GIS断路器灭弧原理演示

GIS1GIS基本结构原理图示：钢壳体GIS外形图1、汇控柜2、断路器3、电流互感器4、接地开关5、出线隔离开关6、电压互感器7、电缆终端8、母线隔离开关9、接地开关10、母线11、操动机构01图示：单相GIS侧视图1、 断路器灭弧室2、储能弹簧操作机构3、隔离开关4、接地开关5、接地开关6、电流互感器7、电压互感器8、断路器控制单元 GIS(Gas-Isolated metal-enclosed Switchgear)是指气体绝缘金属封闭开关设备的简称，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

GIS基本结构 GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）采用了单相封装的结构，其紧凑的设计减少了设备本身所占用的空间；该设备大部分模块清晰地布置在一个水平面上；铝合金一般被作为外壳材料，可以提高抗腐蚀性能且重量很轻；通过采用最新的结构和铸造技术，优化了外壳的电场分布和机械性能。

气体绝缘金属封闭开关设备也叫六氟化硫封闭式组合电器，六氟化硫气体（SF6）多被用作绝缘和灭弧介质，所有的模块都通过法兰连接，依靠O型密封圈原理来保证设备的气密性；盆式绝缘子将间隔分隔成若干个独立气室，每个气室装备了一套独立的气体监测设备、防爆膜和吸附剂，气室中固定的吸附剂可以吸收水分及SF6分。

1、断路器 断路器组件由三相共箱式断路器和操动机构组成。

每相灭弧室有独立的绝缘筒封闭。

灭弧室为单压式，采用轴向同步双向吹弧式工作原理，结构简单，开断能力强。

2、隔离开关和接地开关 接地开关可以配手动、电动或电动弹簧机构。

手动和电动机构主要用于检修用接地开关；电动弹簧机构用于具有开合电磁感应电流、静电感应电流能力和需要关合短路电流的接地开关。

接地开关可用做一次接引线端子，因此，在不需要放掉SF6气体的条件下，用于检查电流互感器的变化和测量电阻等。

GISGIS (Gas-Isolated metal-enclosed Switchgear) 气体绝缘金是属指关闭开关设施的简称，绝缘的获取起码部定义分经过绝缘气体而不是出于大气压力下空气的金属关闭开关设施。

摘录自：GB 7674-2008额定电压及以上气体绝缘金属关闭开关设施1GIS 基本构造原理图示：钢壳体GIS外形图1 、汇控柜2 、断路器3 、电流互感器4 、接地开关地开关10 、母线5 、出线隔走开关11 、操动机构6 、电压互感器7 、电缆终端图示：单相GIS侧视图1 、断路器灭弧室2 、储能弹簧操作机构3 、隔走开关4 、接地开关5 、接地开关6 、电流互感器器控制单元GIS(Gas-Isolated metal-enclosed Switchgear) 是指气体绝缘金属关闭开关设施的简称，它将一座变电站压器之外的一次设施，包含断路器、隔走开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、出入线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

1GIS 基本构造GIS （气体绝缘金属关闭开关设施）采纳了单相封装的构造，其紧凑的设计减少了设施自己所占用的空间；该设施大多数模块清楚地部署在一个水平面上；铝合金一般被作为外壳资料，能够提升抗腐化性能且重量很轻；经过采纳最新的构造和锻造技术，优化了外壳的电场散布和机械性能。

气体绝缘金属关闭开关设施也叫六氟化硫关闭式组合电器，六氟化硫气体（SF6 ）多被用作绝缘和灭弧介质，所有的模块都经过法兰连结，依赖气密性；盆式绝缘子将间隔分开成若干个独立气室，每个气室装备了一套独立的气体监测设施、防爆膜和吸附剂，气室中固定的吸附剂能够汲取水分及SF6 分。

