GIS 設備無塵化安裝的防塵措施研究

劉金柱，孫 斌，陳怡光，龐孝樂，張 迪，王國瑞

（河南送變電建設有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

隨著電網建設的飛速發展，變電站建設數量越來越多、規模越來越大。氣體絕緣開關（Gas Insulated Switchgear，GIS）設備因占地面積小、可靠性高、安全性強、維護工作量小以及電磁輻射少等優點被廣泛應用于各種電壓等級的變電站。但是，安裝GIS 組件進行現場開蓋、內檢及對接作業時，對環境要求很高，特別是在霧霾污染比較嚴重的地區，必須采用專門的防塵設施，才能保證對接部分的安裝質量。國家電網有限公司對GIS 的無塵化安裝從2015 年前后的特高壓工程開始應用，逐步推廣至500 kV 及以下電壓等級工程。根據《國網基建部關于進一步加強GIS 設備現場安裝質量管控的通知（基建安質〔2020〕46 號）》要求以及國家電網有限公司輸變電工程標準工藝（變電工程電氣分冊）內容加快推進GIS 安裝無塵化、標準化作業，保證GIS 所有開蓋、內檢、連接作業均在防塵要求內，強化GIS 安裝無塵化措施要求[1,2]。

1 變電站中的GIS 設備

1.1 GIS 的概念

GIS 將一座變電站中除變壓器以外的一次設備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器以及電流互感器等，經優化設計有機地組合成一個整體。這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內部充有一定壓力的SF6絕緣氣體。根據安裝地點GIS 設備一般分為室內式和室外式。

1.2 GIS 的特點

（1）小型化。由于GIS 采用絕緣性能卓越的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質，減小了設備空間，縮小了占地面積，從而實現了變電站的小型化。

（2）可靠性較強。由于帶電部分全部密封于惰性SF6氣體空間，增強了GIS 的可靠性。此外，GIS具有優良的抗地震性能。

（3）安全性好。GIS 的帶電部分密封于接地的金屬殼體內，因此沒有觸電危險。同時，SF6氣體為不燃燒氣體，因此無火災危險。此外，帶電部分以金屬殼體封閉，對電磁和靜電實現屏蔽，且噪聲小，抗無線電干擾能力強。

（4）安裝周期短。為實現小型化，可在出廠前進行整機裝配和試驗合格后，以單元或間隔的形式運達現場，從而縮短現場安裝工期。

（5）維護方便，檢修周期長。由于GIS 的結構布局合理，系統先進，延長了產品的使用壽命，檢修周期長，維修工作量小。同時，GIS 為小型化，離地面較近，方便日常維護保養。

1.3 GIS 的安裝

GIS 在安裝和對接過程中，環境問題易導致GIS出現質量問題，從而引起后續GIS 產生放電。在設備投運前進行耐壓試驗時，放電會造成GIS 內部SF6氣體純度降低，產生雜質，造成設備返工，從而影響工期[3]。因此，在GIS 安裝和對接的過程中，要格外注意周圍環境對GIS 安裝的影響。

2 GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統

為了消除環境問題對GIS 安裝的影響，研究設計了GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統對GIS 設備安裝進行管控。該系統細化為8 級防塵措施，用于規范行為，提升GIS 設備安裝標準化，實現安裝環境無塵化[4]。

2.1 一級防塵“隔塵”

在設備基礎外，采用2 m 高隔離圍擋墻把待安裝區域與其他區域整體隔離，設置閘機作為作業進出口（見圖1），除作業人員以外，其他人員禁止進入。

圖1 隔離圍擋墻以及進出口閘機

2.2 二級防塵“抑塵”

采用防塵密目網鋪設GIS 安裝區域內基礎地面，或者在GIS 安裝前與土建單位溝通提前進行硬化（見圖2），防止區域內揚塵。

圖2 地面硬化

2.3 三級防塵“絕塵”

由于不同變電站不同電壓等級的對接母線存在母線筒排列位置和間隔寬窄差異，考慮待安裝設備的尺寸特點、吊車在上方起吊設備等因素，無法做到防塵棚統一。經過大量施工積累，結合特高壓變電站的成熟防塵施工經驗，制作12 000 mm×6 000 mm×4 000 mm 的鋁合金骨架、外罩高透光度塑料布組成的初級防塵棚（見圖3），上方設置吊裝口，便于設備吊裝、就位與轉移。同時，四周設置拉線，對防塵棚進行固定。初級防塵棚同時將3 個220 kV 的GIS間隔整個進行物理隔離，防止粉塵進入對接區域，且初級防塵棚中不進行直接開蓋作業。初級防塵棚成品圖如圖4 所示。

