63～110kV SF6全封闭组合电器屋内配电装置

63～110kV SF6全封闭组合电器屋内配电装置

6.10.1. GIS结构特点、显著优点及使用对象 6.10.1.1

GIS结构特点：GIS是将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、

母线、进出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按主接线要求组合在一起，而构成的成套配电装置，除汇控柜外，其余的母线、设备、器件均封闭在密闭的金属壳体内，用环氧树脂等绝缘材料浇注的绝缘子支撑，并充以SF6气体作为绝缘和断路器的灭弧介质。由此可见，全封闭组合电器由各个的标准元件组成，各元件间都可以通过法兰连接起来，故具有积木式的特点。由此对于不同的电气主接线，可以用各种元件组合成为不同的型式。 6.10.1.2

SF6全封闭组合电器配电装置的显著特点及使用对象；其突出、不可比拟的优势在于：占地面

积小、运行可靠、故障率低、检修周期长、受外界环境和气候的影响小、设计工作量小等，特别适用于受场地平面的的狭窄地区、深入负荷中心的生产装置区、重污秽地区、高海拔地区、高地震烈度地区。 6.10.1.3

石油化工区域属于2级以上污秽环境，SF6全封闭组合电器安装在屋外，受污秽、腐蚀性气体

和粉尘、沙尘、雨露、严寒等的影响较大，往往需设置防寒加热和防雨设施，且尚需设置SF6设备检修间。故采用屋内配电装置，GIS安装、运行、检修不受环境条件的影响，占用面积小，建筑物占总投资的比例很小。

6.10.2. SF6物理、电气特性

6.10.2.1 物理特性：SF6在通常状态下是一种无色、无味、无嗅、无毒、不燃、可压缩的液化惰性的气体，微溶于水，分子量146.07，密度为6.139kg/m3（20C时），是空气的5.1倍，临界温度45. 6C。它的分子结构是一个以硫原子为核心、6个氟原子处于顶端的正八方体，氟原子在各元素中电负性名列前茅，其吸附电子的能力极强，亲和力达3.4eV。

6.10.2.2 灭弧性能：在电弧过零的瞬间电极间的电子被呈电负性、吸附力极强的SF6分子吸附，加之SF6分子质量为电子质量的几十万倍，其移动缓慢，致使不能获得使电子再次冲击的速度，使得电弧熄灭。SF6的灭弧性能约为空气的100倍。

6.10.2.3 绝缘性能：SF6在均匀电场及相同的温度和压力下的绝缘强度为空气的2.5倍，在三个大气压力下可与常压下的绝缘油相匹敌，所以说它是一种具有非凡的电绝缘性的物质。SF6绝缘与空气、绝缘油在性能上的比较见下表：

SF6绝缘与空气在性能上的比较表 表

比较项目 绝缘强度 电弧时间常数 介电常数 电弧作用下的分解 比重 冷却性 防音性 SF6气体 2.5 1/100 近似1 会生成有毒的分解物 5.1 比空气好 比空气好 空气 1 1 1 无有害物 1 基准 基准 热稳定性 热损坏

200C以下 不发生材料的劣化变质 － － SF6绝缘与绝缘油在性能上的比较表 表

比较项目 绝缘强度 介电常数 电弧作用下的分解 比重 着火点 热导率 防音性 热稳定性 热损坏 6.10.2.4

SF6附属及衍生物：生产SF6的方法大多采用单质硫与单质氟直接合成的工艺流程，合成的

SF6气体 3个大气压下为1 在与固体组合的情况下<1 会生成有毒的分解物 1/40 － 1/4.5 >1 200C以下 不发生材料的劣化变质 绝缘油（基准值） 1 1 在电弧作用下分解；可能爆炸 1 140C 1 1 105C以下 油本身发生劣化变质 SF6气体中一般含有总量约5％的S2F2、S4F4、S2F10、SOF2、SO2、HF、CF4、O2、N2等十几种杂质，SF6在电气设备中经电晕、经净化后SF6的纯度可达99.8％以上。火花放电及大电流电弧的作用会产生如下：HF、CF4、SOF2、S2F2、SF4、SOF4、SO2、S2F10、S2F10O、Si(CH3)2F2的有毒的具有腐蚀性气体和固体分解物CuF2、AlF3粉末，它们的存在，不仅影响到电气设备的性能，而且危及设备运行检修人员的人身安全。因此，对其空气中的上述有毒有害物质的容许含量规定见下表：

