GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.1.1 组织机构 1

1.1.2 专家 2

1.1.3 指南内容 3

1.1.4 指南及讨论小组 3

1.2 术语和定义 4

1.2.1 GIS 4

1.2.2 金属封闭开关设备和控制设备 5

1.2.3 气体绝缘金属封闭开关设备 5

1.2.4 气体绝缘开关设备的外壳 5

1.2.5 GIS气室 5

1.2.6 外壳的设计压力 6

1.2.7 气体监测系统 6

1.2.8 绝对漏气率 6

1.2.9 相对漏气率 6

1.2.10 通气隔板 6

1.2.11 气体区 6

1.2.12 汇控柜 6

1.2.13 支持绝缘子 6

1.2.14 隔板 6

1.2.15 传动装置 7

1.2.16 外壳的设计压力 7

1.2.17 隔板的设计压力 7

1.2.18 压力释放装置的动作压力 7

1.2.19 外壳和隔板的例行试验压力 7

1.2.20 外壳和隔板的型式试验压力 7

1.2.21 额定充入压力pre 7

1.2.22 套管 7

1.2.23 主回路 7

1.2.24 辅助回路 8

1.2.25 外壳的设计温度 8

1.2.26 使用周期 8

1.2.27 运输单元 8

1.2.28 混合技术开关设备 8

1.3 标准和参考 8

1.3.1 标准 8

1.3.2 目前与GIS有关的大部分标准 9

1.4 额定值 12

1.4.1 简介 12

1.4.2 额定电压 13

1.4.3 额定绝缘水平 14

1.4.4 额定工频 14

1.4.5 额定持续电流 14

1.4.6 额定短时耐受电流 15

1.4.7 额定峰值耐受电流 15

1.4.8 辅助回路和控制回路的额定电压 16

第2章 基本信息 17

2.1 历史 17

2.1.1 简介 17

2.1.2 发展阶段 17

2.2 GIS物理特性 31

2.2.1 电场 31

2.2.2 气体击穿 32

2.2.3 激发与电离 32

2.2.4 自由电子 33

2.2.5 平均自由程 33

2.2.6 电子／气体分子碰撞 33

2.2.7 击穿 33

2.2.8 SF6 34

2.2.9 GIS内部电场控制 35

2.2.10 GIS断路器 36

2.3 可靠性和有效性 36

2.3.1 简介 36

2.3.2 历史回顾 37

2.3.3 CIGRE调查 38

2.3.4 GIS与AIS的可靠性 43

2.4 设计 45

2.4.1 简介 45

2.4.2 SF6气体 45

2.4.3 外壳 46

2.4.4 原理 47

2.4.5 操作 47

2.5 安全 47

2.5.1 简介 47

2.5.2 设计和安装要求 48

2.5.3 建筑要求 51

2.5.4 接地要求 52

2.5.5 外壳烧穿 52

2.5.6 在高压绝缘子后工作的要求 53

2.5.7 建筑物内释放SF6气体 53

2.6 接地和连接 53

2.6.1 简介 53

2.6.2 GIS与AIS的接地 54

2.6.3 GIS外壳电流 54

2.6.4 GIS接地的一般规则 55

2.6.5 极快速瞬态 56

2.6.6 GIS接地连接细节 56

2.7 选择GIS的因素 58

2.7.1 简介 58

2.7.2 影响因素 58

2.7.3 电力系统 61

2.7.4 环境 61

2.7.5 经济学 61

2.7.6 小结 61

2.8 SF6 62

2.8.1 什么是SF6 62

2.8.2 背景信息 64

2.8.3 SF6制造商和用户 72

2.8.4 SF6气体处理 74

2.8.5 气体处理设备 85

2.8.6 寿命周期评估案例研究：维尔茨堡 89

2.8.7 京都议定书 92

2.8.8 SF6的使用要求 93

参考文献 94

第3章 技术 96

3.1 简介 96

3.1.1 材料 96

3.1.2 钢 97

3.1.3 铝 97

3.2 模块化组件、设计和研发过程 98

3.2.1 模块化设计 98

3.2.2 设计特点 107

3.2.3 设计过程 108

3.3 生产 110

3.3.1 简介 110

3.3.2 GIS工厂 111

3.3.3 绝缘部件 112

3.3.4 操作杆和管 113

3.3.5 筒体的加工 114

3.3.6 清洗和脱脂 114

3.3.7 压力和气密性试验 115

3.3.8 外壳喷漆 116

3.3.9 功能单元预装 116

3.3.10 总装 117

3.3.11 质量保证 118

3.3.12 区域制造业 118

3.4 规范发展 118

3.4.1 简介 118

3.4.2 规范文件 119

3.5 互感器设备 144

3.5.1 电流互感器 144

