GIS設備在電力系統中的應用及狀態檢修

代文章 陳海東 王松波

（寧夏石嘴山供電局，寧夏 石嘴山 753000）

隨著經濟的高速發展，電力負荷急劇增長，電力用戶對電網的運行可靠性和供電質量的要求越來越高。然而由于線路通道和土地資源緊張，新建電源點比較困難。因此能夠有效解決以上問題的新型GΙS設備以其獨特的優勢在電網中得到普遍的應用[1-3]。

本文首先簡要比較了GΙS 成套設備與常規電氣設備的優點和缺點。同時分別從GΙS 設備主接線選擇、GΙS 成套設備室的通風設計、GΙS 成套設備室的土建設計和GΙS 成套設備的常見故障分析四個方面介紹了GΙS 設備在電力系統中的應用。最后簡要的論述了GΙS 設備狀態檢修的好處和GΙS 設備狀態檢修的常用方法。

1 GIS 設備的特點

GΙS 設備是氣體絕緣全封閉組合開關電器的高壓電器集合設備，以氣體SF6為絕緣介質，將快速接地開關、隔離開關、斷路器、電壓電壓互感器、母線、避雷器、電纜終端和進出線套管通過一定的方式組合成成套系統，通過液壓/氣動、彈簧機構操動等控制GΙS 設備斷路器的開關與閉合[4]。

相當于傳統的電氣設備，GΙS 成套設備具有下述的有點和缺點[4-5]。

1.1 GIS 成套設備的優點

1）GΙS 成套設備體積小，占地面積少。通常情況下220kV 電壓等級GΙS 成套設備占用地面積是常規設備的40%左右，110kV 及其以下電壓等級GΙS成套設備占地面積大概是普通設備的50%左右。因此，相對與傳統的電氣設備，使用GΙS 設備能大大節約用地，減少設備總體的投資費用。

2）GΙS 成套設備的可靠性較高，受周圍環境的影響較小。由于GΙS 設備內采用SF6氣體作為絕緣氣體，同時設備中的器件是全封閉的，設備中的元件與室外的煙霧、潮濕等環境隔離開來，受他們的影響非常小。同時由于成套設備外殼的存在，能屏蔽設備外輻射、電場干擾對內部元件的影響。此外，GΙS 成套設備運行過程中產生的噪聲也被外殼屏蔽了，噪聲污染小。

3）GΙS 成套設備防火性能好、安全可靠性高。SF6氣體絕緣性質本身不燃燒，防火性能高。同時SF6氣體具有優異的滅弧性能，運行的可靠性高，檢修的周期較長。

4）GΙS 成套設備的施工周期短。GΙS 成套設備的各個器件通用性強，器件的組裝在生產車間完成，同時所有期間的組裝在一個運輸單元中，因此可以直接運輸到施工現場安裝，現場工作量比常規設備大大減少。

1.2 GIS 成套設備的缺點

1）GΙS 成套設備的期間封閉在密閉的金屬箱內，一旦金屬箱內元件發生故障，由于故障在金屬箱內，故障很難被及時發現，并且故障的定位也非常困難。

2）GΙS 成套設備內的器件結構比較緊湊，當某一個器件發生故障時，容易使相鄰或者其他器件發生故障，造成故障范圍擴大，進一步惡化設備的健康狀態。

3）GΙS 成套設備是由斷路器、隔離開關等一系列期間在生產車間組裝的，對于運行人員來說，GΙS成套設備結構比較復雜，不易拆卸，發生故障之后，故障的定位比較困難，而且檢修需要的時間比較長。

2 GIS 設備在電力系統中的應用

2.1 GIS 設備主接線選擇

為了保證GΙS 成套設備的安裝檢修要求，GΙS成套配電裝置的兩側通常都設有通道。其中一個通道設置在斷路器側，另一個通道設置主要滿足運行巡視要求。GΙS 成套設備的主接線通常采用單母分段接線形式和雙目分段接線形式，避免GΙS 成套設備因局部故障造成母線全停，擴大故障范圍。

目前，110kV、220kV 變電站含有4 回饋線時，GΙS成套設備的主接線形式主要采用單母線分段形式，這種主接線形式具有簡單、經濟和方便的特點。當110kV、220kV 變電站含有6 回及其以上饋線時，主接線方式為雙目分段接線，這種接線方式便于母線的檢修，同時具有調度方便、擴建鄰國和便于實驗的特點。

2.2 GIS 成套設備室的通風設計

根據相關標準規定，GΙS 成套設備室的SF6的體積分數V≤1000mL/m3，空氣中的含氧量≥18%，這兩個標準要求GΙS 成套設備室必須要裝有相應的通風設備。通風設備的通風體積為GΙS 成套設備空間體積的3～5 倍。

根據對GΙS 成套設備室發熱通風的標準要求，出風口通常選擇在設備室的頂部。但是考慮到SF6氣體的密度比空氣密度大4 倍，SF6氣體通常分布在GΙS 成套設備室的底層，因此出風口布置在設備室的底部，保證在正常情況下對室內進行換氣，同時保證在出風口在成套設備發生故障造成SF6氣體外漏時，能夠及時可靠排除設備室內的SF6氣體。

2.3 GIS 成套設備室的土建設計

GΙS 成套設備室的設計需要考慮一下要求：

（1）通常GΙS 成套設備的母線螺栓連接的垂直誤差≤0.5mm，槽鋼之間的水平誤差≤2mm，以滿足防止SF6氣體泄漏的要求。同時為了兼顧GΙS 成套設備的施工要求，一般情況下在GΙS 成套設備室內預埋地瞄鉤。

