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1、500kV 500kV 复合式组合电器设备复合式组合电器设备 2013.4.9500kV HGIS500kV HGIS设备介绍设备介绍 500kV500kV设备采用复合式组合电器（简称设备采用复合式组合电器（简称HGISHGIS，Hybrid Gas Hybrid Gas Insulated SwitchgearInsulated Switchgear）的形式，它结合了全封闭组合电器技术）的形式，它结合了全封闭组合电器技术的优点和敞开式组合电器简单的特点。的优点和敞开式组合电器简单的特点。HGISHGIS是一个完整的高压开是一个完整的高压开关式组合电器间隔，由断路器、隔离开关和接地开关等多种设
2、备关式组合电器间隔，由断路器、隔离开关和接地开关等多种设备组合而成的单相组合电器，它不带母线，利用出线套管通过软导组合而成的单相组合电器，它不带母线，利用出线套管通过软导线与敞开式母线相连接。线与敞开式母线相连接。本站本站500kV500kV使用的是厦门使用的是厦门ABBABB高压开关有限公司生产的高压开关有限公司生产的ELK-ELK-3/5503/550型型HGISHGIS设备。设备。ELK-3/550ELK-3/550型复合式组合电器以型复合式组合电器以SF6SF6气体为绝缘介质，其所有气体为绝缘介质，其所有带电部分封闭在铝制外壳的罐体里内，充以高压带电部分封闭在铝制外壳的罐体里内，充以高
3、压SF6SF6气体作为对接气体作为对接地外壳的绝缘，地外壳的绝缘，其外壳能承载全部返回电流，其外壳能承载全部返回电流，与架空与架空母线配合使用。它具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、母线配合使用。它具有体积小、占地面积少、不受外界环境影响、运行安全可靠、配置灵活、维护简单、检修周期长、高抗震性能运行安全可靠、配置灵活、维护简单、检修周期长、高抗震性能等特点。等特点。ELK-3/550ELK-3/550型复合式组合电器由断路器、隔离开关、型复合式组合电器由断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、出线套管、接地开关、快速接地开关、电流互感器、出线套管、汇控柜、智能终端柜、侧向拆
4、卸单元、母线连接模块、汇控柜、智能终端柜、侧向拆卸单元、母线连接模块、分叉连接模块和维护平台等主要件组成。分叉连接模块和维护平台等主要件组成。本站复合式组合电器为三相分箱结构。每一个完整本站复合式组合电器为三相分箱结构。每一个完整串的串的HGISHGIS包括包括3 3组组SF6SF6断路器、断路器、6 6组隔离开关、组隔离开关、6 6组接地组接地刀闸、刀闸、2 2组快速接地开关、组快速接地开关、6 6组电流互感器、组电流互感器、4 4组出线组出线套管。一个完整串有九个气室，气室之间用环氧树脂套管。一个完整串有九个气室，气室之间用环氧树脂浇注的盆式绝缘子相隔。当发生故障，可以抽出故障浇注的盆式绝
5、缘子相隔。当发生故障，可以抽出故障气室里的气室里的SF6SF6气体，解体维修，而不影响其他气室的气体，解体维修，而不影响其他气室的正常运行。此外，在正常运行。此外，在HGISHGIS设备的每个气室里，都装有设备的每个气室里，都装有进行进行SF6SF6气体充放的接头、检测气室内气体充放的接头、检测气室内SF6SF6气体的密度气体的密度继电器和压力表，以及呼吸器；在断路器气室中还配继电器和压力表，以及呼吸器；在断路器气室中还配有防止气体压力过高的压力释放装置。有防止气体压力过高的压力释放装置。一、高压一、高压SF6SF6断路器断路器 断路器断路器采用单极、双断口结构，每台断路器由三个采用单极、双断
6、口结构，每台断路器由三个单极组成，单极组成，每相均是单压压气式双断口灭弧室。灭弧室每相均是单压压气式双断口灭弧室。灭弧室中有相互独立的主触头和弧触头中有相互独立的主触头和弧触头,基于压气式原理的双基于压气式原理的双灭弧室设计将动作过程中需要的能量降至最低灭弧室设计将动作过程中需要的能量降至最低。进行进行开开断断操作操作时，时，灭弧室中升温室中的压力上升，从而产生吹灭弧室中升温室中的压力上升，从而产生吹灭电弧和恢复绝缘强度所需的气流。灭电弧和恢复绝缘强度所需的气流。每一个独立的铝制断路器壳体中均有一个灭弧室，每一个独立的铝制断路器壳体中均有一个灭弧室，每个灭弧室均配有独立的弹簧储能液压操作机构，
