Обзор элегазовой подстанции (ГИС) и элегазового распределительного устройства (КРУЭ)

 
1. Обзор распределительных устройств

В подстанции с газовой изоляцией (GIS) распределительное устройство представляет собой комбинацию предохранителей, переключателей и автоматических выключателей, предназначенных для защиты, изоляции и управления электрическим оборудованием.

Высоковольтное распределительное устройство, которое используется для управления электрическими машинами и двигателями, было разработано в 19 веке. В системах распределения электроэнергии распределительное устройство обычно устанавливается по обе стороны силовых трансформаторов для обеспечения безопасной и надежной передачи электроэнергии.

В промышленных применениях распределительное устройство и трансформаторы могут быть размещены вместе в одном корпусе, известном как унифицированная подстанция (USS).

2. Что такое распределительное устройство с газовой изоляцией (GIS)?

Определение
Распределительное устройство с газовой изоляцией (GIS) или подстанция с газовой изоляцией (подстанция GIS) — это заключенное в металл коммутационное устройство, которое содержит высоковольтные компоненты, включая автоматические выключатели и разъединители. GIS — это система с газовой изоляцией, которую можно безопасно использовать в компактных пространствах.

Применение распределительных устройств GIS
Распределительные устройства GIS обычно используются в:

Городских районах с ограниченным пространством
Высотных зданиях и крышах
Морских платформах и промышленных предприятиях
Гидроэлектростанциях
Преимущества технологии GIS
Технология GIS предлагает:

Высокую надежность и безопасность
Компактную конструкцию и эффективность использования пространства
Экологичность
Диапазон напряжений от 72,5 кВ до 1200 кВ для удовлетворения различных потребностей в электроэнергии
Компоненты распределительных устройств GIS заключены в газонепроницаемый металлический корпус, что позволяет устанавливать их в очень ограниченном пространстве.

3. Почему газ SF₆ используется в КРУЭ?

Роль SF₆ в КРУЭ
Гексафторид серы (SF₆) широко используется в КРУЭ из-за его превосходных изолирующих и дугогасительных свойств.

Свойства газа SF₆
Прочная изоляция для защиты фаза-фаза и фаза-земля
Нетоксичный, инертный и негорючий
Более высокая диэлектрическая прочность, чем у воздуха, что делает его идеальной изолирующей средой
Высокая плотность (в 5 раз плотнее воздуха), что предотвращает ионизацию и электрический разряд
Низкая растворимость в воде, что обеспечивает долговременную стабильность
Газ SF₆ находится под давлением внутри распределительного устройства для предотвращения пробоев и поддержания характеристик изоляции.

Почему SF₆ лучше других изолирующих сред?
По сравнению с воздушной или масляной изоляцией, элегаз:

Имеет более высокую диэлектрическую прочность
Быстрее подавляет дуги, снижая износ оборудования
Позволяет создать более компактную конструкцию распределительного устройства
Распределительное устройство с элегазовой изоляцией необходимо для строительства подстанций в ограниченном пространстве.

4. Компоненты распределительного устройства с газовой изоляцией (GIS)