圖3 初級防塵棚外形尺寸

圖4 初級防塵棚成品

2.4 四級防塵“控塵”

因初級防塵棚頂部未完全封閉，還會造成塵土飛入，為進一步隔離粉塵，在初級防塵棚內部，在對接處更小的范圍內安裝小型移動防塵棚（次級防塵棚）進行開蓋作業。次級防塵棚棚內配置除塵空調，利用36 V 的發光二極管（Light Emitting Diode，LED）照明。在安裝前2 h 打開除塵空調，預先進行除塵，通過除塵設備處理、施工人員管控對開蓋環境進一步控制。某些GIS 安裝現場中，GIS 設備分布比較寬松，次級防塵棚空間較為狹窄，無法完全罩住對接面。此時，利用次級防塵棚作為導體清擦室放置在初級防塵棚相鄰位置，用來進行導體清潔。次級防塵棚外形尺寸圖如圖5 所示，次級防塵棚成品如圖6 所示。

圖5 次級防塵棚外形尺寸

圖6 次級防塵棚成品

2.5 五級防塵“降塵”

使用霧炮車不間斷灑水方法防止地面揚塵，如圖7 所示。霧炮車一般放置在隔離圍擋墻外，不間斷對安裝區域周邊進行噴灑降塵。另外，安排專人對周圍不間斷進行人工灑水，降低周圍塵土。

圖7 霧炮車降塵

2.6 六級防塵“阻塵”

在次級防塵棚內對接面安裝過程中，采用透明束口套或者廠家配套相關防護罩，隨時罩住已開口的GIS對接面，阻止微塵進入。廠家配套防護罩如圖8 所示。

圖8 廠家配套防護罩

2.7 七級防塵“監塵”

利用設計的GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統進行全過程管控。該系統主要包含視頻監控系統、環境監控系統、質量管控裝置。視頻監控系統分別在初級、次級防塵棚內裝設高清攝像頭，對防塵棚內GIS 安裝進行全過程監控，規范現場施工作業。在閘機門禁處放置監控顯示器，安全管理人員無須進入防塵棚內，即可對安裝過程監控。環境監控系統可以實時監測施工現場的風力、風向、溫濕度以及顆粒物（Particulate Matter，PM）值，實時監測環境條件是否滿足施工條件。質量管控裝置主要有粉塵度測試儀、氧含量測試儀。準備施工前，觀察環境監控系統，使用測試儀對次級防塵棚內環境進行檢測，要求達到-10 ～40 ℃環境溫度，空氣相對濕度小于80%，潔凈度達到百萬級（粒徑0.5 μm 以上的塵埃數量小于等于3.5×107個/m3），照度管理值大于300 LX，方可施工。當現場條件不滿足的時候，不應進行GIS安裝對接工作。無塵化監控系統如圖9 所示，系統提示環境不滿足GIS 安裝條件如圖10 所示。

圖9 無塵化監控系統

圖10 系統提示環境不滿足GIS 安裝條件

2.8 八級防塵“除塵”

在初級防塵棚入口處設置風淋間（見圖11）。風淋間對進入人員自身除塵，且要求進入防塵棚的GIS 廠家、施工人員必須穿戴連體工作服、帶鞋套，保證自身潔凈，避免造成二次污染。

圖11 風淋間

3 防塵措施的可行性研究

利用文章設計的GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統在河南省滎陽市禹錫（滎南）220 kV輸變電工程中進行GIS 安裝。使用粉塵度測試儀對環境進行了測試，安裝對接位置塵埃度0.5 μm 以上的塵埃數量為9.2×104個/m3，導體清擦棚塵埃度0.5 μm以上的塵埃數量為2.3×105個/m3，安裝區域周邊空曠區塵埃度0.5 μm以上的塵埃數量為4.1×106個/m3，遠遠超過行業標準要求的潔凈度達到百萬級（粒徑0.5 μm 以上的塵埃數量小于等于3.5×107個/m3）[5]。由此表明，文章設計的GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統對于環境粉塵的控制有效，對于變電站內GIS 設備安裝起到了良好的效果。

4 結 論

文章設計的GIS 無塵化施工防塵設施及全過程管控系統的8 級防塵措施能夠對安裝環境、作業人員行為進行實時監測，有效避免GIS 安裝過程中因操作不當或粉塵不達標造成安裝質量不達標的現象。該系統的應用為GIS 無塵化安裝提供有力支撐，為進一步提升GIS 設備安裝質量提供強有力保障，同時該防塵措施受到了鄭州供電公司、焦作供電公司、河南立新監理公司等單位的一致好評。