變電站GIS設備安裝過程的控制要素

謝奎

摘 要：變電站GIS設備為全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。GIS的安裝過程本身就是控制GIS運行質量的最后一個關鍵階段。變電站GIS設備安裝過程中的存在三大要素：即清潔度、密封性和真空度。保證清潔度是GIS現場安裝過程中最首要的任務，若在GIS內部有金屬微粒存在導體有劃痕、凸凹不平之處，都將破壞GIS內部的電場結構的性能，使得電場畸變，產生過電壓而擊穿絕緣，而施工現場要保持清潔的工作環境，是保證GIS設備安裝質量的關鍵。密封性是GIS絕緣性能的關鍵，SF6氣體泄露會造成GIS致命的故障，GIS安裝過程中的密封效果主要取決于法蘭盤接口密封圈的安裝調整情況，密封性檢查應貫穿于整個安裝過程中。真空度的要求是控制SF6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也減少了罐內其他物質（絕緣體、密封體等）內所含的水分。

關鍵詞：變電站；GIS設備；施工工藝；控制要素；清潔度；密封度；真空度

經過30多年的研制開發，變電站GIS技術發展很快并迅速被應用于全世界范圍內的電力系統。目前，隨著全球電力系統自身的發展以及對系統運行可靠性要求的日益提高，GIS技術必將持續發展，并將成為本世紀高壓電器的發展主流。

變電站GIS設備為全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。它是由短路器、母線、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，其采用的是絕緣性能和滅弧性能優異的六氟化硫（SF6）氣體作為絕緣和滅弧介質，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中，GIS與傳統敞開式配電裝置相比具有占地面積小、元件全部密封不受環境干擾、運行可靠性高、運行方便、檢修周期長、維護工作量小、運行費用低、無電磁干擾等優點。

GIS將變電站中除變壓器以外的所有一次設備優化設計成一個有機組合的整體，一般為積木式結構。由GIS的結構特點可以看出，GIS的安裝過程本身就是控制GIS運行質量的最后一個關鍵階段。而在變電站GIS設備安裝過程中的存在三大要素：即清潔度、密封性和真空度。

1 清潔度的控制

保證清潔度是GIS現場安裝過程中最首要的任務。若在GIS內部有金屬微粒存在導體有劃痕、凸凹不平之處，都將破壞GIS內部的電場結構的性能，使得電場畸變，產生過電壓而擊穿絕緣。

施工現場要保持清潔的工作環境，是保證GIS設備安裝質量的關鍵。現時GIS安裝現場的場地情況通常較差，為了防止起灰塵，安裝前第一次清潔時應在場地灑水并用水揩凈，在空氣靜止48h后才能開始安裝。安裝人員需更換工作服和鞋才能進入工作區，其他人員未經允許不得進入工作區；有專人負責工作區的吸塵工作；凡工作區與其他區域連通的孔洞須加以封堵，同時保持通風；對交叉施工面應采用塑料布加以隔離等措施，保證工作區符合環境清潔的要求。

GIS元件的金屬表面和絕緣件表面都要進行詳細檢查和清潔，首先檢查表面有無劃痕、凹凸不平之處，若有則用刮刀將凸出之處刮平，然后用5/0號金剛砂布將此處磨光。有劃痕時用5/0金剛砂布仔細磨光，用吸塵器吸去表面金屬粉末，絕不能用吹去和抹掉的方法，因為塵埃、金屬粉末到處飛揚將擴大污染范圍。金屬粉末吸凈后，用清潔的細白布沾無水酒精將表面抹干凈，然后用清潔的塑料薄膜蓋好，安裝時再揭開。金屬或絕緣件表面有油漬（包括內表面）污物，用沾有無水酒精的白細布抹干凈，然后用清潔的塑料薄膜蓋上。清理絕緣件時，工作人員要戴塑料手套以防汗水。清理好的元件不要用手去摸，否則會第二次污染。在打開氣室之前，用吸塵器對安裝區域進行清潔；打開氣室之后，就要清潔GIS部件，清潔所有要安裝的金屬部件和密封面，如法蘭的密封面和“0”型槽、導體連接面、連接體以及保護罩等。注意在清洗時，要選用工業乙醇（99.7%）和不起絨毛的棉布。

作為電極的鋁管在加工過程中難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓實驗中放電的來源，因此要特別注意保證鋁管導體的清潔。對于表面平整度比較差的鋁管電極，可以在安裝前對其做局部放電試驗以檢查殘留的鋁屑和金屬絲。法蘭的連接分密封面和“0”型面連接兩種，當密封面有擦傷或類似損傷的情況，需要用細砂紙磨光擦傷處，然后清潔密封面后才能進行安裝。“O”型面安裝前必須清潔，安裝時將“O”型圈均勻壓入密封槽。安裝拼接過程中要注意密封膠圈不能移位和法蘭面的清潔一定要到位，任何的疏忽都可能導致大量的返工工作。