空气中的SF6气体及其有毒性分解产物的容许含量 毒性气体及固体名称 容许含量（TLY－TWA） SF6 SF4 SOF4 SOF2 SO2 SO2F2 S2F10 S2F10O SiF4 HF CF4 CS2 AlF3 CuF2 1000ppm 0.1 ppm 2.5mg/m3 2.5mg/m3 2 ppm 5 ppm 0.025 ppm 0.5 ppm 2.5 mg/m3 3 ppm 2.5 mg/m3 10 ppm 2.5 mg/m3 2.5 mg/m3 Si(CH3)2F2 6.10.2.5

1 mg/m3 SF6气体中水分的危害：封闭的电器设备中的微量水分，可能影响电器设备的性能。微量水分

是以水蒸气状态存在的，当温度下降时，水蒸气可能结露并附着在零件（如电极、支撑件）的表面上，从而造成绝缘表面产生沿面放电而引起事故。开关电气在开断过程中，会瞬间产生温度达5000～7000K的电弧，此时，SF6气体分子往往以硫和氟的单离子状态存在，电弧熄灭时，绝大部分又迅速复合成SF6分子，一小部分离子却形成SF4、SOF2、S2F2、SF2等，它们与微量水分发生水解反应，并形成一系列的水解反应中间体，最终结果大多数都生成HF、SO2，而SO2进一步与水反应生成H2SO3。新生成的化合物都具有很强的腐蚀作用（尤其是HF），能与大多数材料反应，当水分较多或凝露时，又迅速与水化合生成氢氟酸和亚硫酸，其腐蚀性原比它们在气态时厉害得多。

6.10.3. SF6检测仪器配置：运行和检修时所必备的检测仪器的配备如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

6.10.4. GIS配电装置室内SF6气体技术条件（与SF6气体的重量比）：

名称 空气与（N2＋Q2） 四氟化碳 水分 酸度（以HF计） 可水解氟化物（以HF计） 矿物油 纯度 生物毒性试验

6.10.5. 配电装置设计原则： 6.10.5.1

根据电气主接线、避雷器装设数量和位置、发展预留间隔、确定GIS的间隔数，按进线、出

指标 ≤0.05% ≤0.05% ≤8 ppm ≤0.3 ppm ≤1.0 ppm ≤10 ppm ≥99.8% 无毒 现场用水分析仪 离子选择电极测定装置 紫外及可见光光度计 红外分光光度计 气相色谱仪 SF6检测测漏仪 气体检测管（HF、SO2等） 现场用SF6分解气测定装置 液体吸收型、固体吸附型和真空型成套采样装置 仪器名称 线方式位置确定GIS各间隔的顺序及配电装置的平面布置。 6.10.5.2

在基础设计阶段前，应与供货商就主接线、布置方案、土建结构等技术性方案等进行意向性磋

商。GIS成套组合电器不同于其它通用性较强电器设备，差异较大、技术含量高、产品个性化设计、技术总成和设计协调工作繁杂、供货周期长等，需要用户、设计、供货商三者之间密切配合，逐步完善设计。在开展详细设计前后，应与供货商签订技术、商务合同。便于逐步完善详细设计、避免总成方案实施的困难或返工、误工，给工程质量带来隐患。供货商根据合同文本进行构造、机械安装设计，之后，向设计单位提供提供GIS布置方案、安装留孔埋件、建筑物要求等资料，同时就布置、技术方案进行修正。设计单位则根据供货商所提供的资料完成工程实施， 6.10.5.3 上方。 6.10.5.4

GIS配电装置室不应有门窗直接与其它房间相通，与主控制楼（室）等有人场所或运行维护检GIS配电装置室尽可能设置；不宜设置在其它配电装置室、自动装置室、其它防止设施的

