ABB公司PASS型HGIS设备考察报告
关键词：HGIS 气体绝缘 混合气体 低温
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HGIS概述： 信息来源:http://tede.cn
HGIS(Half Gas Insulated Switchgear)是一种介于已广泛采用的敞开式开关设备(AIS)和封闭式开关设备(GIS)之间，并综合了AIS和GIS开关设备优势的一种新型 的组合式紧凑型气体绝缘高压开关设备。HGIS的英文字面直译，即为“半GIS(半气体绝缘开关装置)”。
HGIS的原理与GIS基本相同。区别在于HGIS只将断路器、隔离/接地开关、CT等集成为一组模块，整体封闭于充满绝缘气体的容器中。而对 发生事故机率极低的母线设备，则采用常规方式(敞开式)进行布置。因而使得现场结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性相对提高。 信息来自:输配电设备网
由于HGIS具备GIS的“高压元件设备高度集成”、“高可靠性、低维护量”优势，又具备比HGIS更加灵活的模块化、经济性特征，因而使之更 易于满足目前变电站建设、改造和运行过程中“缩小占地面积、节省投资、提高可靠性、便于维护管理”的要求。
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HGIS技术，最早出现于20世纪90年代后期，当时被广泛应用于欧洲各国对20世纪5、60年代的老变电站进行的升级改造之中。通过应用 HGIS设备，在改造中得以节省费用、减少占地面积，获得了很高的费效比。因而，欧洲及日本的电气设备生产商及电网都在大力推广这种设备。目前国际上较为 成熟的HGIS产品主要有： 意大利ABB公司的PASS型、德国西门子公司的HIS型、法国阿尔斯通的GIM型以及日本三菱公司的MITS型
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在我国国内，目前也已有许多电气设备生产厂家开始与欧洲公司合作，陆续面向国内电网推出了相应的HGIS产品。 信息来自:www.tede.cn
HGIS具备的技术特点： 信息来 源:http://www.tede.cn
一，解决隔离/接地开关的运行可靠性： 信息来自:输配电设备 网
高压输变电设备中，户外高压隔离开关是受环境和气候影响最大的设备之一。其运行条件恶劣，长年累月的受到各种环境和气象条件作用，容易产生机 械、电气方面的故障。因此由于隔离开关而引起的停电事故已经成为影响电力系统运行可靠性的主要问题。 信息请 登陆:输配电设备网
户外高压隔离开关经常出现的问题一般是：瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀。 信息来源:http://www.tede.cn
HGIS设备，通过采用新型SF6密封三工位隔离/接地开关，并且使用新型触指，是隔离开关与接地开关结构合二为一，动触头公用，变直动操作为 转动，且公用一个操作机构。实现了
1， 避免上述户外高压隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀等四大问题。
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2， 隔离开关与接地开关合一，整体结构简化，尺寸显著变小;隔离开关与接地开关的三工位结构，不存在常规DS和ES间各种可能的误操作，因此可省略DS和ES 的电气操作联锁，使运行的可靠性显著提高。 信息来自:输配电设备网
3， 将DS——ES与母线合一，布置更紧凑，整体尺寸大大缩小。
二，用聚芳酰胺玻璃布管代替复合化盘式绝缘子，使得整体绝缘水平提高。
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传统的复合化绝缘子受残余电荷的影响较严重，当绝缘子上有电荷积累，电场分布发生畸变，绝缘子的绝缘性能受到影响。HGIS设计上充分利用了聚 芳酰胺玻璃布管机械和绝缘强度都很高的优点，很好地解决了动热稳定和绝缘方面的问题。采用聚芳酰胺玻璃布管材料做绝缘操作杆，使P.GCB绝缘操作杆的重 量大幅度下降、机械强度显著提高，其电气和机械性能优于真空浸渍环氧玻璃布管。
三，HGIS具有良好的密封性能和控制SF6气体中水份含量的措施
