摘要：在特高压电网中，气体绝缘金属封闭开关是重要的控制和保护设备之一，该设备的运行安全对于整个电网稳定性来说起着十分重要的作用。在本研究中，针对气体绝缘金属封闭开关设备的特点以及其种类进行深入分析，并阐述了气体绝缘金属封闭开关设备的优化设计，希望能给相关工作人员提供帮助。
关键字：气体绝缘金属封闭开关设备；研发；优化；设计
在特高压电网设计中气体绝缘金属封闭开关设备是由多个元部件共同构成的，通过接地开关，母线隔离开关，断路器等装入密封金属容器中，同时充入SF6气体之后，可将其作为灭弧介质。近年来随电网行业的快速发展，对于气体绝缘金属封闭开关提出更高要求，通过对该设备的不断研发优化，设计出结构更加简便，逐渐呈现小型化发展的产品。
1 气体绝缘金属封闭开关的特点。
首先我们从GIS设备的特点上来看，其具有较高的可靠性和安全性，由于在气体绝缘金属封闭开关设备的回路中除出线套管之外，所有都属于金属外壳中，因而不会受到外界因素的干扰，具有较强的耐环境能力。除此之外，在壳体中还充满了SF6气体，能够将其作为绝缘介质，同时也可以将其起作为灭火介质。在设备运行过程中具有较高的安全性和可靠性，后期维护较为便捷。其次，具有较高的导电和绝缘性能，GIS断路器具有良好的导电性能，回路可以采用自力型触指，根据材料性能进一步调解元部件的压紧力，避免过度松散而导致出现安全风险，在GIS中采用绝缘拉杆，绝缘筒等一些绝缘器件，该器件属于环氧树脂材料，从一定程度上来看具有良好的绝缘性能。安装比较便捷，配置具有较强的灵活性，气体绝缘金属封闭开关设备在现场安装过程中，当试验合格后再进行组装运输，同时GIS所占面积较小，便于运输，而且在现场安装过程中能够提高安装效率。
从GIS的分类上来看，按照结构可将其分为三种形式分别是分相式，主母线三相共箱，混合式和复合式这三种类型。其中，在分相式中，主环路的各个元件可独立安装在金属外壳中，可依靠环氧树脂的绝缘子用于支撑，在其内部充入了大量的SF6气体，这种设计结构比较简便，且不会产生相间故障。但相对来看，这种设备所占体积较大，密封面较多，对主母线三相共箱来说，主母线三相共箱共用一个外壳，利用绝缘子能够将母线均匀支撑在外壳中，利用这种设计能够极大程度上减少GIS设备所占体积，能够使其安装结构简单。对于混合式和复合式结构来说，其在同一外壳中装入具有复合功能的元件，能够缩短设备的体积，简化其结构设计。
2 气体绝缘金属封闭开关设备的优化
为能够进一步提高断路器开断的能力，首先需要着重分析触头结构，喷口形状以及开断电流条件对于气体产生的压力影响。需要对灭弧式的结构进行进一步优化，能够针对两断口的断路器着重进行喷口形状，尺寸优化，不断提升其开断性能。对于分闸速度来说，需要强化导电回路性能，其次能够满足机械设备的使用寿命需求，能够对断路器的整体以及被忽视部分进行模拟分析，不断优化格莱圈，提升断路器设计分析，调控分闸以及合闸速度，优化喷口的形状，能够提升电弧冷却性，促进热气体排出，可以借助计算机软件分析，设置合理的喷口尺寸。此外，由于灭弧室需要进行容性和负载开断，在这一过程中断口绝缘性会随着开距增加而发生变化。这是与接触头的电场强度以及气体密度具有一定联系的。为能够降低接触头的电场强度，可以通过改变形状，进一步提高分差强度来实现。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆加强局部放电监控系统的优化过程，GIS设备的监控技术主要是通过对GIS设备状态参数进行实时监测，进一步能够提高设备的安全性，可靠性，减少停电时间。其中对局部放电实时监控系统来说，主要是将超高频传感器设计技术，信号处理技术，多种频率，多频道检测分析技术，程序运行分析等相关的这些技术进行综合。