修人员经常出入的室内场所，在建筑物设置上应隔开，且不宜有管线直接贯通，难以实施时则应对穿墙的管线采取隔离密封措施、对管口实施严密封堵。 6.10.5.5 6.10.5.6

GIS采用架空进出线方式时，外绝缘泄漏比距宜按重污秽地区的3.5cm/kV考虑。 伸缩节的设置：

1). 全封闭组合电器自身的需要，用于消除加工误差的调整，如两组母线隔离开关连接之间

加伸缩节；

2). 全封闭组合电器与变压器套管直接连接之间、断口垂直布置的断路器与隔离开关之间加

伸缩节，用于消除操作、运行、地震的振动的影响；

3). 在跨越土建结构伸缩缝处加伸缩节，防建筑物的不均匀下沉；

4). 全封闭组合电器基础为防止不均匀下沉而将基础分成若干分缝块时，在基础分缝块处相

邻元件之间加伸缩缝；

5). 在长引线母线套筒、主母线套筒较长时加伸缩节，以抵消由于热胀冷缩而引起的温度变

形；

6.10.5.7

63 KV与110KV电流互感器均为穿心式结构，二层绕组和铁芯一起用环氧树脂浇注，置于金

属壳体并充以SF6气体，依据供货商的不同其次级绕组有3个和4个的不同，根据主接线的配置超过标准配置的次级绕组数时，应与供货商协调解决。不带抽头和中间抽头（一次出端连接无选择）的固定电流比。对于即要考虑发展预留又要满足计量精度要求时，应特别慎重对待。有的厂家可提供二次额定电流为1A的测量用二层绕组，可用在额定电流比较小而又要求0.5级计量精度的场合。 6.10.5.8 6.10.5.9

63 KV与110KV电压互感器为电容式结构，可有效防止铁磁谐振过电压。

63 KV与110KV电压等级的GIS三相公用一台电气控制柜，电气控制柜是GIS的指挥中心，

也是与主控制室连接的中枢，

6.10.5.10 隔离开关按附装接地开关与否分为不接地、单接地、双接地三种，对于63 KV与110KV采用三相机械联动。附装的接地开关按功能工作接地和快速接地两种。快速接地开关是GIS内部故障时的保护开关，在发生内部故障时，快速动作保护接地，迫使上一级保护断路器跳闸以消除故障。快速接地开关在每一相上配一台电动机－弹簧操动机构，电动机构实现慢速分闸的同时给弹簧贮能，由弹簧机构完成快

速接地（合闸）。 6.10.5.11

GIS间隔按不同的功能分为若干的封闭气隔，以防止SF6的大量泄漏致使整个GIS压力

降低或某一气隔中内部故障的扩大，在每个气隔均设置监视检测SF6气体压力的密度继电器（温度补偿气压开关），通过密度继电器可以实现低压力报警、低压力闭锁或强跳、高压报警等信号。 6.10.5.12

电气控制柜（也有称间隔汇控柜）功能：断路器的现场分、合闸操作、保护发信等；隔离开

关、接地开关的现场分合操作、发信等；防止电动、手力误操作的电气闭锁接线等；上述操作元件的辅助开关接点、电流和电压互感器的抽头或出端、密度继电器的接点等的接线转接及端子排。 6.10.5.13

隔离开关操作机构（包含接地开关）分为手力、电动、弹簧、气动方式。电动操作机构为交

流380V供电，其操作控制电源为直流220V或110V；弹簧操作机构为直流220V或110V；电动操作机构也配置手力操动，手力操动与电动操动有电气连锁，用于防止误操作。电动控制回路由连锁开关闭锁，电磁锁可以是交流220V也可以是直流220V或110V。 6.10.5.14

断路器的操作机构分为液压操作和压缩空气气动操作。压缩空气又分为单机供气和集中供气

两种，当集中供气时，尚需配置供气设施。断路器的操作机构通常都配备有防跳装置、非同期闭锁保护装置、操作机构和SF6压力降低闭锁装置、防止慢合慢分装置。隔离开关若不采用手力操动机构而采用其它方式时，操作电源应与断路器的操作机构取一致。 6.10.6.