某些國產GIS產品由于生產制造過程中管理不嚴，出廠時GIS內還殘留有雜物，更增加了確保清潔度的難度，所以必須要嚴格要求，精心施工。

2 密封度的控制

密封性是GIS絕緣性能的關鍵，SF6氣體泄露會造成GIS致命的故障。GIS安裝過程中的密封效果主要取決于法蘭盤接口密封圈的安裝調整情況。

GIS設備的法蘭盤接口都是用密封環密封。首先應檢查法蘭盤的表面有無油漬、污物，有無劃痕、凹凸不平之處，應按前述保持清潔度的方法處理。在法蘭槽的外側，即與空氣接觸的那一側涂上一層密封膠，以防潮氣和污物進入內部。涂密封膠時，不得使其流入密封環內側，防止與SF6氣體接觸。檢查密封環的尺寸是否與密封槽配合，有沒有損傷之處，用過的密封環不得再使用。檢查都符合要求后，用白布沾無水酒精將密封環洗干凈，靠近空氣的那一側密封槽用密封膠涂抹一層。用兩根定位銷對準上、下法蘭螺栓孔插入，然后用吊車徐徐靠攏，一對法蘭將相遇時，用四根法蘭螺栓對稱地插入法蘭孔，用手擰緊螺帽，將其擰平，然后將其余法蘭螺栓插進去，用手擰平螺帽，再用固定扳手收緊，最后用力矩扳手緊固，其力矩值應符合產品技術規定。緊固螺栓時應遵循，左、右、上、下再順序地中心對稱緊固的原則，當擰緊二個及以上螺栓時螺栓不能一次擰緊，應反復多次，依次緊固最后達到規定力矩。如裝有伸縮節，適當調節伸縮節上的螺桿，改變金屬伸縮節兩法蘭間的距離，以滿足安裝的要求，在安裝調整結束后應將法蘭里側的螺母松開。

密封性檢查應貫穿于整個安裝過程中。為了檢查設備氣室的接頭、閥門、表計、法蘭面接口等部位的密封性，發現安裝工藝或密封材料所存在的問題，需要用HALOTECK 檢漏儀對安裝完畢的GIS 進行定性檢漏試驗，設備充氣后，將檢漏儀探頭沿著設備各連接口表面緩慢移動，根據儀器讀數或其聲光報警信號判斷接口的氣體泄露情況。對氣路管道的各連接處必須細致檢查，一般探頭移動速度l0mm/s左右為宜。GIS安裝過程中或安裝結束后，對每個有密封件的地方進行兩次定性檢查。也可以用塑料薄膜包扎檢漏的方法進行檢漏，用SF6氣體檢漏儀檢查所有密封連接部分，通常可采用聚乙烯塑料布局部包扎積累法測定，還要結合經常檢查SF6壓力表讀數來作為密封性的輔助檢查。氣密性積累時間通常取24h較為方便，每個局部包扎倉內經過24小時的積累所測值應小于34ppm（它完全可以滿足年漏氣率小于1%的要求）。

3 真空度的控制

真空度的要求是繼清潔度、密封性之后的第三個控制關鍵，是控制SF6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也減少了罐內其他物質（絕緣體、密封體等）內所含的水分。水分對GIS運行的影響關鍵在于：如果沒有將SF6氣體控制在0℃以下，則在溫度變化時絕緣體表面會形成凝露，所附著的水珠和SF6電弧產物發生反應生成HF等低氟化物，從而導致沿面的絕緣材料和金屬表面劣化。如果將SF6露點的允許值控制在較低值，則在溫度變化時絕緣體表面凝結的不是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響。

氣室在充氣前必須對氣室抽真空。通常情況下，一個模塊為一個獨立的氣室。在模塊拼接后，可以立即對氣室抽真空。氣室真空處理完后，向氣室內充入SF6氣體；抽真空能夠充氣過程可以參考廠家技術標準。抽真空時應認真檢查充氣裝置和真空泵設備狀況，保護設備處于良好工作狀態。關于抽真空的真空度標準、各階段維持時間應參照各廠家GIS出廠說明。一般要求在充入SF6氣體之前真空度要達到133Pa，再繼續抽真空30min。應盡量避免在濕度大于80%氣候條件下進線GIS安裝，無法避免時，為避免水分侵入，抽真空時間應長一些，真空度要求應高一些。

為保證GIS設備安裝質量，安裝完成后需更換干燥的吸附劑，盡快進行抽真空工作。吸附劑是用來吸收SF6氣體中的水分，以及在電弧作用下產生的氣態分解物。GIS組合電器用的吸附劑是合成沸石，是淡棕色的直徑約5毫米的顆粒，吸附劑極容易吸潮，因此安裝在封閉組合電器內的吸附劑一定要經過烘干處理才可裝入，烘干溫度為200℃，烘干時間為12小時，烘干的吸附劑應放在密封干燥的容器內冷卻到室溫后立即裝入封閉式組合電器內。空氣中暴露不得超過10分鐘，如果裝入封閉式組合電器內，又不密封，則超過4小時后應重新處理再放入。

抽真空完成后，充入SF6氣體前，每瓶SF6充注前要經試驗合格后，才能充入GIS。對GIS各氣室充SF6氣體工作，均應確認氣室密封良好后方可進行。充氣完畢，關閉進氣閥門和鋼瓶減壓閥，每次檢查壓力表，指示是否正常，如無異常情況盡快回收充氣膠管里的SF6氣體，并將進氣口閥門關閉，充SF6氣體即告結束。對氣室充SF6氣體壓力表指示值，應根據各氣室額定要求，并對照環境溫度，查表再確定當時應充氣的壓力值，其中還應考慮加上0.2～0.3公斤/厘米2的測試泄漏量，以減小二次充氣的工作。

為了保證GIS一次性成功安裝，安裝技術人員和施工人員要熟悉所安裝GIS的各項技術要求和安裝要求。根據安裝現場實際情況編制好有針對性的施工方案，并對所有施工人員交底。安裝前，要根據施工方案做好各項準備工作，如人員組織安排、機具準備等。只有充分的準備，才能保證安裝的順利進行。

GIS設備安裝質量的好壞，直接影響著GIS設備的正運行和使用壽命。能否在安裝過程中控制好這三大要素是保證變電站GIS設備安裝質量的關鍵。

[參考文獻]

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