南方电网220kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)技术规范.doc
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中国南方电网有限责任公司企业标准
Q/CSG
220kV气体绝缘金属封闭开关设备
(GIS)技术规范
2011–10–14实施
2011–10–14发布
中国南方电网有限责任公司发布
Q/CSG123003.3-2011
1
I
Q/CSG123003.3-2011
目次
前言 I
1范围 1
2规范性引用文件 1
3术语和定义 2
4使用条件 2
4.1正常使用条件 2
4.2特殊使用条件 4
5技术要求 5
5.1技术参数要求 5
5.2设计和结构要求 11
6试验 29
6.1型式试验 29
6.2出厂试验 30
6.3现场交接试验 32
7产品对环境的影响 34
8备品备件及专用工具 34
8.1备品备件 34
8.2专用工具 35
9技术文件 35
10监造、包装、运输、储存 38
11附则 38
附录A220kVGIS技术参数表(规范性附录) 39
附录BLCC相关资料要求 48
附录C500kV变电站220kVGIS设备CT、PT配置示意图 53
附录D220kV变电站220kVGIS设备CT、PT配置示意图 54
I
前言
为规范220kV全部采用SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS)技术标准和要求,指导南方电网公司所属变电站(发电厂)GIS建设、改造和运行管理工作,依据国家和行业的有关标准、规程和规范,特制定本规范。
本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口并解释。
本规范起草单位:
广东电网公司电力科学研究院。
本规范主要起草人:
卢启付、吴琼、李端姣、吕鸿、王红斌、陈锦清。
本规范主要审查人:
皇甫学真、陈建福、黄志伟、刘辉、谢植飚、黄星、赵现平、赵小渔、刘岩。
本规范由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。
本规范自发布之日起实施。
执行中的问题和意见,请及时反馈至中国南方电网有限责任公司生产技术部。
220kV气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)技术规范
1范围
本规范适用于中国南方电网公司所属变电站(发电厂)新建、扩建及改造工程,安装在户内或户外并运行在频率为50Hz、220kV电压等级的GIS及其操动机构和辅助设备。
本规范规定了220kV电压等级的GIS本体及附属设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
本技术规范提出的是最低限度的技术要求。
凡本技术规范未规定,但在相关设备的国家标准、行业标准或IEC标准中有规定的规范条文,应按上述标准条文中的最高技术要求执行。
接入南方电网的用户设备其配置、选型可参照本规范要求执行。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规范,然而,鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是未注明日期的引用文件,其最新版本适用于本规范。
GB156-2007额定电压
GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合
GB1207-2006电磁式电压互感器
GB1208-2006电流互感器
GB1984-2003高压交流断路器
GB1985-2004高压交流隔离开关和接地开关
GB4208-1993外壳防护等级(1P代码)
GB7354局部放电测量
GB7674-2008额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备
GB11032-2006交流无间隙金属氧化物避雷器
GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准
GB/T311.2-2002绝缘配合第2部分:
高压输变电设备的绝缘配合使用导则
GB/T2900.20电工术语高压开关设备
GB/T5582-1993高压电力设备外绝缘污秽等级
GB/T8905-1996六氟化硫电气设备中气体管理和检查导则
GB/T16935.1-2008低压系统内设备的绝缘配合第1部分:
原理、要求和试验