GIS主要尺寸的确定：

6.10.6.1 GIS配电装置布置特点：断路器和母线套筒的结构型式对布置影响较大。屋外式配电装置断路器一般布置在下部，母线装置布置在上部，母线装置采用支架托起。屋内式若选用水平布置的断路器、母线套筒布置在下部，断路器布置在上部；若断路器选用垂直断口时，母线套筒布置在下部，则断路器落地布置在侧面。

6.10.6.2 SF6全封闭组合电器的架空进出线套管带电体的最小安全净距（A、B、C、D值）应按敞开式的规定，配电装置的布置尺寸主要是根据制造、安装、检修、试验、运行维护等共同要求确定，通常按以下几个方面校验：

6.10.6.3 同一间隔内，相间不设维护通道，仅考虑50～250mm相间各元件拆装法兰螺栓的距离； 6.10.6.4 不同间隔的相间外壳之间设置500～600mm维护通道。若有操作机构时尚应满足组装、维护检修、操作的距离；

6.10.6.5 同一间隔内同一相各元件的布置间距、拆装距离按供货商设置；操作机构、端子箱与间隔内的各元件的净距按供货商要求布置；

6.10.6.6 63～110KV配电装置主要维护通道距离：搬运气体回收小车、试验设备要求的宽度900m；搬运母线套筒要求的宽度1400mm；当采用电缆进出线时，现场耐压试验需装设临时的SF6套管，带电体距墙的距离不应小于规范要求的A1值（63KV为600mm、110KV为900mm）； 6.10.6.7

屋内布置的配电装置，考虑到发展或有分期安装要求的，应在一端设置安装间，安装间的长度

通常取2～3个间隔的宽度。 6.10.6.8

63KV与110KV的GIS间隔布置尺寸：由于供货商不同所提供的间隔结构尺寸相差较大，比

如：有的63KV与110KV尺寸相同；有的分为一般结构和紧凑型结构；有的单母线与双母线相同；单母线单侧进出线或双侧进出线；单母线架空进线和电缆出线；单母线电缆进出线；双母线架空进线电缆出线；

双母线两侧电缆进出线；进出线另加其它设备（避雷器、线路电压互感器）；进线只配隔离开关、电压互感器、避雷器等。下面仅给出标准的间隔尺寸。

110KV电压等级GIS间隔布置尺寸（高HX长L）mm 表6.9.7

(W=2200) ZF-110 (W=3000) (W=1400) ZF4-110 (W=2200) ZF5-110 (W=2260) HB7-110 (W=2600) 3790X4000 单母线电缆进出线 单母线套管进出线 3665X5500 4200X6100 3300X4500 － － 3300X5300 3400X4200 5750X3200 双母线电缆进出线 3200X7500 － 双母线套管进线 双母线套管出线 3200X5500 － 3200X7500 － 4200X6100 3100X7300 3410X5505 3790X6100 － － 3500X5700 4038X4355 5750X4000 3100X5500 3400X4355 － 6.10.6.9 110KV电压等级GIS建筑物宽度尺寸mm 表

进出线方式 单母线套管进线、电缆出线 单母线套管进、出线 单母线电缆进出线 双母线电缆进出线 双母线套管进线及部分电缆出线

6.10.7. 通风设施

6.10.7.1. GIS配电装置室内应具有良好的通风设施，通风设施应采用切换电源供电，当通风设施故障、电源消失时应报警或发出预告信号，提醒值班人员注意。通风设施按地面上部空间和地面下电缆沟、夹层等SF6沉积场所，上部空间为通常意义下的配电装置发热通风、规范要求的事故通风（排烟）和保障人身安全的安全通风。GIS地面下的通风设施则保证能把底部沉积的SF6气体排出，其通风设施的吸气口应尽量靠近底部。保证运行巡视、维护检修人员在进入该工作区域时，空气中氧含量不低于18％、SF6气体含量不得超过1000ppm。

6.10.7.2. 通风次数（次/h）计算：包括事故情况下的通风排气次数n1、n2；正常运行维护通风换气次数n3；配电装置发热通风所需要的换气次数n4。设计安装四者计算所得的最大值作为通风设施的设置依据。通常在要求事故后1小时允许工作人员进入，正常工作和事故排风的换气次数应不小于4次；0.5小时下应不小于8次。