在局部放电在线监测系统中采用有效识别的形式来确认放电信号，找到相应的干扰信号，并不是采用检测门限的方式，保证其干扰性，确保系统检测中的准确性和敏感性，具有较高抗干扰性能，应当具体通过强化传感器部分，进一步建立具有高性能的监控系统，在监控系统中进行分站优化，进一步优化局部放电系统，优化气体绝缘三相开关设备，该设备主要是在主回路三箱中用于公用接地金属外壳安装，利用绝缘子能够实现隔离和支撑效果。具有结构简便，外壳数量较少，从一定程度上节约原材料的特点。具体的优化方案为：能够在金属外壳中进行设备安装，在所分析的封装外壳中每一相可以沿着相邻轴向引向电流接线段的安装，或者实现组合式隔离接地开关，功率开关，能够在组合隔离开关接线中布置电流接线端垂直的方向，做好功率开关以及隔离开关的锥形布局设置，同时在锥形绝缘体顶部进行断路器的安装，并配置相应的隔离接地开关。通过对三相封闭开关设备进行优化，能够构成隔离开关，互感器，电流接线端以及汇流排断路器的共同作用，形成的开关柜外壳，优化设备尺寸。除此之外，该设备在故障发生过程中，能够使更换操作简单化，在同一配电柜中将另一个备用设备作为替代体系，强化调试安装工作，在安装气体绝缘金属封闭开关设备能够会从一定程度上影响其运行效果，因此应当建立健全相应的安全监督机制，保障施工质量，从一定程度上确保现场安装的顺利完成。在开展GIS设备安装时需要根据现场安装体系，编制体系图，制定安装计划并进行全过程的质量控制管理。在整个安装过程中，作为工作人员来说还需要开展安装培训工作，确保所有工作人员能够严格按照有关规范完成操作，在安装气体绝缘金属封闭开关设备时，还需要由安装方、监督方、建设方三方进行严格检查，主要是检查是否按照有关规定进行调试工作，通过安装调试监督，进一步确保设备能够实现安全稳定运行。
此外，针对干燥气体这种封闭开关设备是以干燥气体为介质，相比SF6气体来说，其绝缘性相对较差，甚至还会增加设备体积。干燥气体经空气压缩机处理后再经过冷冻干燥机，精密过滤器，除油过滤器等操作之后，去除空气的水蒸气，灰尘，所使用的干燥气体是混合气体，其中氧气20%，其余主要是氮气所带电部分被密封在气箱中，气箱为不锈钢材料。构成氮气绝缘金属封闭开关主要以氮气为介质，能够通过真空灭弧室完成设备的开关开断，相比SF6气体来说，绝缘性能较差，因此设备体积较大，目前氮气能够将压缩气体经冷冻干燥机，再进行精密过滤器，以除去液态和固态颗粒油分，进入活性炭中，在碳分子筛选下加入不同压力能够将其他气体产生不同数量，除氮气外，其他分子会被吸附，进一步获得程度较高的氮气。气箱内外压力采用为增压的设计方式，能够确保内部绝缘，不会出现漏气的问题，具体在绿色环保，智能化，安全化方面具有显著优势。
小结
总而言之，在本研究中通过采取提高断路器开断能力，加强局部放电时间实时监测系统的优化，做好气体绝缘三相密封闭开关设备优化，加强调试安装监督这四个方面，进一步对气体绝缘金属封闭开关设备进行研发设计，进而能够使所涉及的结构更加简便，性能更加丰富，适用性更广的GIS产品。
参考文献
【1】郝学东. 一种363kV气体绝缘金属封闭开关设备的研制与开发[J]. 电气时代, 2018.
【2】陈波, 许爱东, 韩利群, et al. 环保气体绝缘金属封闭开关设备研究现状及发展动向[J]. 科技创新与应用, 2017(3).
【3】杨镇宁, 王廷华, 李春艳, et al. 基于静电场仿真分析的绝缘套管优化设计[J]. 电工电气, 2017(8):31-34.
【4】苏文瑞,孙明福.气体绝缘金属封闭开关设备的研发与优化设计[J].中国新技术新产品,2015(05):49.
论文作者:陈施钱
论文发表刊物:《中国电业》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/31
标签：气体论文; 金属论文; 设备论文; 开关设备论文; 断路器论文; 氮气论文; 性能论文; 《中国电业》2019年第07期论文;