额定电流、短路电流，同时在两柜之间的主母线导体与金属外壳间建立固体的界面绝缘。用类似结构也可解决其它高压元件的绝缘插接。目前有三种类型的母线结构并存：气体绝缘母线；插接式固体绝缘母线：气体绝缘母线+母线连接器。母线采用何种形式主要是与对制造精度要求的高低，现场安装时是否涉及SF6气体的处理、抽真空，现场安装的方便程度有关。气体绝缘母线现场安装时需要打开密封盖板进行母线的联接，然后进行抽真空、SF6气体的处理、充气、检测水分含量，一切现场安装程序和高压GIS一样。插接式单相固体绝缘母线、气体绝缘母线+固体绝缘母线连接器现场安装时不需要打开密封盖板，前者用插接件将母线单相地连接起来，母线是干式的；后者柜内的母线是共箱、气体绝缘的，柜间是用硅橡胶连接器连接靠固体绝缘材料的界面绝缘。插接式固体绝缘母线或充气绝缘母线+母线连接器优点除了不受尘埃和凝露的影响外，便于母线连接、分段或改接，前者对制造、现场安装的精度要求略低，后者对制造、现场安装的精度要求较高。

2.2断路器

中压C-GIS中配置的是真空断路器或sF6断路器，充分发挥了真空断路器或SF6断路器灭弧室开断能力强和电寿命高的优点；采用真空断路器占90％以上，但有一些用户要求使用sF6断路器。真空断路器由真空灭弧室组件、框架和操动机构三大部分组成。真空灭弧室组件采用水平布置方式，使得内部导体布置方便。真空灭弧室轴向尺寸减少，悬臂变短整体强度提高，有利于真空灭弧室组件水平安装。采用绝缘筒整体固定方式，既保证机械强度又屏蔽了电场起到复合绝缘的双重功效。由于该真空断路器的真空灭弧室置于sF6气体密封箱体内，出现了必不可少的密封问题。静密封采用传统的橡胶密封使整个断路器与密封箱体可靠密封；而动密封采用弹性元件进行，操作杆穿过密封箱体的密封连接，操动机构通过传动杆操作密封箱体内的三极断路器动触头，使传动和密封均得到可靠保证。传动的过渡环节少，传动惯量大幅度降低，所需操作功减小，可靠性提高。断路器整体结构形式简单，装配、调整和维护简单方便。

2.3三位置隔离开关

隔离开关、接地开关复合化，组合成三位置隔离开关减少了元件数，自然提高了可靠性。近年来各国开发的中压C-GIS全部采用三位置隔离开关。三位置离开关的结构分为直动的导电杆型与转动的闸刀型两大类。布置方式有沿柜宽布置三相的正装和沿柜深方向布置三相的侧装，均为三相机械联动。

2.4控制和保护单元

智能化中压C—GIS通过控制和保护单元监测断路器的工作状态以及充气体的SF6气体压力，控制断路器合分闸、三位置隔离开关的操作，实现断路器、三位置隔离开关间的电气联锁；测量线路电流、电压、能量、频率等参数，记录故障信息，实现数字化（信息化）继电保护，取代常规的二次。使用现代数字技术与软件技术配合开关元件、传感器等实现控制、保护、联锁、检测等基本功能。如果需要常规二次亦可。

2.5电流／电压互感器或传感器

电流互感器、电压互感器或电流／电压传感器如何配置，信号输出的匹配。位置传感器、密度传感器的使用。

2.6电缆终端

电源的进出方案、容量大小，由电缆终端的结构决定。电缆通过插接式电缆终端进出线。电缆终端有内锥、外锥两种结构形式。外锥通过扩展绝缘子实现多根电缆并联进出线，但扩展后的电缆数量一般为2根。内锥直接通过预留插座并联进出线，可并联多根电缆，目前最多的为4根。

2.67HY5W避雷器

使用插接式HY5W避雷器便于连接，且置于充气室外部。

3试验项目与方法

依据文献〔2〕关于高压开关柜、电压互感器、电流互感器、避雷器等章节要求，充气柜的试验项目应包括断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器等元件的例行试验项目，考虑到充气柜结构的特殊性和现场应用的实用性，选取了短时工频耐压试验、回路电阻测试和断路器机械特性测试等3个试验项目，阐述了试验方法和注意事项。

3.1短时工频耐压试验

试验样机的具体参数为：额定电压12kV，额定电流630A，额定频率50Hz，额定短路开断电流20kA，额定短路关合电流（峰值）50kA，额定短时耐受电流持续时间4s，额定短时耐受电流20kA，额定峰值耐受电流50kA，额定短时工频耐受电压42kV，额定雷电冲击耐受电压75kV，额定短时工频耐受电压（隔离断口）48kV，额定雷电冲击耐受电压（隔离断口）85kV。

试验时，试品内SF6气体压力为最小工作压力即0．12MPa（20℃时绝对值）。具体的试验线路图1如下。

图1工频耐压试验路线图

回路电阻试验需要注意：拔插堵头及试验适配器时，需严格执行前述标准工艺；测试回路需接线牢靠，避免引线脱落起弧。

回路电阻测试以图3中422断路器间隔为例，选取422，418断路器构成回路电阻测试回路，按图2进行试验接线。合上422，418断路器，4221和4181隔离开关，其他断路器与隔离开关断开。本次试验为2台断路器串联，将所测回路电阻除以2即近似为单台断路器（包括同间隔的隔离开关、部分母线）回路电阻值。422断路器间隔回路电阻换算后为A相75.5μΩ，B相74.5μΩ，C相72.5μΩ，与交接试验值相比无明显差异，故回路电阻测试合格。

3.3开断关合能力试验前断路器机械特性试验

同样试验时，试品内SF6气体压力为最小工作压力即0．12MPa（20℃时绝对值）。试验时，试品控制电路部分按照正常工作电压状态运行，我们接通示波器，连接试品断口两端，测量其开断时间、速度及行程如表2。

从上面的数据可以看出，样品完全满足开断关合能力试验前断路器机械特性的要求。

结语

随着经济建设的快速发展和技术进步，中压C-GIS的市场前景将会越来越好，并朝着高可靠、免维护、智能化、低成本、标准化、少用或不用SF6气体的方向发展。

参考文献

[1]张岩石．中压箱式气体绝缘金属封闭开关设备及其在我国的研制[J]．电气时代技术信息，2005．（9）．

[2]国家电网公司．输变电设备状态检修试验规程：Q/GDW1168—2013〔S〕．北京：中国电力出版社，2014．

[3]范敏，尹海波，谢佳，何智强.充气柜状态检修试验新方法[J].湖南电力，2016（8）.