3.5.2 电压互感器 144

3.5.3 CT和VT的瞬态过电压 146

3.6 交界面 146

3.6.1 电力变压器与GIS直接连接 146

3.6.2 用于额定电压52kV以上的GIS的电缆连接 151

3.6.3 套管 153

3.7 气体绝缘避雷器 155

3.8 气体绝缘母线 156

3.8.1 简介 156

3.8.2 三相绝缘母线管道 156

3.8.3 单相绝缘母线管道 157

3.8.4 母线管道连接架空线路 158

3.8.5 连接断路器的母线管道 158

3.8.6 连接变压器的母线管道 159

3.8.7 连接到电缆的母线管道 159

3.8.8 架空线下穿过的母线管道 160

3.8.9 地上母线管道 160

3.8.10 布置在沟道中的母线管道 162

3.8.11 布置在隧道中的母线管道 163

3.8.12 直接掩埋母线管道 165

3.8.13 现场装运 166

3.8.14 现场组装 166

参考文献 167

第4章 控制与监测 168

4.1 简介 168

4.2 GIS监测 168

4.2.1 气体监测 169

4.2.2 局部放电 170

4.2.3 局部放电监测策略 174

4.2.4 断路器监测 175

4.2.5 其他监测 176

4.3 汇控柜 176

4.3.1 简介 176

4.3.2 间隔控制器 178

4.3.3 控制方案 179

4.4 数字通信 180

4.4.1 简介 180

4.4.2 基本的数字通信标准 181

4.4.3 开关设备通信标准 184

4.4.4 引用标准 189

4.4.5 类别 190

参考文献 191

第5章 试验 194

5.1 简介 194

5.2 型式试验 194

5.2.1 绝缘试验 195

5.2.2 主回路电阻测量 195

5.2.3 温升试验 196

5.2.4 短时耐受电流和峰值耐受电流试验 196

5.2.5 密封性试验 196

5.2.6 低温和高温试验 197

5.2.7 外壳强度试验 198

5.2.8 断路器设计试验 199

5.2.9 操作和机械寿命试验 199

5.3 例行试验 199

5.3.1 绝缘试验 199

5.3.2 主回路电阻测量 200

5.3.3 密封性试验 200

5.3.4 外壳压力试验 200

5.3.5 机械操作试验 201

5.3.6 辅助和控制回路试验 201

5.3.7 隔板的压力试验 201

5.4 现场试验 201

5.4.1 气体泄漏和气体质量（水分、纯度、密度） 202

5.4.2 电气试验：接触电阻 202

5.4.3 电气试验：交流电压耐受试验 202

5.4.4 电气试验：交流电压耐受试验的要求和条件 203

5.4.5 电气试验：交流电压耐受试验的结构和应用 203

5.4.6 电气试验：直流电压耐受试验 203

5.4.7 力学、电气性能和操作试验 203

5.4.8 连接GIS与电力系统 204

参考文献 204

第6章 安装 205

6.1 简介 205

6.2 安装 205

6.2.1 介绍 205

6.2.2 安全注意事项和装配技巧 206

6.2.3 项目总体规划大纲 206

6.2.4 后期GIS扩建注意事项 207

6.2.5 先期规划和初步现场评估 207

6.2.6 培训 213

6.2.7 材料接收和控制 214

6.2.8 安装／装配说明 216

6.2.9 GIS试验 225

6.2.10 调试、送电和停运计划 231

6.2.11 维护和交接文件 232

6.3 送电：接入电网 232

6.3.1 电网连接注意事项（长期规划） 232

6.3.2 GIS的接地系统 233

6.3.3 气体区 233

6.3.4 操作注意事项 233

第7章 运行与维护 234

7.1 简介 234

7.2 GIS的操作 235

7.2.1 介绍 235

7.2.2 断路器 235

7.2.3 隔离开关 235

7.2.4 检修接地开关 238

7.2.5 快速接地开关 238

7.2.6 三工位隔离／接地开关 239

7.2.7 开关观察窗 239

7.2.8 气室和气体区 241

7.2.9 联锁 241

7.2.10 汇控柜 243

7.2.11 报警 245

7.2.12 GIS操作 246

7.2.13 结论 248

7.3 维护 248

7.3.1 介绍 248

7.3.2 一般维护步骤 248

7.4 SF6气体泄漏应对措施 249

7.5 维修 251

7.5.1 故障特征及故障源 251

7.5.2 维修时间和运行时间 251

7.5.3 维修实例 252

7.6 扩建 252

7.6.1 介绍 252

7.6.2 电站初始设计阶段考虑扩建计划时需进行的工作 253