GB/T22381-2008额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备与充流体及挤包绝缘电力电缆的连接充流体及干式电缆终端
GB/T22382-2008额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备与电力变压器之间的直接连接
DL/T402-2007交流高压断路器订货技术条件
DL/T486-2000交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件
DL/T555气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则
DL/T593-2006高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求
DL/T617-2010气体绝缘金属封闭开关设备技术条件
DL/T618气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程
DL/T728-2000气体绝缘金属封闭开关设备订货技术导则
DL/T978-2005气体绝缘金属封闭输电线路技术条件
Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程
QCSG11401-2010气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)局部放电特高频检测技术规范
变电设备状态监测和带电测试配置原则
本技术规范执行期间,新颁布的国家标准和行业标准(不含上述引用文件中未注明日期的标准的修订版)均不适用于本规范。
然而,鼓励根据本规范研究是否可使用这些文件的最新版本。
”
3术语和定义
GB7674-2008第三章的术语和定义适用于本规范。
4使用条件
除非另有规定,GIS及其操动机构和辅助设备,要在本条列出的使用条件下使用。
如果实际使用条件不同于本条使用条件,制造厂应尽可能按用户提出的特殊要求设计产品,或者应与用户达成适当的协议。
4.1正常使用条件
4.1.1周围空气温度
年最高温度不超过40℃,最热月的日平均温度不超过35℃。
年最低温度不低于-10℃。
4.1.2环境相对湿度(在25℃时)
日相对湿度平均值不大于95%;
月相对湿度平均值不大于90%。
应考虑凝露对设备的影响。
4.1.3太阳辐射强度
户内GIS的阳光辐射强度可以忽略;户外GIS应考虑阳光辐射强度的影响,晴天中午的辐射强度为1000W/m2。
4.1.4海拔高度
适用于设备的外绝缘,绝缘水平的设计规定海拔高度不超过1000m。
4.1.5污秽
对于III级以下污秽等级的地区统一按III级防污选取设备的爬电比距。
III级及以上污秽等级的地区统一按IV级防污选取设备的爬电比距。
III级外绝缘爬电比距规定为:
相对地:
不小于25mm/kV。
4.1.6覆冰厚度
不超过10mm。
4.1.7降雨量
年最大:
2600mm
日最大:
300mm
4.1.8风速
正常使用条件:
不超过34m/s(相应于圆柱表面上的700Pa)。
4.1.9振动
耐受地震烈度规定为8度:
水平分量 0.25g
垂直分量 0.125g
本设备应能承受用三周正弦波的0.25g水平加速度和0.125g垂直加速度同时施加于支持结构最低部分时,在共振条件下所发生的动态地震应力,并且安全系数应大于1.67。
4.1.10共模电压
由于主回路的开合操作,在辅助和控制回路上所感应的共模电压幅值不超过1.6kV。
4.2特殊使用条件
凡不满足4.1条正常使用条件之外的特殊条件,如环境温度、海拔、污秽等级等应在订货时说明。
4.2.1周围空气温度和湿度
对于酷热气候,应优先选用的年最低和年最高温度的范围规定为:
-25℃~+55℃。
日相对湿度平均值能达到98%。
4.2.2海拔高度
对于使用在海拔高于1000m处的GIS,其外绝缘在标准参考大气条件下的绝缘水平是将适用场所要求的绝缘耐受电压乘以海拔修正系数Ka。
系数Ka可按下式计算:
式中:
H为GIS安装地点的海拔高度,以m为单位。
注1:
在任一海拔处,内绝缘的绝缘特性是相同的,不需采取特别的措施。
关于外绝缘和内绝缘的定义见GB/T311.2。
注2:
对于低压辅助设备和控制设备,海拔低于2000m时,不需采取特别措施。
如用于2000m以上海拔,需采取的措施见GB/T16935.1。
注3:
海拔高度可参照下列要求确定:
a.海拔在1000~2000m范围,设备外绝缘水平按2000m海拔修正;
b.海拔在2000~2500m范围,设备外绝缘水平按2500m海拔修正;
c.海拔在2500~3000m范围,设备外绝缘水平按3000m海拔修正;