7、水平每个灭弧室均配有独立的弹簧储能液压操作机构，水平安装在钢架结构上。安装在钢架结构上。灭弧室筒体两端与法兰之间大电流通路的连接，在灭弧室筒体两端与法兰之间大电流通路的连接，在操作机构侧，采用刀型触头；在固定连接侧，采用插接操作机构侧，采用刀型触头；在固定连接侧，采用插接式触头。式触头。每个断路器都装有一个压力释放装置，可以在气室每个断路器都装有一个压力释放装置，可以在气室内压力过大时释放压力。内压力过大时释放压力。液压弹簧操作机构液压弹簧操作机构 每相断路器均配有一台独立的每相断路器均配有一台独立的HMB-8HMB-8型液压弹簧操型液压弹簧操作机构。这种操作机构包括液压驱动系统和高强度蝶形作
8、机构。这种操作机构包括液压驱动系统和高强度蝶形弹簧储能系统弹簧储能系统：蝶形弹簧蝶形弹簧利用液压泵储能，提供液压驱利用液压泵储能，提供液压驱动系统所需的能量，液压系统驱动断路器触头分合闸动系统所需的能量，液压系统驱动断路器触头分合闸，其优点为：稳定、可靠、不受外界温度变化影响。其优点为：稳定、可靠、不受外界温度变化影响。液压液压系统系统在的控制阀、油泵均采用高度可靠的液压元件和模在的控制阀、油泵均采用高度可靠的液压元件和模块，使得整个机构的密封面数量减至最少。特殊的密封块，使得整个机构的密封面数量减至最少。特殊的密封设计确保即使发生泄漏，液压油也只能流向低压油路。设计确保即使发生泄漏，液压油也
9、只能流向低压油路。组成：外壳带位置指示器，液压油位指示器、储能组成：外壳带位置指示器，液压油位指示器、储能单元，完全密封的油路，无外部液压管路，因此不会发单元，完全密封的油路，无外部液压管路，因此不会发生液压油泄漏；用于控制的监视模块。生液压油泄漏；用于控制的监视模块。高压高压SF6SF6断路器剖面图断路器剖面图 1 1、合闸动作、合闸动作合闸时，断路器操作机构推动操作杆合闸时，断路器操作机构推动操作杆5 5，操作杆，操作杆5 5进进而推动灭弧室的绝缘喷嘴、辅助喷嘴和吹弧活塞，而推动灭弧室的绝缘喷嘴、辅助喷嘴和吹弧活塞，向灭弧室静触头移动，灭弧触头先接触，在动、静向灭弧室静触头移动，灭弧触头先
10、接触，在动、静灭弧触头之间预先产生电弧，因此主载流触头在闭灭弧触头之间预先产生电弧，因此主载流触头在闭合过程中实际上几乎无电弧产生。合过程中实际上几乎无电弧产生。2 2、分闸动作、分闸动作分闸动作与合闸相反，在此过程中，主载流触头先分闸动作与合闸相反，在此过程中，主载流触头先分开，随后灭弧触头再分开，产生电流转移至电弧分开，随后灭弧触头再分开，产生电流转移至电弧触头。电弧产生的热量和操作机构的动作使得升温触头。电弧产生的热量和操作机构的动作使得升温室的压力升高。当灭弧触头分开时，高压气流从辅室的压力升高。当灭弧触头分开时，高压气流从辅助喷嘴和绝缘喷嘴喷出，集中径向地吹向电弧，使助喷嘴和绝缘喷嘴
11、喷出，集中径向地吹向电弧，使其冷却直至消失，从而使电流减少为零。其冷却直至消失，从而使电流减少为零。高压高压SF6SF6断路器断路器灭弧室工作原理灭弧室工作原理高压高压SF6SF6断路器技术参数断路器技术参数额定电压（kV)550额定操作顺序O-0.3s-CO-60s-CO额定电流(A)4000额定压力（Mpa）0.68额定频率（Hz）50报警压力（MPa）0.62额定工频耐受电压（kV)740闭锁压力（MPa）0.6额定操作耐受电压（kV)1300单极气体体积dm31930额定峰值耐受电流（kA）171单极质量（kg）1900额定雷电耐受电压（kV)1675首开级系数1.3短时耐受电流（3s
12、）（kA）63温度等级-25+40适应标准IEC62271-100/GB 1984生产日期2012辅助回路控制电压（V)DC 220电机电压（V)AC 220加热器电压（V)AC 220二二、隔离开关、隔离开关 隔离开关设计采用直线型接触运动方式，隔离开关设计采用直线型接触运动方式，动触头通过一根轴传动或齿条传动的方式由动触头通过一根轴传动或齿条传动的方式由一台电机驱动。一台电机驱动。额定电压（kV)550额定电流(A)4000额定频率（Hz）50额定压力（Mpa）0.46额定雷电耐受电压（kV)1675报警压力（MPa）0.41短时耐受电流（3s）（kA）63闭锁压力（MPa）0.39额定工