7.6.3 电站初始设计阶段无扩建计划时需进行的工作 254

7.6.4 扩建作业中的运行时间 254

7.6.5 对接口试验 255

7.7 GIS改造或升级 255

7.7.1 介绍 255

7.7.2 早期GIS的问题 256

7.7.3 改造或升级 256

7.8 过载与温升极限 259

7.8.1 介绍 259

7.8.2 额定持续电流的设计 260

7.8.3 极限值确定 261

7.8.4 连续负荷电流的极限值 261

7.8.5 短时过载能力 262

7.8.6 过载计算方程／公式 262

第8章 应用 264

8.1 简介 264

8.2 典型GIS布局 264

8.2.1 单母线结构 264

8.2.2 双母线结构 265

8.2.3 环形结构 265

8.2.4 H形结构 266

8.2.5 一倍半接线布置 267

8.3 工程应用 267

8.3.1 500kV户内GIS和115kV AIS 267

8.3.2 115kV GIS变电站 270

8.3.3 345kV 4000A户内环形母线GIS 275

8.3.4 69kV 3150A的户内双母线GIS 277

8.3.5 115kV 1200A集装箱式环形母线GIS 281

8.3.6 115kV 2000A的户外单母线GIS 284

8.3.7 345kV 4000A户内一倍半接线GIS 285

8.3.8 115kV、3150A户内环形母线GIS 287

8.3.9 69kV、2000A户内环形母线GIS 290

8.3.10 138kV和230kV户外环形母线GIS 293

8.3.11 500kV、4000A/8000A户内断路器及1/3接线GIS 296

8.3.12 69kV、1600A户外单母线GIS 299

8.3.13 69kV、2000A地下GIS 301

8.3.14 严酷环境下的69kV GIS 303

8.4 GIS案例研究 305

8.4.1 公共服务电力和天然气公司——新泽西 305

8.5 移动GIS 310

8.5.1 普通移动GIS 310

8.5.2 集装箱式GIS 310

8.5.3 车载式GIS 311

8.6 混合技术断路器 316

8.6.1 简介 316

8.6.2 混合技术开关设备的定义 317

8.6.3 MTS的设计及应用 318

8.6.4 MTS应用实例 320

8.6.5 小结 322

8.7 发展趋势 323

8.7.1 减小尺寸 323

8.7.2 简化设计 323

8.7.3 寿命周期成本评价 324

8.7.4 功能规范 324

8.7.5 GIS的智能化 324

8.7.6 集成电子器件 325

8.7.7 罗氏线圈 325

8.7.8 电容分压器 326

参考文献 327

第9章 其他主题 328

9.1 简介 328

9.2 环境 328

9.2.1 环境寿命周期评估 328

9.2.2 GIS环境影响 332

9.2.3 环境影响 336

9.3 寿命周期成本分析 339

9.3.1 介绍 339

9.3.2 适用范围 339

9.3.3 协调 340

9.3.4 方法 340

9.3.5 程序 342

9.3.6 最终的LCCA 343

9.3.7 可靠性、可用性、故障率和成本 346

9.4 绝缘配合研究 347

9.4.1 介绍 347

9.4.2 过电压 347

9.4.3 接地 350

9.5 极快速瞬态 350

9.5.1 介绍 350

9.5.2 GIS中的VFT 350

9.5.3 外壳瞬态电压 355

9.6 项目范围确定 359

9.6.1 工程计划 359

9.6.2 GIS项目施工及安装规划 361

9.6.3 现场准备 362

9.6.4 新GIS安装 362

9.6.5 GIS附件的安装 363

9.6.6 GIS设备通道 363

9.7 GIS及设备风险资产管理 363

9.7.1 介绍 363

9.7.2 范围 363

9.7.3 方法 364

9.7.4 评估风险 368

9.8 健康和安全影响 372

9.8.1 介绍 372

9.8.2 燃烧危险 372

9.8.3 呼吸有毒气体的危险 372

9.8.4 接触有毒物质的风险 372

9.8.5 触电危险 373

9.9 电磁场 373

9.9.1 介绍 373

9.9.2 操作中的电场 373

9.9.3 短路时的电场 373

9.9.4 操作中的磁场 373

9.9.5 短路时的磁场 374

9.10 SF6分解副产物 374

9.10.1 介绍 374

9.10.2 副产物及其毒性 374

9.10.3 对工人保护的影响 375

9.10.4 气体分析 376

参考文献 376

第10章 结论 378

附录 扩展阅读 379