（2）GΙS 成套設備在安裝過程中，空氣中的含塵量≤0.1mg/m3，空氣的相對濕度≤70%。為了符合這一要求，GΙS 成套設備室通常不采用石灰墻面，通常盡量減少一些門窗，最大程度的減少灰塵接觸GΙS 成套設備室，保證空氣濕度符合要求。

2.4 GIS 成套設備的常見故障分析

（1）SF6氣體設備漏氣

SF6氣體設備漏氣一般發生在GΙS 成套設備的密封面和閥門連接處。密封面的漏氣大多由于加工工藝或者加工質量問題不合格引起。這種問題通常不是單一環節的故障引起，而是由于多個環節中的問題共同引起。而且這種問題隨著設備的使用年限的增加，其發生概率顯著提高。

針對GΙS 成套設備漏氣問題，采取的處理措施為：①加強對GΙS 成套設備的日常檢查；②對于可能發生漏氣的GΙS 成套設備室，加強對設備室的檢測；③總結設備室漏氣的規律，得到一些設備室漏氣后如設備室氣壓等指標的變化規律，根據這些指標對設備漏氣的初始階段進行判斷，以便盡早的發現故障。

（2）GΙS 成套設備內部放電

由于設備制造工藝和質量等原因，在GΙS 成套設備內部存在懸浮電位，引起設備內部局部的電壓強度變高，進而在設備內部產生電暈放電。此外，GΙS 成套設備中存在的金屬雜質和絕緣子存在的氣泡，都是產生電暈放電的潛在危險因素。

（3）隔離開關操作機構故障

操作機構內部齒輪發生故障，引起隔離開關不能拉開，但是另一側的隔離開關的濾波器仍然在正常工作，導致隔離開關的動觸頭和靜觸頭之間發生電暈發電。

3 GIS 設備狀態檢修

上文第二節提到，GΙS 成套設備與常規電力設備相比，雖然具有體積小和運行安全可靠的特點，但是由于其結構復雜，對質量要求高，一旦GΙS 成套設備內部某個元件故障，就有可能引起其他元件發生故障，進而導致整個GΙS 設備不能正常工作的嚴重故障。因此，GΙS 成套設備的狀態監測與狀態檢修是一項十分迫切和重要的工作。

狀態檢修是采用傳感器和測量手段對反映GΙS運行狀態的物理量和化學量進行檢測。根據這些監測量判斷設備的運行狀態、健康狀態，并且初步判斷設備的可能故障。在此基礎上制定GΙS 成套設備的檢修計劃和檢修項目[6-8]。

3.1 GIS 成套設備狀態檢修的優點

傳統的GΙS 成套設備的檢修存在許多缺點，如檢修工作頻繁，檢修工作安排不當可能造成設備的強迫停運，打亂電網的正常安全穩定運行；存在維修工作不足造成局部的故障不能完全排除或者維修過剩造成故障的進一步惡化；維修工作比較盲目，存在可能部分的維修是按照經驗制定。由于GΙS 成套設備的狀態檢修是簡歷在設備性能和健康狀態的監測與診斷的基礎上，因此相對于傳統檢修，其具有以下優點[6-8]：

1）GΙS 設備狀態檢修能提高其安全性。由于狀態檢修能夠及時發現設備中存在的潛在故障和危險，指導檢修工作人員及時的安裝檢修工作以排除故障，提高了GΙS 成套設備的運行安全性。

2）GΙS 設備狀態檢修能提高其可用率。狀態檢修避免了檢修工作的頻繁，降低了由于強迫停運的事故檢修的概率和次數，因此提高了GΙS 成套設備的可用率。

3）GΙS 設備狀態檢修減少了其維修時間和費用。

4）GΙS 設備狀態檢修提高了設備的使用年限。

3.2 GIS 成套設備狀態檢修的常用方法

GΙS 成套設備狀態檢修的核心在于及時準確的判斷的設備的健康狀態，因此需要首先研究設備各種運行狀態下的監測信息的狀態判據。目前，GΙS成套設備過渡性狀態檢修常用方法如下[6-8]：

1）單一分析方法。這類方法主要側重對設備某一確定狀態的檢修，如基于油色譜分析、神經網絡和模糊理論的故障狀態檢修方法。

2）基于多狀態信息的綜合分析方法。這類方法主要通過對GΙS 成套設備類的多種物理量和狀態量信息的監測，采用證據理論等方法將多種狀態參數進行綜合，進而判斷設備的狀態信息。

3）基于Ιnternet、Ιntranet 和地理信息系統等計算機技術的實時在線監測的檢修方法。

4 結論

隨著經濟的高速發展，電力負荷急劇增長的同時，對電網的運行可靠性和供電質量的要求越來越高。然而由于線路通道和土地資源緊張，新建電源點比較困難。在此背景下，GΙS 設備以其獨特的優勢在電網中得到普遍的應用。

1）介紹了GΙS 設備的優點和缺點。

2）介紹了GΙS 設備在電力系統中的應用，主要包括GΙS 設備主接線選擇、GΙS 成套設備室的通風設計、GΙS 成套設備室的土建設計和GΙS 成套設備的常見故障分析。

3）介紹了GΙS 設備狀態檢修的好處及GΙS 設備狀態檢修的常用方法。

[1] 劉亞芳.國內外高壓SF6 斷路器運行狀況及維修策略綜述[J].電力設備,2002,3(1):26-29.

[2] 變電運行現場操作技術[S].中國電力出版社.2004

[3] 高壓開關設備管理規范[S].中國電力出版社.2006.

[4] 黎明,黃維樞.SF6氣體及SF6氣體絕緣變電站的運行[M].北京:水利電力出版社,1993.

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