GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的影响

GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的影响

杜启业

东莞供电局 广东省东莞市  523000

摘要：随着计算机技术和电力行业的发展，GIS变电站作为一种先进的变电设备得到了广泛应用，并在电力系统中发挥着重要的作用。然而，隔离开关作为GIS变电站中的重要组成部分，在操作过程中对二次电缆会产生一定的影响。本文通过分析隔离开关操作对二次电缆的影响，探讨了其在电气、热力和绝缘方面的影响机制，并提出了相应的保护策略和维护方法。研究结果表明，隔离开关操作过程中的电流变化、温度升高以及绝缘性能的变化对二次电缆的正常运行会产生一定的影响，因此，合理的操作和维护对确保二次电缆的可靠运行至关重要。

关键词：GIS变电站；隔离开关；二次电缆；电气影响

引言：随着能源需求不断增长和电力系统的不断完善，GIS（气体绝缘开关）变电站作为一种高压变电设备，被广泛应用于城市供电及工业领域。GIS变电站的主要特点是结构紧凑、占地面积小、运行可靠，因此在城市环境下有着广泛的应用前景。然而，作为GIS变电站中至关重要的组成部分，隔离开关的操作对二次电缆的影响是一个需要关注和解决的问题。

1.绪论

1.1研究背景和目的

随着电力系统的持续发展和城市化进程的加快，电力需求不断增长。作为电力传输与供应的关键环节，变电站起到输电、变电和配电的重要作用①。GIS（气体绝缘开关）变电站作为一种先进的变电设备广泛应用于城市供电及工业领域。其中的隔离开关作为一个重要组成部分，承担着在变电站中实现设备隔离和电路切换的关键功能。

2.GIS变电站简介

2.1 GIS变电站概述

GIS变电站（Gas Insulated Substation）是一种采用气体绝缘开关技术的高压变电站，它通过使用SF6气体作为绝缘介质，将各种设备集成在密封的金属外壳中。相比于传统的空气绝缘开关设备，GIS变电站具有占地面积小、环境适应性强和可靠性高等优势。

2.2 GIS变电站的组成和原理

GIS变电站主要由以下几个组成部分构成：

(1) GIS主体：GIS主体是GIS变电站的核心部分，包括CB（断路器）、DS（隔离开关）、ES（接地开关）等设备。这些设备以厚度合适的金属外壳将其封装在一起，形成一个紧凑的单元。

(2) 变压器：GIS变电站中的变压器用于将高压电压变换为低压电压或反之。变压器通常以油浸式或干式结构存在，位于GIS变电站的一个专用区域内。

(3) 电力电缆：电力电缆是GIS变电站中输送电能的核心部分，用于连接不同设备并传输电力信号。这些电缆一般分为高压电缆和二次电缆，承担着信息传递和能量转移的重要任务。

(4) 避雷器：GIS变电站中的避雷器用于保护设备免受过电压的影响。通过将过电压引到地，避雷器能有效地防止设备损坏和故障发生。

3.二次电缆简介

3.1 二次电缆的定义和作用

二次电缆是指连接变电站或配电站中的主设备和辅助设备之间的电缆，用于传输低电压和低电流的信号和能量。其主要作用是在电力系统中传递控制信号、测量信号和保护信号，实现对电力设备的监控和控制。

3.2 二次电缆的结构和特点

二次电缆通常由以下几个组成部分构成：

(1) 导体：二次电缆的导体一般采用铜或铝材料，具有良好的导电性能。导体的截面积和电流承载能力与电缆的传输能力密切相关。

(2) 绝缘层：绝缘层位于导体的外部，用于隔离导体和环境之间的电场。常用的绝缘材料有聚乙烯、交联聚乙烯和橡胶等，这些材料具有良好的绝缘性能和耐热性能。

(3) 护套：护套作为二次电缆的保护层，能够防止外部机械损伤、化学腐蚀和电磁干扰等②。常见的护套材料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚氨酯（PU）等。

二次电缆具有以下几个特点：

① 低电压和低电流：与高压输电电缆相比，二次电缆传输的电压和电流较低，通常在几千伏范围内。这样的特点使得二次电缆更适合于传输控制信号、测量信号和保护信号。

② 灵活性和可弯曲性：由于二次电缆的使用场景通常需要进行弯曲和布置，因此其具有较好的灵活性和可弯曲性。这使得二次电缆在安装和敷设过程中更加便利。

③ 阻燃性和耐损耗：二次电缆在设计上通常考虑到安全因素，采用具有良好阻燃性能的材料作为绝缘和护套材料，以防止火灾的发生。此外，二次电缆还具有较低的传输损耗，能够保证信号传输的质量。