高压开关设备内SF6气体中的水份含量如果超过一定数值将会对设备产生危害。一是外界环境温度急剧变化时，将在绝缘件表面形成凝露，导致绝缘沿 面击穿放电。二是水份将与SF6的电弧分解物化合产生低氟酸等腐蚀性物质，严重腐蚀金属和绝缘材料。 信息请登陆:输配电设备网
HGIS采取了多方面的措施来控制设备内SF6气体的水份含量。第一，所有零部件装配前进行干燥清洁处理，使材料本身含水量减少到最低程度，并 且装配环境符合相关要求;第二，开关内部放置吸附剂(吸附材料主要有活性氧化铝和合成沸石)，吸附气体中的水份和SF6分解物;第三，对成品进行充氮气— 抽真空处理;第四，整体模块出厂现场安装，避免了户外解体受大气的影响;第五，良好的气密性能，阻止了外部大气中的水份通道。 信息来自:www.tede.cn
四，HGIS在低温地区的技术措施 信息请登陆:输配电设备网
由于SF6气体具有优良的绝缘和灭弧性能，被广泛使用于断路器中。但是，在寒冷的环境温度下，一定压力下的SF6气体将会液化，压力或密度降 低，其绝缘和灭弧性能就会相应的降低。这种情况在我们东北电网系统内更具现实可能。
为了寻求解决这一问题的方法，经过研究，在SF6气体中混入一定比例的其它惰性气体，是解决这一问题的有效途径。目前使用较多的是SF6+N2或 SF6+CF4混合气体，已经广泛使用在SF6气体断路器、GIS、充气电缆、充气输电管道等高电压电器设备中。
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由于在电力设备运行压力下的氮气和四氟化碳气体的液化温度远低于-100℃，所以混合气体的临界液化温度只考虑SF6气体的分压力。例如，绝对 压力0.7MPa的纯SF6气体的临界液化温度是-25℃，而相同压力下的SF6+N2或SF6+CF4混合气体(SF6分压力为60%)的临界液化温度 是-45℃，已经能够适应我东北电网大部分寒冷地区的环境条件。 信息请登陆:输配电设备网
混合气体只要比例适当，也能获得比较理想的绝缘和灭弧效果。试验表明，当SF6气体的体积比超过30%时，SF6、N2混合气体的绝缘强度已和 纯SF6气体的绝缘强度相差不多，开断能力略有下降，但可以通过稍微提高压力的方法进行弥补。而压力比为60% ：40%的SF6、CF4混合气体的绝缘能力和开断能力与纯SF6气体完全相同，都能在145kV下开断40kA的短路电流。
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HGIS与GIS的特性比较
HGIS与GIS的主要区别在于：
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GIS是把整个变电站的一次设备包括断路器、避雷器及母线等集成在SF6气体的密封罐体内，集成度很高，占地面积小。然而，过高的集成度，使得 一旦某个断路器出现问题，则整个变电站都必须要停检，必然的扩大了事故影响范围，损失较大。
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同时，将所有电气设备放于同一气室，当发生常见的漏气问题时，由于范围较大，排查故障点的难度相应增大，因而增加了停电检修的难度、延长了停电 时间。影响系统的可靠性。
而相应的HGIS，由于是把 一相的断路器加隔离开关和接地开关作为一个模块放在SF6密封舱中，每一相有独立的外壳，其可靠性和灵活性都大大提高。一旦发生故障，排查、检修时间和停 电范围都大大缩小。这更适合电力系统对“灵活性和可靠性”的要求。
广泛作为绝缘气体而用于高压电气开关灭弧绝缘的氟化物气体，经过断路器开断放电过程之后，在电弧作用下，相对稳定的氟化物气体变成低氟化物。低 氟化物具有严重的污染性和致病性，对设备周边环境和电力作业人员的健康构成威胁。相对于将这个一次设备全部集成在其中的GIS密封舱体，仅仅集成了必要的 高压开关设备的HGIS，其相对小得多的舱体内所需要灌注的氟化物气体用量大大减少。这也符合了电力系统发展趋于更加人性化和可持续化的要求。 信息来自:www.tede.cn
综上，我们可将HGIS紧凑型高压开关设备的优点特性可以概括如下： 信息来源:http://tede.cn
1， 新型全封闭组合隔离开关完全解决了户外高压隔离开运行可靠性的问题。同时，由于各元器件组合，相辅相成，大大减少了对地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的 30%~50%)，这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率，有助于提高运行的可靠性。 信息来自:输配 电设备网