d.海拔高于3000m,应考虑实际运行地点的环境,经专题研究后确定。
4.2.3污秽
对于III级污秽地区,考虑到未来调整爬距困难,可按IV级选取设备爬电比距,IV级外绝缘爬电比距规定为:
相对地:
不小于31mm/kV。
4.2.4覆冰厚度
覆冰对20级不超过20mm,对30级不超过30mm。
4.2.5其它参数
设备在其它特殊使用条件下使用时,用户应参照GB/T4796、GB/T4797、GB/T4798的规定提出其环境参数。
5技术要求
5.1技术参数要求
5.1.1额定电压(Ur):
252kV。
★5.1.2额定绝缘水平
GIS的额定绝缘水平见表1。
表1中的耐受电压适用于GB311.1中规定的标准参考大气条件(温度、压力、湿度)。
额定绝缘水平用相对地额定雷电冲击耐受电压来表示。
表1220kVGIS的额定绝缘水平
额定电压UrkV(有效值)
额定短时工频耐受电压Ud
kV(有效值)
额定雷电冲击耐受电压Up
kV(峰值)
相对地
及相间
开关断口及
隔离断口
相对地及相间
开关断口及隔离断口
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
252
460
460(+145)
1050
1050(+200)
注1:
本表项(3)括号内的数值为1.0Ur/,是加在对侧端子上的工频电压有效值;项(5)中括号内的数值为1.0Ur,是加在对侧端子上的工频电压峰值。
注2:
项
(2)中的值适用于:
——对于型式试验,相对地和相间
——对于出厂试验,相对地、相间和开关装置断口间。
5.1.3额定频率(fr):
50Hz。
5.1.4额定电流与温升
5.1.4.1额定电流(Ir)
GIS的额定电流是在规定的使用和性能条件下能持续通过的电流的有效值。
本技术规范优先从下列数值中选取:
2500A、3150A、4000A、5000A。
注:
GIS的主回路(例如母线、馈电回路等)可具有不同的额定电流值。
5.1.4.2温升
在温升试验规定的条件下,当周围空气温度不超过40℃时,GIS设备任何部分的温升不应该超过DL/T593中表3规定的温升极限。
对运行人员易接触的外壳,其温升不应超过30K;对运行人员易接近,但正常操作时不需接触的外壳,其温升不超过40K;对运行人员不接触的部位,允许温升可提高到65K,但应保证周围绝缘材料不致损坏并需做出明显高温标记。
★5.1.5额定短时耐受电流(Ik)
在规定的使用和性能条件下,在规定的短时间内,GIS在合闸状态下能够承载的电流的有效值。
GIS额定短时耐受电流等于其额定短路开断电流。
优先从下列数值中选取40kA、50kA。
★5.1.6额定短路持续时间(tk)
GIS在合闸状态下能够承载额定短时耐受电流的时间间隔。
220kVGIS的额定短路持续时间规定为3s。
5.1.7额定峰值耐受电流(Ip)
在规定的使用和性能条件下,GIS在合闸状态下能够承载的额定短时耐受电流的第一个大半波的电流峰值。
额定峰值耐受电流等于额定短路关合电流。
优先从下列数值中选取100kA、125kA。
注:
在某些使用条件下,系统特性决定的直流时间系数可能比45ms大,对于特殊系统其值一般为60ms、75ms和120ms,这取决于系统的额定电压。
在这些情况下,额定峰值耐受电流建议选用2.7倍额定短时耐受电流。
5.1.8合闸和分闸装置及辅助和控制回路的额定电源电压(Ua)
合闸和分闸装置及其辅助和控制回路的额定电源电压应该理解为:
当设备操作时在其回路的端子上测得的电压。
如果需要,还包括制造厂提供或要求的与回路串联的辅助电阻或元件,但不包括连接到电源的导线。
额定电源电压值应从表2和表3给出的标准值中选取。
表2直流电压
直流电压V
110
220
表3交流电压
三相三线或四线制系统V
单相三线制系统V
单相二线制系统V
――
220/380
230/400
220
――
――
――
220
230
1第一栏中的较低值是对中性点的电压,较高值是相间电压。
第二栏较低值是对中性点的电压,较高值是线间电压;
2230/400V将是唯一的标准值,并推荐在新的系统中采用。
3保护和测量用互感器的二次电压不受本标准的约束。
5.1.9合闸和分闸装置及辅助和控制回路的额定电源频率
额定电源频率的标准值为交流50Hz或直流。
5.1.10最大允许局部放电量(1.2倍额定相电压下)
每个间隔局部放电量不应超过5pC。
上述规定值适用于独立的元件以及包含这些元件的分装。
但是,某些设备,例如液体、浸入或固体绝缘的电压互感器,按照它们相关的标准具有可接受的局部放电量高于5pC。
如果局部放电量不超过10pC,所有包含允许局部放电量高于5pC的元件的分装应认为是可接受的。