1 、断路器O型密断路器组件由三相共箱式断路器和操动机构构成。

每相灭弧室有独立的绝缘筒关闭。

灭弧室为单压式，采纳轴向同步双向吹弧式工作原理，构造简单，开断能力强。

2、隔走开关和接地开关接地开关能够配手动、电动或电动弹簧机构。

一、GIS专题：3.1 GIS的基本概念：GIS，是英文Gas Insulated Metal-enclosed Switchgear 的缩写，译为气体绝缘金属封闭开关设备，国内简称为封闭式组合电器，在平高的产品型号上用字母ZF来表示。

是上世纪60年代中期出现的一种先进的高压电气配电装置，用于电力系统中的三相交流高压输电设备。

GIS是由断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关、避雷器、互感器、套管或电缆终端，以及母线等元件相互直接联结在一起而构成，用以开合系统空载、负载及故障电流、母线转换、隔离线路、过电压保护以及电压、电流测量等功能。

GIS和常规的敞开式高压电器设备相比，具有以下优点：1）可靠性高：带电部分全部密封于惰性气体SF6中，与盐雾、积尘、积雪等外部影响隔离，大大提高了运行的可靠性。

此外还具有优良的抗地震能力。

2）安全性好：带电部分密封于接地的金属壳内，因而无触电危险；SF6气体为惰性气体，所以无火灾危险。

3）杜绝了对外部的不利影响：因带电部分全封闭在金属壳体内，对电磁和静电实现屏蔽，不会产生噪音和无线电干扰等问题。

当然，缺点也比较明显：1）制造困难、价格较贵。

2）检修较为困难。

3.2 GIS的产品结构形式：3.2.1部件外观图：1）断路器图1 断路器2）隔离开关和接地开关图2 角型隔离开关和接地开关图3 线型隔离开关和接地开关3）避雷器：图4 氧化锌避雷器4）互感器：图5 电流互感器图6 电磁式电压互感器5）套管或电缆终端：图7 电缆终端图8 套管6）母线：图9 共箱母线3.2.2典型间隔外观图：1）双母线电缆进出线间隔（含单相电压互感器）图10 双母线电缆进出线间隔图2）双母线套管进出线间隔图11 双母线套管进出线间隔图3）双母线测量保护间隔图12 双母线测量保护间隔图4）母联间隔图13 母联间隔图5）GIS与变压器直连图14 GIS与变压器直连3.3 ZF11断路器结构及灭弧原理：3.3.1 ZF11断路器结构图：图15 ZF11断路器结构示意图ZF11GIS的断路器是GIS中最重要的元件。