(1) Сборная шина
Определение: сборная шина — это токопроводящая полоса из меди или алюминия, используемая для распределения электроэнергии.
Функция:
Соединяет входящие и исходящие линии электропередач
Передает электроэнергию между генераторами, трансформаторами и распределительным устройством
(2) Автоматический выключатель
Определение: Автоматический выключатель — это механическое коммутационное устройство, которое прерывает электрический поток в случае возникновения неисправностей.
Функция:
Автоматически отключается при перегрузках и коротких замыканиях
Защищает электрооборудование, отключая неисправные секции
Легко восстанавливает питание после устранения неисправностей
(3) Трансформатор тока (CT)
Определение: Трансформатор тока понижает высокие переменные токи до измеримых уровней для мониторинга и защиты.
Функция:
Снижает высокие линейные токи до безопасных уровней для измерения
Изолирует высоковольтные системы от измерительных приборов
Обнаруживает состояния неисправности, такие как внезапные скачки тока
(4) Трансформатор напряжения (VT)
Определение: Трансформатор напряжения понижает высокие напряжения до измеримых уровней.
Функция:
Позволяет счетчикам электроэнергии контролировать высоковольтные сервисные соединения
Преобразует первичное высокое напряжение в более низкое вторичное напряжение для безопасных измерений
Помогает в обнаружении неисправностей и защите системы
(5) Силовые кабели
Определение: Электрические кабели используются для передачи электроэнергии между подстанциями и конечными пользователями.
Функция:
Соединяет распределительные устройства, трансформаторы и нагрузки
Типы: Воздушная или подземная установка, в зависимости от требований

5. Преимущества и недостатки КРУЭ

Преимущества подстанции с газовой изоляцией (КРУЭ)
Компактная конструкция: занимает меньше места по сравнению с обычными подстанциями
Надежность и гибкость: подходит для городских районов, высотных зданий и морских платформ
Минимальное обслуживание: герметичные компоненты снижают износ
Защита окружающей среды: заключены в герметичную систему, что делает ее устойчивой к пыли, влажности и экстремальным погодным условиям
Недостатки КРУЭ
Более высокая стоимость: дороже, чем распределительное устройство с воздушной изоляцией (AIS)
Сложное обслуживание: требуются специальные инструменты для работы с газом
Проблемы работы с газом: элегаз требует тщательного обращения из-за экологических проблем
Длительное время простоя для ремонта: неисправности КРУЭ могут занять больше времени для диагностики и устранения

6. Применение КРУЭ

Технология КРУЭ используется в:

Городское распределение электроэнергии — компактная конструкция для густонаселенных городов
Гидроэлектростанции — устойчивы к влаге и суровым условиям
Морские электростанции — выдерживают морскую среду
Промышленные зоны — подходят для среды с высоким уровнем загрязнения

7. Принцип работы распределительного устройства GIS

GIS состоит из нескольких ключевых компонентов, работающих вместе:

Автоматические выключатели прерывают неисправности
Разъединители изолируют питание
Шины распределяют ток
Трансформаторы повышают или понижают напряжение
В системе GIS эти компоненты заключены в газонепроницаемый металлический корпус, заполненный газом SF₆ для обеспечения изоляции и подавления дуги.

8. Установка и обслуживание GIS

Процесс установки
Правильная установка и ввод в эксплуатацию обеспечивают долгосрочную надежность систем GIS.
Ключевые шаги включают:

Осмотр фундамента для обеспечения устойчивости
Проверка соединений шин и шкафов
Проверка электрического заземления и монтажа кабелей
Испытание изоляции перед включением питания
Процесс обслуживания
Коммутационное устройство GIS требует периодического обслуживания для обеспечения надежной работы.
Обычные процедуры включают:

Испытание выключателя и трансформатора
Обнаружение частичного разряда
Мониторинг утечки газа
Калибровка трансформатора напряжения и тока
Регулярные проверки и диагностические испытания помогают предотвратить сбои и продлить срок службы оборудования.

9. Процедуры тестирования GIS

Поскольку GIS является важнейшей частью электросети, его необходимо тщательно тестировать для обеспечения надежности.

Стандартные методы тестирования КРУЭ
Испытание переменного напряжения — обеспечивает целостность изоляции
Испытание частичного разряда — обнаруживает слабые места изоляции
Испытание грозового импульса — проверяет эффективность защиты от перенапряжения
Испытание КРУЭ на месте
Настройка тестирования КРУЭ для систем 123 кВ
Высоковольтные испытания на КРУЭ среднего напряжения
Многоканальный мониторинг частичного разряда
Испытание резонансного контура для КРУЭ 380 кВ
Тщательное тестирование