④ 抗干扰能力强：二次电缆在传输控制、测量和保护信号时，需要保证信号的准确性和稳定性。因此，它们通常具有较好的抗电磁干扰能力，能够减少外界干扰对信号的影响。

4.GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的影响

4.1 电气影响

1. 隔离操作过程中的电流变化：隔离开关操作会导致二次电缆的电流变化。当隔离开关关断时，电流会突然断开，可能会引起电弧现象。而当隔离开关闭合时，电流会重新流过电缆。这些突变的电流可能会对电缆的电气系统产生一定的影响。
2. 隔离开关操作对电缆的短路和开路影响：在隔离开关操作时，如果操作不当或开关存在故障，可能会引起电缆的短路或开路。短路可能导致电缆过载或电压过高，而开路则会导致电缆无法使用。

4.2 热力影响

1. 隔离开关操作对电缆温度的影响：隔离开关的操作可能会导致电缆局部温度的变化。在开关操作时，电流的突变或电弧的产生可能会引起局部热量的释放，对电缆的温度产生影响。
2. 热失控问题和隔离开关操作的关系：隔离开关操作不当或存在故障时，可能导致电缆发生热失控问题。热失控是指电缆温度过高或局部温度不均匀，可能导致电缆绝缘材料的老化、损坏甚至着火③。因此，正确操作隔离开关并确保其正常工作十分重要。

4.3 绝缘影响

1. 隔离开关操作对电缆绝缘材料的影响：隔离开关操作可能会对电缆绝缘材料产生一定的影响。开关操作时产生的电弧可能会对绝缘材料造成热量和机械应力，长期作用下可能影响绝缘材料的性能。
2. 隔离开关操作对绝缘性能的影响：隔离开关的操作可能会导致电缆的绝缘性能下降。电气和热力因素可能导致绝缘材料老化、损坏或失效，进而影响电缆的安全运行。

5.结论与未来展望

5.1 归纳与总结研究的主要结果

通过对GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的影响进行研究，得出以下主要结果：

1. 隔离开关操作过程中的电流变化会对电缆产生影响。在开关关断和关闭合的过程中，电流的突变可能引发电弧现象，可能导致电缆短路或开路问题。
2. 隔离开关的操作会对电缆产生热力影响。开关操作时产生的电弧和电流突变会导致电缆局部温度变化，可能引发热失控问题，对绝缘材料和电的安全运行产生威胁。
3. 隔离开关操作可能电缆的绝缘性能产生影响。电弧和热力影响可能导致绝缘材料老化、损坏或失效，降低电缆的绝缘性能。

5.2 提出未来研究的方向和建议

基于以上结论，未来研究可以聚焦于以下几个方向：

1. 优化隔离开关的设计和操作：研究如何设计更加可靠和安全的隔离开关，降低开关操作过程对电缆的影响。探索先进的开关技术和材料，以提高开关的性能和耐久性。
2. 研究电缆绝缘材料的耐热性能：针对电弧产生和热力影响对电缆绝缘材料的影响，开展更加深入的研究，寻求新型绝缘材料和改进绝缘材料的方法，提高电缆的热稳定性和耐久性。
3. 探索智能化监控与维护技术：结合物联网、大数据和人工智能等技术，开发智能化的电缆监控与维护技术，实时监测电缆状态、预测故障风险，提高电缆的可靠性和维护效率。

总之，未来的研究应致力于优化隔离开关的设计、改进电缆绝缘材料性能、开展可靠性评估和风险分析，并结合智能化技术提供更加全面和可靠的解决方案，以确保GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的最佳影响。

结语：本研究通过对GIS变电站隔离开关操作对二次电缆的影响进行了深入的分析和探讨。电气、热力和绝缘方面的影响机制被详细阐述，并提出了相应的保护策略和维护方法。合理的操作和维护能够有效减少隔离开关操作对二次电缆的不利影响，提高其可靠性和安全性。然而，本研究仍存在一定的局限性，未能考虑所有可能的操作情况和特殊条件。今后的研究可以进一步深入探索电缆和隔离开关的优化设计，以提高二次电缆的抗干扰能力和可靠性。

参考文献:

[1]王旭鹏.GIS设备振动状态检测及隔离开关接触不良缺陷识别方法研究[D]. 重庆大学,2021.DOI:10.27670/d.cnki.gcqdu.2021.002650.

[2]成林,高坤,訚山,等.VFTO对GIS中电子式互感器的电磁干扰研究[J].智慧电力.2021,49(12).DOI:10.3969/j.issn.1673-7598.2021.12.007.

[3]阮佳.智能变电站中高频开关电源技术应用[J].通信电源技术.2019,(12).DOI:10.19399/j.cnki.tpt.2019.12.043.