断路器安装使用说明书1 概述ZF12-126L型六氟化硫封闭式组合电器简称GIS的断路器是GIS中最重要的元件;该断路器为三相共箱式,采用自能式灭弧原理,配用CT27-Ⅱ弹簧机构;该断路器采用最新的设计原理,具有结构简单,操作能量小,可靠性高,安装容易,噪音低等特点;该断路器根据主接线方式的不同可采用Z形、U形布置,其技术参数见表1;表1 断路器额定参数2 断路器的结构和工作原理断路器为三相共箱式,即三极灭弧室安装在同一壳体内;断路器总装的外形如图1所示;断路器的出线方式有两种,一种是两侧出线即Z形,另一种是同侧出线即U形,由总体布置确定;断路器本体的内部结构见图2,图2所示为同侧出线方式;且由图1、2可知,断路器由下列部件所构成：金属壳体、底座、绝缘构件包括绝缘子、绝缘支座和绝缘拉杆、拐臂盒、密度继电器、三极灭弧室和弹簧机构;灭弧室是断路器的核心单元,可实现回路的导通与分断;弹簧机构是断路器的动力元件,可实现断路器的分、合闸操作;灭弧室的结构与工作原理2.1.1 结构：如图2、3所示;断路器的A、B、C三极灭弧室安装在同一壳体内,三极灭弧室的主要零部件均相同,只是每极上下出线的电联接位置有所不同;每极灭弧室均由绝缘拉杆3-1、绝缘座3-2、动触头座3-3、电联接3-4、支撑筒3-5、动触头装配3-6、动弧触头3-7、绝缘筒3-8、静弧触头3-9、静触头装配3-10、静触头座3-11、电联接3-12等组成;绝缘筒3-8与支撑筒3-5相连,不仅支承静触头座3-11,还起到断口间绝缘的作用;导电主回路为见图2、图3：电流在绝缘子的中心导体X→灭弧室下部的电联接→动触头座→动、静触头主回路→静触头座上部的电联接→导电杆Y;该断路器单极的回路电阻X、Y间小于100μΩ;2.1.2 工作原理：灭弧室采用由热膨胀室带有辅助压气室的自能灭弧结构,灭弧过程以自能吹弧为主,压气灭弧为辅;A、B、C三极灭弧室的绝缘拉杆分别与拐臂盒中的三个内拐臂相连;弹簧操动机构带动拐臂盒中的主传动轴,主传动轴通过拐臂与连杆传动,带动与绝缘拉杆相连的三个内拐臂运动,从而使A、B、C三极灭弧室共同进行分合闸操作,见图4;分闸操作时,绝缘拉杆在分闸弹簧的作用下,带动动触头装配快速向下运动;在运动中,动主触头和静主触头首先分离,接着动弧触头和静弧触头分离,产生电弧;当喷口喉部未脱离静弧触头之前,电弧产生的热气流流入热膨胀室,在热膨胀室内进行热交换,形成低温高压气体,当喷口喉部脱离静弧触头之后,热膨胀室的高压气体从喷口喉部喷出,进行熄弧;同时,辅助压气室的压力在机构的带动下也在升高;当开断大电流时,弧触头间产生的电弧能量大,此时热膨胀室的压力高于压气室压力,故单向阀关闭,当电流过零时,热膨胀室的高压气体吹向断口间使电弧熄灭;在同时,压气室的气体被压缩,但达到一定的压力时,底部弹性释压阀打开,一边压气,一边泄压,使机构不必要克服更多的压气反力,从而大大的降低了操作功;当开断小电流时通常在几千安以下,由于电弧能量小,热膨胀室产生的压力小,此时压气室的压力高于热膨胀室的压力,故单向阀打开,压气室的气体流经单向阀与热膨胀室的气体共同向断口处吹去,当电流过零时,这具有一定压力的气体吹向断口使电弧熄灭;在开断过程中,喷口将主导电回路动、静主触头和辅助导电回路动、静弧触头隔离,使开断时产生的电弧及SF6分解物不会对主导电回路和断口产生影响;开断过程如图5所示;合闸操作时,绝缘拉杆在合闸弹簧的作用下,推动动触头装配向上运动,此时,SF6气体迅速进入压气缸内;在合闸过程中,动静弧触头首先接通,然后动静主触头接通,完成合闸操作;弹簧机构的结构与工作原理弹簧机构的工作原理及结构见图6;2.2.1 合闸弹簧储能操作：当断路器合闸操作完毕时,限位开关将储能电机6-8接通,电机带动棘爪6-5推动棘轮6-4顺时针旋转,通过拉杆将合闸弹簧6-1储能,棘轮过死点后,在合闸弹簧力的作用下棘轮受到顺时针旋转的力矩,但合闸脱扣器6-2又将棘轮上的合闸止位销6-3锁住,从而将机构保持在合闸预备状态如图6 