2， 由于元器件的组合，缩短了设备间连接线距离，节省了各设备的布置尺寸，相对于传统AIS设备的布局方式，大大缩小了高压设备纵向尺寸、减少了占地面积达到 40%~60%。对于城市用地相对紧张的电网而言，将有着重要的意义。
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3， 由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现场施工安装，故在现场进行施工安装时，更为简单、方便。同时减少了变电站支架、钢材需用量。又由 于基础小，工程量少，混凝土用量少，大大减少了基础工作和费用开支。
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4，由于HGIS结合了模块化的灵活性，非常适合用于老旧变电站的设施改造。在原有AIS设备的基础上，可以方便的局部更换HGIS，从而在保 证设备性能、可靠性得到大幅升级的情况下，减少了老旧变电站升级改造的施工难度和投资规模。
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ABB公司PASS型HGIS设备： 信息来自:输配电设备网
此次我公司拟引进购买的，是用于66kV变电站的
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72.5kV紧凑型SF6高压开关装置PASS M00 型。 信息请登陆:输配电设备网
扼要介绍如下： 信息来 源:http://www.tede.cn
1， 外观：如右侧照片以及下两图所示： 信息来自:输配电设备网
2， 断面图：如下图 信息来源:http://www.tede.cn
3，主结线图：
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①断路器 ②隔离开关 ③接地开关 信息来源:http://www.tede.cn
注：上图中，虚线框内部分，即为乘装于密闭SF6、CF4气体罐内的断路器、隔离开关以及接地开关。
4，设备额定参数：
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5，试验、检测技术指标：
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前文已经介绍了HGIS设备的一个重要特征(也是其重要的优点)就在于其由于“高可靠性”，使得其后期的检修周期和维护周期大大延长，试验、检 修工作方面工作量降低于普通的AIS系统，而接近GIS系统。
(1)产品在出厂试验，高压耐压、气体检测项目如下： 信息来源:http://tede.cn
1) 断路器三相断口之间工频耐压： 信息来自:输配电设备网
试验电压：140kV(有效值) 加压时间：60s
2)PASS设备整体对地之间工频耐压： 信息来自:输配电设备网
试验电压：140kV(有效值) 加压时间：60s 信息请登陆:输配电设备网
3) 主回路电阻测量：
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回路阻值：<130μΩ
4) 局放放电及无线电干扰试验 信息来自:输 配电设备网
5) 气密性试验 信息来 源:http://tede.cn
(2)预防性试验高压、气体检测项目及周期： 信息请登陆:输配电设备网
(根据厂家推荐的“预防性维护计划”)
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1) 主回路电阻测量：
每5年一次 信息来自:输配电设备网
2) SF6水分检查(微水)： 信息来 自:www.tede.cn
每5年一次
3) 警报与闭锁检查： 信息来源:http://www.tede.cn
每5年一次 信息请登陆:输配电设备网
结语：
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随着电网变电站设备改造进程的继续，今年下半年将开始有 HGIS 设备将陆续换装于各变电站。 信 息来源:http://www.tede.cn
提前了解和掌握该类设备的技术特性和使用维护方法，对于我们更好的完成技术保障和检测任务，将是十分必要的。 信息来源:http://tede.cn
以上资料，供参考。 信息来 源:http://www.tede.cn
作者简介：徐博 男(1980) 东北电力学院本科，现从事电气试验工作。