13、频耐受电压（kV)740温度等级-25+40额定操作耐受电压（kV)1300适应标准IEC62271-102/GB 1985额定峰值耐受电流（kA）171生产日期2012辅助回路控制电压（V)DC 220电机电压（V)AC 220加热器电压（V)AC 220三三、接地刀闸、接地刀闸 接地开关分为线路侧接地开关分为线路侧快速接地开关快速接地开关（EB3EB3）和）和检修接地开关检修接地开关（EM3EM3）两种。快速接地开关采用弹簧操动机构进行单相操作，）两种。快速接地开关采用弹簧操动机构进行单相操作，检修接地开关采用电动操动机构进行单相操作。检修接地开关采用电动操动机构进行单相操作。1 1、检修
14、接地开关的作用：用于在维护、修理或安装时将设、检修接地开关的作用：用于在维护、修理或安装时将设备绝缘的部分接地以保护工作人员。操作机构的合闸时间备绝缘的部分接地以保护工作人员。操作机构的合闸时间/分闸分闸时间时间1.8s1.8s，安装在气室外。配置在断路器两侧隔离开关旁边，安装在气室外。配置在断路器两侧隔离开关旁边，仅起到断路器检修时两侧接地的作用。仅起到断路器检修时两侧接地的作用。2 2、快速接地开关的作用：用于安全地切除感应的电容和电、快速接地开关的作用：用于安全地切除感应的电容和电感电流，它可以合上并通过短路电流。同时可以释放架空线和感电流，它可以合上并通过短路电流。同时可以释放架空线和
15、高压电缆或长母线上的静电。操作机构的合闸时间高压电缆或长母线上的静电。操作机构的合闸时间/分闸时间分闸时间80ms80ms，安装在气室外。，安装在气室外。配置在出线回路的出线隔离开关靠线路一侧，有两个作用：配置在出线回路的出线隔离开关靠线路一侧，有两个作用：1 1）开合平行架空线路由于静电感应产生的电容电流和电磁）开合平行架空线路由于静电感应产生的电容电流和电磁感应产生电感电流；感应产生电感电流；2 2）当外壳内部绝缘子出现爬电现象或外壳内部燃弧时，快）当外壳内部绝缘子出现爬电现象或外壳内部燃弧时，快速接地开关降主回路快速接地，利用断路器切除故障电流。速接地开关降主回路快速接地，利用断路器切除
16、故障电流。三三、接地刀闸、接地刀闸 注意：请勿在快速接地开关动作时透过注意：请勿在快速接地开关动作时透过观察窗进行观察。开关动作会在内部引起电观察窗进行观察。开关动作会在内部引起电弧，这会对眼睛造成严重伤害！弧，这会对眼睛造成严重伤害！四四、电流互感器、电流互感器 ELK CB3 ELK CB3电力互感器采用环形铁芯。多个环形电力互感器采用环形铁芯。多个环形铁芯以一次导体为中心同心安装，二次绕组通过磁铁芯以一次导体为中心同心安装，二次绕组通过磁感应方式感应一次电流，并同时与高电压系统隔离。感应方式感应一次电流，并同时与高电压系统隔离。组成：环形铁芯环绕在外壳上，包裹着模压的组成：环形铁芯环绕在
17、外壳上，包裹着模压的树脂；铁芯在气室外部，由金属箱保护，免受外界树脂；铁芯在气室外部，由金属箱保护，免受外界干扰。电流互感器的构造基于简单的环形铁芯设计。干扰。电流互感器的构造基于简单的环形铁芯设计。它们环绕在一次导体的周围，二次绕组与一次电流它们环绕在一次导体的周围，二次绕组与一次电流在磁通上相互联系，高压部分通过在磁通上相互联系，高压部分通过SF6SF6绝缘，二次绝缘，二次绕组安装在一个能承载全部单相返回电流的壳体内绕组安装在一个能承载全部单相返回电流的壳体内并得到保护。并得到保护。在常规性控制和保护中，配有电磁式电流互感在常规性控制和保护中，配有电磁式电流互感器用于测量和保护。电流互感器
18、一次端与二次侧均器用于测量和保护。电流互感器一次端与二次侧均采用采用SF6SF6绝缘。绝缘。五五、汇控柜、汇控柜 紧靠各间隔安装，安装在通风并有照明的柜紧靠各间隔安装，安装在通风并有照明的柜体内，由所有用于控制、信号和联锁的辅助原件组体内，由所有用于控制、信号和联锁的辅助原件组成。所有元件通过专用的编码多芯连接插头连接；成。所有元件通过专用的编码多芯连接插头连接；具有很多功能，如就地操作、组合电器监视、信号具有很多功能，如就地操作、组合电器监视、信号转发，与变电站控制和保护系统的接口预留，以及转发，与变电站控制和保护系统的接口预留，以及系统特制的控制程序编制等。系统特制的控制程序编制等。六六、