A和B;2.2.2 合闸操作：弹簧机构处于分闸位置且合闸弹簧6-1已储能如图6 B;当合闸电磁铁受电动作后,合闸脱扣器6-2释放棘轮6-4上的合闸止位销6-3,从而在合闸弹簧的作用下,棘轮通过传动轴6-7带动凸轮6-10顺时针旋转,凸轮推动主拐臂上6-9的磙子6-11,从而带动主拐臂旋转,并通过拉杆6-6带动传动拐臂6-16顺时针旋转,传动拐臂6-16旋转时不仅带动拐臂盒中的主传动轴6-17顺时针旋转将断路器本体合闸,并且带动分闸弹簧拐臂6-15对分闸弹簧储能;当断路器合闸到位后,分闸脱扣器6-13又将主拐臂上的分闸止位销6-12锁住,从而保持断路器本体在合闸位置和分闸弹簧在压缩储能状态如图6 C,为下一次分闸准备;2.2.3 分闸操作：弹簧机构处于合闸位置并且分闸弹簧6-14被压缩储能时如图6 A和C,当分闸电磁铁受电动作后,分闸脱扣器6-13释放主拐臂6-9上的分闸止位销6-12,从而使分闸弹簧6-14释放能量,并带动分闸弹簧拐臂6-15逆时针旋转,分闸弹簧拐臂旋转的同时不仅带动拐臂盒中的主传动轴6-17逆时针旋转将断路器本体分闸,并且带动传动拐臂6-16旋转,从而带动拉杆6-6使主拐臂顺时针转动,同时由分闸弹簧的预压缩力将断路器本体保持在分闸位置如图6 B;电气控制和信号系统：见二次控制回路使用说明书;3安装和调试断路器出厂时,是和GIS的其它元件装配在一起、整块运输的;断路器在出厂时已安装调试完毕,现场可直接充SF6气体,只需进行特性复核等投运前的工作;二次线路的连接：见二次控制线路使用说明书;速度的测量速度测量采用的扇形板旋转测速法;3.4.1 分闸、合闸速度定义如下：分闸速度：从刚分点到刚分点后10ms内的平均速度;合闸速度：从刚合点到刚合点前10ms内的平均速度;3.4.2 测速时注意事项测速是在额定工作气压和额定操作电压下进行;4投入运行前的检查和试验项目断路器在安装调试后,投入运行前做以下检查和调整,并满足本说明书的规定值;测量断路器内SF6气体水份含量应不大于150ppmV/V;主回路电阻测量详见第条;重新检查安装时的各螺钉、螺栓、螺母是否紧固,各销轴、挡圈、开口销是否安装正确,各气室是否达到额定压力值,检查各信号指示、闭锁装置及加热驱潮装置是否正常,电气线路是否有松动脱落现象;断路器的操作试验在额定SF6气压和额定操作电压下,对断路器进行单分、单合各5次,分合分2次,并测量各项参数,应符合表2规定;在额定电压下测量弹簧机构储能时间应小于15s;注：每次操作之间要有大于3min的时间间隔;所配间隔汇控柜试验：详见二次控制柜安装使用说明书;5 产品的维护和检修每周的巡检5.1.1 检查并记录SF6气体压力;5.1.2 断路器分合的次数;5.1.3 其它异常情况和状态;每1~2年的检查和维护先将断路器退出运行,并使之处于分闸和合闸弹簧未储能位置,切除交流、直流电源;检查内容除每周的巡检内容外,还包含以下部分：5.2.1 将机构的二次面板拆下,紧固机构中的螺栓和螺母;5.2.2 测量SF6气体水份见条;5.2.3 测量主回路电阻见条;5.2.4 对断路器密封面及充气接头部进行定性检漏见第4条;5.2.5 检查密度继电器的动作值,应符合中表4要求;5.2.6 检查电气控制线路是否松动和各元件是否正常;大修大修应在产品运行每10年或累计开断额定电流2500次或开断额定短路电流16次或断路器操作次数达到3000次后进行;大修应由制造厂或制造厂派人指导实施;表26 断路器易损件一览表表3根据用户需要,可以自行购买;表3 易损件一览表图1 断路器总装图2 断路器装配图3 灭弧室装配4-1 内拐臂B相4-2 内拐臂A或C相4-3 内拐臂C或A相4-4 主传动4-5 4-5 传动拐臂4-6连杆图4 拐臂盒装配图5 灭弧室工作原理图7 测速接线示意图和行程角度对照表。