1). 发生SF6泄漏事故后，配电装置室内含氧量按不应低于18％要求的换气次数n1：

K0%＝21%（V0－V1）/ V0 第一次换气后室内的含氧量： K1%＝（21%＋K0%）/ 2

宽度 10000 11000 9000 11000 12000 第二次换气后室内的含氧量： K2%＝（21%＋K1%）/ 2 第i次换气后室内的含氧量： Ki%＝（21%＋Ki-1%）/ 2

当计算得出的结果，满足Kn%  18%时，此时的i即为所需的换气次数n1。

2). 发生SF6泄漏事故后，配电装置室内SF6气体含量不大于1000ppm时的换气次数n2：

V110Bn2AV0M1T1V1

3). 正常运行维护通风换气次数n3

6V210Bn3AM2V26gr0

单位时间SF6气体泄漏量V2（m3/h）

V2

gf8760r021％：为空气中的氧气含量 18％：规定安全的空气中的含氧量 g：事故时所排出的SF6气体重量（kg） r0：20C下SF6气体的密度（6.139kg/m3） V0：配电装置室内的体积（m3） V1：事故时泄漏的SF6气体体积（m3）

V2：一年内，单位时间SF6气体泄漏量V2（m3/h） g：配电装置SF6气体总重量（kg） f：SF6气体年总的泄漏率（％）

A：通风的出风口装于组合电器上部时取1、位于下部时取2 B：通风的出风口装于组合电器上部时取1、位于下部时取0

T1：发生泄漏事故后，允许进入配电装置室内的时间（h），通常取0.25～1 M2：f值下要求的检漏仪的灵敏度，近似取100ppm 4). 配电装置发热通风所需要的换气次数n4详见采通专业计算。

6.10.8. 全封闭组合电器的接地方式：全封闭组合电器的导电部件由于封闭在金属外壳内，外壳上不仅产生

涡流，而且还产生感应电压，在外壳与大地之间产生电位差，即使在不同部位的外壳之间也存在着电位差，由外壳不同部位引至汇控柜的金属管线、电缆屏蔽铠装层相接触时，其间便会有环流出现。故，全封闭组合电器的外壳必须接地。目前接地方式大致有两种：一是金属外壳全链多点接地，存在的环流使外壳电位（对地）为零，环流所带来的损耗会使外壳发热从而影响导体的载流能力；二是金属外壳分段绝缘，每一绝缘段上设置一点接地，优点为（每段外壳之间）无环流，缺点为外壳上存在感应电压，且感应电压随着载流导体电流的增加而增加。

全封闭组合电器外壳的环流不应扩展到其它电器设备的外壳上，SF6套管应与变压器接线套管、

变压器本体绝缘；与汇控柜关联的金属线、气管线、电缆屏蔽铠装层、电气线路保护管等均采用一点接地，接地点应设置在汇控柜处；维护、检修金属平台、梯子应接地外，还应敷设占用接地线，以确保安全。

6.10.9. 全封闭组合电器的安全保护措施：

6.10.9.1. 当全封闭组合电器出现内部故障时，电弧的出现将使SF6气体压力骤升，若不采取有效措施，会导致外壳爆炸、电弧烧穿外壳造成SF6气体泄漏。通常采用的保护方法有两种：压力释放装置和内部故障电弧熄灭装置。

6.10.9.2. 压力释放装置：有两种方式：一是在外壳上装设由铸铁或石墨材料制成的防爆膜，当压力超过时，防爆膜爆裂，将SF6气体直接排入大气中；另一种是利用气室间的盆型绝缘子上设置一个压力薄弱口，将SF6气体排入另一气室，它虽对大气不造成污染，但有可能将故障扩大到另一正常气室。

6.10.9.3. 内部故障电弧熄灭装置：有两种方式，一种是利用快速接地开关将出现电弧的故障相人为地接地，造成人工接地短路，从而迫使电弧熄灭，为使快速接地开关快速动作，在内部装设一套利用差动和选相保护装置；另一种方式是在壳体内部设光电管或光导纤维来反映内部故障，使快速接地开关接地。两种保护方式各有优缺点，前者动作时间较后者长，有可能在快速接地开关动作前外壳已被电弧烧穿，故在外壳防护上即要壳内压力上升，又要不致外壳烧穿，即使烧穿也应将事故在最小的范围内；后者动作速度快，但要求在每个气室内均装设检测压机，在外壳上开孔引线影响外壳的气密性，保护装置复杂，目前较少采用。