19、可拆卸单元、可拆卸单元 为方便安装和检修，在中断路器和两侧隔离为方便安装和检修，在中断路器和两侧隔离开关连接处各装了一只可拆卸单元。可拆卸单元既开关连接处各装了一只可拆卸单元。可拆卸单元既可以补偿安装误差，还担当调节可以补偿安装误差，还担当调节HGISHGIS壳体热膨胀冷壳体热膨胀冷缩尺寸（并减轻其应力）功能。在正常情况下，缩尺寸（并减轻其应力）功能。在正常情况下，500kV断路器保护北京四方CSC-121AE500kV母线保护南京南瑞PCS-915北京四方CSC-150C500kV线路保护南京南瑞PCS-931北京四方CSC-103BE七、保护配置一、断路器保护一、断路器保护 CSC-121
20、AE装置包括自动重合闸、失灵保护、装置包括自动重合闸、失灵保护、死区保护、充电过流保护、三相不一致保护等功能死区保护、充电过流保护、三相不一致保护等功能元件，可以满足一个半断路器接线中重合闸和断路元件，可以满足一个半断路器接线中重合闸和断路器辅助保护按断路器装设的要求。对于一个半断路器辅助保护按断路器装设的要求。对于一个半断路器接线方式，无论是中间断路器还是边断路器，装器接线方式，无论是中间断路器还是边断路器，装置的软硬件都是相同的。置的软硬件都是相同的。二、母线保护二、母线保护1 1、PCS-915PCS-915型母线保护装置设有母线差动保护、断型母线保护装置设有母线差动保护、断路路器失灵保
21、护。器失灵保护。2 2、CSC-150CCSC-150C型母线保护装置设有：型母线保护装置设有：a)a)快速虚拟比相式电流突变量保护；快速虚拟比相式电流突变量保护；b)b)常规比率制动式电流差动保护；常规比率制动式电流差动保护；c)c)断路器失灵保护断路器失灵保护。三、三、线路保护线路保护1 1、PCS-931PCS-931包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速段保护，段保护，由三段式相间和接地距离及由三段式相间和接地距离及2 2个零序方向过流构成的全套后个零序方向过流
22、构成的全套后备保护，备保护，PCS-931PCS-931有分相出口，配有自动重合闸功能有分相出口，配有自动重合闸功能,对单对单或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合或双母线接线的开关实现单相重合、三相重合和综合重合闸。闸。2 2、装置主保护为纵联电流差动保护，后备保护为三段式距装置主保护为纵联电流差动保护，后备保护为三段式距离保护、两段式零序方向保护离保护、两段式零序方向保护，另外装置还配置了自动重另外装置还配置了自动重合闸。合闸。CSC-103B/ECSC-103B/E装置位于变电站的间隔层，向上能以双以太网或三以装置位于变电站的间隔层，向上能以双以太网或三以太网与变电站层的监控
23、、远动、故障信息子站等设备通信。向下能与过太网与变电站层的监控、远动、故障信息子站等设备通信。向下能与过程层的合并单元、智能单元等设备进行通信，取消电缆硬连接，简化二程层的合并单元、智能单元等设备进行通信，取消电缆硬连接，简化二次回路。装置支持采样值（次回路。装置支持采样值（SVSV）和面向通用对象的变电站事件）和面向通用对象的变电站事件（GOOSEGOOSE）功能，满足数字化变电站需求。装置可以按照）功能，满足数字化变电站需求。装置可以按照IEC61850-9-2IEC61850-9-2与过程层合并单元通信，接入采样值信息。装置可以按照与过程层合并单元通信，接入采样值信息。装置可以按照IEC61850IEC61850定义定义的的GOOSEGOOSE服务与间隔层其它装置进行信息交换完成逻辑配合，也可以与服务与间隔层其它装置进行信息交换完成逻辑配合，也可以与过程层智能单元进行通信，实现对一次设备的信息收集和控制功能。过程层智能单元进行通信，实现对一次设备的信息收集和控制功能。