这样的元件应单独试验且不应放在进行试验的分装内。
盆式绝缘子、绝缘拉杆等绝缘件最大允许局部放电量应小于3pC。
5.1.11GIS各组成元件额定值
5.1.11.1断路器
a)★断路器时间参量与额定操作顺序
额定操作顺序为O-0.3s-CO-180s-CO
开断时间、合-分时间和分、合闸时间上下限依产品技术条件规定。
分闸不同期性:
相间小于3ms。
合闸不同期性:
相间小于5ms。
b)★开断能力参数:
按DL/T402要求执行。
额定短路开断电流:
优先从下列数值中选取:
40kA、50kA;
近区故障开断额定参数(包括90%、75%和60%);
额定线路充电开断电流(应无重燃):
125A;
额定失步关合和开断电流:
额定失步开断电流为额定短路开断电流的25%。
额定失步关合电流应为额定失步开断电流的峰值。
此时的工频恢复电压,应为2.0×252/kV;
额定电缆充电开断电流:
250A;
额定短路开断电流开断次数应不小于20次。
c)★机械稳定性次数5000次。
d)主回路电阻值:
依产品技术条件规定。
e)无线电干扰电压:
在1.1×252/kV电压下,小于500μV。
f)操动机构:
型式分液压(液压弹簧)、弹簧等。
制造厂应提供正常、最高、最低工作压力及24h压缩机或油泵最大启动次数(一般不超过2次)和不启动压缩机或油泵情况下的允许操作次数。
要求在压力降到自动重合闸闭锁压力前,还能连续进行2次CO或O-0.3s-CO操作顺序。
分、合闸线圈应包括工作电压、频率、直流电阻值和稳态电流。
分闸线圈应为2只。
g)操动机构的防护等级:
一般应达IP5X(见GB4208)。
5.1.11.2隔离开关
a)时间参数:
分、合闸时间和分、合闸速度由依产品技术条件规定。
b)开断性能。
开断母线转移电流能力:
为其额定电流的80%,但不超过1600A。
开断容性电流能力:
220kV超过0.5A,由使用部门提出要求。
开断感性电流能力:
220kV超过0.5A,由使用部门提出要求。
当断路器分闸状态时,隔离开关操作,不应因断路器断口间电容而产生危及变压器端部绝缘的特高频过电压(VFTO)。
c)机械稳定性次数:
5000次。
d)操动机构:
型式为电动,三相操作。
5.1.11.3快速接地开关
a)时间参数:
分、合闸时间上、下限依产品技术条件规定;合闸时间应不超过0.1s;分、合闸速度能保证其开断及关合性能。
b)开断和关合能力。
额定关合短路电流应与断路器一致,关合次数为2次。
开、合感应电流按设计具体要求从下表中选取:
表4快速接地开关的额定感应电流和额定感应电压
额定电压
Ur/kV
电磁耦合
静电耦合
额定感应电流
A(有效值)
额定感应电压
kV(有效值)
额定感应电流
A(有效值)
额定感应电压
kV(有效值)
类别
类别
类别
类别
A
B
A
B
A
B
A
B
252
80
160
1.4
15
1.25
10
5
15
注1:
A类接地开关:
用于耦合弱或比较短的平行线路;B类接地开关:
用于耦合强或比较长的平行线路。
注2:
额定开合感应电流按设计具体要求选用。
c)机械稳定性次数:
3000次。
d)操动机构:
型式为电动弹簧。
5.1.11.4检修接地开关
检修接地开关应与隔离开关的动热稳定电流应相等,机械稳定性次数为5000次。
操动机构:
型式为电动。
5.1.11.5电流互感器
按GB1208要求。
a)额定二次电流:
从1A和5A中选取。
b)额定输出容量:
分测量级(含计量级)、保护级。
c)标准准确级:
计量准确级为0.2S级,测量准确级为0.5S级,仪表保安系数小于5。
d)保护用绕组和TPY型短路电流倍数Kssc和暂态磁通倍数Kf,由用户提出要求。
一般在一次通过故障电流0.04s内,二次暂态误差不应超过7.5%,短路电流倍数应尽量满足系数额定短路开断电流值。
e)CT配置:
见附录C、附录D。
5.1.11.6电压互感器
按GB1207要求。
a)额定电压:
220/kV。
b)额定二次电压:
一般为100/V(测量,保护级);当辅助绕组接法时为100V。
c)额定输出容量:
应分别给出测量用绕组、保护用绕组和辅助绕组的额定输出容量。
d)准确级:
测量级一般为0.2级和0.5级,保护级为3P级。
e)当三相一次绕组施加三相平衡电压时,辅助绕组开口三角的剩余电压不得大于1.0V。
f)额定过电压倍数:
1.2最高运行电压下连续,1.5最高运行电压下允许30s。
g)应防止一次回路放电对二次绕组和二次回路产生影响。
h)局部放电:
在1.2倍最高运行电压下不大于10pC。
i)PT配置:
见附录C、附录D。
5.1.11.7避雷器
a)额定电压、持续运行电压:
从GB11032表6中选取。
b)冲击残压:
在标称放电电流10kA下给出陡波冲击电流残压(1/5μs)、雷电冲击电流残压(8/20μs)和操作冲击电流残压(30/60μs),其峰值不大于GB11032表6的规定。
c)冲击通流容量:
100kA,4/10μs应能冲击2次。
d)长持续时间冲击电流耐受能力:
应规定线路冲击阻抗,峰值持续时间,充电电压及次数,符合GB11032中8.4的规定。
e)直流1mA参考电压:
其值不应小于GB11032表6的规定。
f)金属氧化物元件最小总能量吸收能力(kJ/kV)由制造厂提供。
g)压力释放额定电流(有效值):
大电流50kA,小电流800A。
h)长线释放等级由制造厂提供。
5.1.11.8母线
a)导体的电感、电容、电阻及波阻抗由制造厂提供。
b)外壳电阻由制造厂提供。
c)母线的导体和外壳的电能损耗(W/m)由制造厂提供。
5.1.11.9绝缘子
a)1.2倍额定相电压下局部放电量应不大于3pC。
b)盆式绝缘子破坏压力与其运行压力之比,即安全系数大于4.5。
c)1.1倍额定相电压下,最大电场强度不大于1.5kV/mm。
5.1.11.10SF6/空气套管
a)最大工作荷载时的安全系数应大于2.5。
b)在1.2倍额定相电压下不大于5pC。
5.1.11.11以上各组成元件未作规定部分参照各自的技术规范。
5.1.12使用寿命
设备应保证使用寿命不小于30年(电子元器件、密封胶圈除外,一般要求不小于20年)。
5.2设计和结构要求
5.2.1GIS的组成
220kVGIS组成包括:
1)GIS本体(包括架空进出线套管等);
2)GIS底架、支架、爬梯、平台等及安装所需紧固件和接地铜排等;
3)操动机构及其辅助设备;
4)所有SF6气体管路及SF6气体(按全部间隔用气量另加适量安装损耗气量);
5)汇控柜到各机构箱、分控柜之间的连接电缆、管线及管道;
6)备品备件及专用工器具等。
5.2.2机械结构要求
5.2.2.1GIS的型式
220kVGIS的型式主要包括:
a)全单相式结构(单相一壳);
b)主母线三相共箱,断路器和分支母线单相式结构;
c)主母线和分支母线三相共箱,断路器单相式结构;
d)主母线、断路器和分支母线单相式结构。
GIS断路器应设计为单断口。
主母线采用盆式绝缘子划分恰当的隔室并有伸缩式连接装置,以满足GIS现场安装﹑定期维护﹑后续扩建和故障处理等要求。
5.2.2.2支持结构
220kVGIS设备的钢支架之间以及钢支架与设备之间联接采用螺栓固定。
当全单相式结构(单相一壳)时,钢支架与固定金具不能形成闭合磁路。
支架高度应满足规定要求,以使出线套管的均压环至混凝土基础不低于4.3m。
地脚螺栓应能使架构可靠地固定在基础上。
GIS按运输拼装单元设置独立的支撑底架,并设置和标明起吊部位。
在运输中需要拆除的部位,必要时应增设运输临时支撑。
GIS的支撑底架结构为固定不可调整式,制造厂在出厂前应予调整使符合现场安装要求,在现场安装时不得再用垫块调整。
电缆终端支撑底架应满足电缆现场施工的方便及电缆的固定。
GIS的所有支撑不得妨碍正常维修巡视通道的畅通。
沿母线方向每隔约20m应设置永久性的高层平台及扶梯,便于操作、巡视及维修。
5.2.2.3设备的接线板
GIS应配备铝合金平板式的接线板,以满足每一设备或自身回路额定电流,并提供不锈钢螺栓、螺帽及防松垫圈。
推荐的接线板尺寸及钻孔位置如图1所示,但不限于此。
图1推荐的接线板外观
接线板应设计为防电晕式,并应能承受产品技术条件规定的机械强度要求。
接线板的接触电流密度按DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》计算:
铝≤0.0936A/mm2。
5.2.2.4荷载承受能力
a)接线板
GIS接线板上的允许荷载不应小于下列数值,且静态安全系数不应小于3.5。
水平纵向2000N
水平横向1500N
垂直方向1500N
接线板的耐受弯矩应不小于400N·m。
b)综合荷载承受能力
GIS接线板应具有承受连续及短时的综合荷载的能力。
——连续综合荷载
包括施加在GIS接线板上的水平纵向荷载、水平横向荷载、垂直荷载、设备最大风荷载和设备自重等荷载组合。
在此连续综合荷载下,设备的安全系数不应小于2.5。
——短时综合荷载
包括施加在GIS接线板上的水平纵向荷载、水平横向荷载、垂直荷载、设备最大风荷载的25%、和设备地震动态荷载及设备自重等荷载组合。
在此连续短时综合荷载下,设备的安全系数应不小于1.67。
5.2.3SF6气体系统的要求
5.2.3.1新SF6气体的质量要求
制造厂应明确规定GIS中气体质量和密度,并为用
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