6.10.9.4. 对于63KV小电流接地系统的单相单筒式全封闭组合电器，因电弧电流太小，不可能使SF6气体压力增大很多，采用防爆膜的意义不大，但为了熄灭电弧应设置快速接地开关。对用于63KV三相共筒式，电弧电流应按三相接地短路来选择保护装置，同时还要考虑单相接地的保护。 6.10.9.5. 快速接地开关时间的整定：

1). 对大电流接地系统的单相单筒式、小电流接地系统的三相共筒式全封闭组合电器动作时间t（s）为：

t=t1+t1

t1：主保护动作时间，通常取0.12s t1：时间间隔，一般取0.5s

2). 对小电流接地系统的单相单筒式式全封闭组合电器动作时间t（s）为：

t=t2+t2

t2：保护给出接地信号时间，s

t2：时间间隔，s，根据运行需要定。

6.10.10.

过电压防护：组合电器的波阻抗较小，一般在60～120之间（架空线路300～400）。架

空线路的波阻抗为Z1，组合电器的波阻抗为Z2，入侵波的电压为U0，入侵波从架空线路传入到组合电器的折射电压为：

U2Z2U0U0Z1Z2

折射系数：

2Z2

Z1Z2折射系数通常在0.261～0.571之间，组合电器入侵波的计算陡度较敞开式低很多，对于架空进

线具有电缆进线段、电缆出线，电缆进出线的组合电器入侵波的陡度更低，母线避雷器的保护范围（电气距离）也更大。也即，按一路架空进线的敞开配电装置变电所，避雷器与变压器的最大电气距离跟侵入波计算陡度关系满足时，组合电器也肯定满足并有一定的裕度。

GIS组合电器设备之间电气距离小、电场为微不均匀电场，辐秒特性比较平坦，冲击系数较小，

防雷措施相对来讲比较容易满足要求。但因全封闭组合电器的绝缘介质没有自恢复能力，所以内部带电部件不允许产生电晕，过电压防护应具有较大的绝缘裕度。 6.10.11.

消防要求：GIS配电装置宜采用1211灭火剂，灭火喷射时间建议采用20～30S，灭火浓度

320～360k/m3。1211灭火剂平时以液态贮存在罐内，使用时经减压阀减压。 6.10.12.

对土建专业的要求：

6.10.12.1. 预埋的金属构件高出地坪（抹面后）2～5mm，水平面的平整度误差不大于5mm。

6.10.12.2. 63～110KV全封闭组合电器的间隔重量5000～13000kg；静荷载不大于2000kg/m2；动荷载：产生于断路器的关合（合闸）、开断（分断）操作，瞬间最大上拔力为11500 kg、下冲力为7500 kg，该力的作用点在断路器隔位上。

6.10.12.3. 厂房内检修时，设置单梁电车，配电装置室高度按以下的最大高度确定（吊钩高度通常不低于5.5m，应以供货商提供的数据为准）：

6.10.12.4. 全封闭组合电器整体调出断路器的高度要求； 6.10.12.5. 供货商最高的运输组合件的起吊高度；

6.10.12.6. 现场整体耐压试验时，带电体与距梁、板、吊钩底的安全净距的要求； 6.10.12.7. 室内吊重1500～2000kg，搬运设备的门：宽X高＝3.5mX（3.8～4.1）m。

6.10.12.8. 为保障屋内全封闭组合电器室内清洁，防止空气中的悬浮微粒进入组合电器内部，规定悬浮尘

埃含量不得大于0.2mk/m3，要求：地面采用水磨石或铺塑料地板；墙面和顶棚、板、柱刷漆；门窗采用密封措施防止风沙侵入；通风应采取过滤措施；室内湿度宜不大于80％；为防止漏雨，屋顶宜

采用现浇板。