GIS變電站建設應注意的幾個問題
一、前言
GIS(gas-insulated metal-enclose switchgear)，即氣體絕緣金屬封閉開關設備，又稱“六氟化硫封閉式組合電器"，它是將斷路器、隔離開關、接地開關、快速接地開關、電流互感器、電壓互感器和母線等元件組合并封閉于金屬殼體內,充SF6氣體絕緣組成一種組合式高壓電器。GIS設備具有占地省、安裝維護工作量少、檢修周期長的特點，常規變電站一個110千伏出線間隔寬約8米，采用GIS設備寬約0.8-1米，而且GIS設備電磁輻射小，防污性能好，因此GIS變電站在城市中心區得到越來越廣泛的應用。但GIS設備也存在造價高、故障停電范圍廣、停電時間長、查找故障點困難、不易擴建的不足，針對GIS設備的特點，下面提出建設GIS變電站應重點注意的幾個問題。
二、設計應注意的問題
(一)主接線設計和氣室劃分應充分考慮擴建和故障檢修的靈活性
在設計GIS設備時，一般按主接線將其分為若干個具有完整的供電、送電和其它功能(控制、計量、保護等)的間隔。每個間隔可再劃分為若干氣室或氣隔。每一回路并不是運行在一個氣壓系統中，斷路器因需要滅弧，氣壓較高;母線、隔離開關等只需絕緣，氣壓較低，所以每一個回路中都分成數個獨立的氣體系統，用盆式絕緣子隔開，成為若干個氣隔。分成氣隔后還可以防止事故范圍擴大，并利于各元件分別檢修，也便于更換設備。
多數變電站是分期建設的，由于GIS設備在結構上與常規變電站差別較大，設計時除了考慮主接線還要考慮氣室的劃分，否則下次擴建間隔可能導致全站停電，而且停電時間將長達數天(回收氣體和間隔對接約24小時，回路電阻測試約3小時，抽真空約12小時，靜置24小時，充氣檢漏約8小時，交接試驗、傳動、聯調約24小時，驗收消缺質監約12小時)。因此一期建設時應采取先上隔離開關或在母線擴建端設置SF6小室等措施縮短母線連接時間。同時在氣室劃分時應注意便于運行、維護、檢修。當發生故障需要檢修時，應盡可能將停電范圍限制在一組母線和一回線的區域：①主母線與備用母線氣室分開。②主母線與主母線側的隔離開關氣室應分開，以便于檢修主母線。③考慮當主母線發生故障時，能盡可能縮小波及范圍和作業時間，當間隔數較多時，應將主母線分成若干個氣室。④為了防止電壓互感器、避雷器發生故障時波及其它元件，以及方便現場試驗和安裝作業，通常將電壓互感器和避雷器單獨設氣室。⑤由于電力電纜和GIS的安裝時間不一致，經常需要對電纜終端的SF6氣體進行單獨處理，所以電纜終端應單獨設立氣室，但可通過閥門與其它元件相連，以便根據需要靈活控制。
(二)戶內通風裝置設計應防止氣體泄漏造成窒息事故。
SF6氣體的密度大約是空氣的五倍，泄露時必將沉積于電纜溝槽等低洼處，濃度過大會使人窒息，在室內六氟化硫設備場所應配備六氟化硫濃度儀和氧量儀，GIS室通風設施的控制開關應設計在GIS室門外。
(三)應設計配置快速接地開關
GIS與常規設備不一樣地方，需要配置檢修接地開關和快速接地開關2種不同性質的接地開關。前者配置在斷路器兩側隔離開關的旁邊，僅起到斷路器檢修時兩側接地的作用;而快速接地開關配置在出線回路的出線隔離開關靠線路一側，它有2個作用：①開合平行架空線路
由于靜電感應產生的電容電流和電磁感應產生的電感電流;②當外殼內部盆式絕緣子出現爬電現象，并發展成外殼內部燃弧時，快速接地開關可將主回路快速接地，利用斷路器切除故障電流以保護GIS的外殼不致于燒穿。
三、現場安裝應注意的問題
(一)應重視GIS設備安裝的潔凈度
目前變電站安裝工期比較緊張，而且為了趕工期土建和電氣安裝經常交叉作業，安裝GIS設備時應嚴格控制作業區環境，防止粉塵進入設備。另外在安裝和拆卸螺栓時，可能產生金屬異物，這些雜質落入罐體是十分危險的，裝配完成后應仔細檢查,并用吸塵器清理干凈。在GIS總裝后正式耐壓前，施加作用時間大于耐壓時間，但電壓較低的電壓進行“老練"試驗，能有效消除微米級細小微粒。每次老練時間應不少于5min，這種細小微粒往往經過一、二次放電以后即被消除掉，可使耐壓水平提高。
(二)應確保設備密封良好
SF6氣體是電氣設備的重要絕緣介質，它維持設備的絕緣水平和保證優良的滅弧能力。密封性是GIS長期安全運行的關鍵，SF6氣體泄漏對設備影響是很大的，若氣體壓力下降超過額定壓力的15%左右時，設備處于閉鎖狀態而不能操作。大氣中的水蒸汽分壓要比設備內部的分壓大的多，在氣體泄漏的同時，環境中的水分會進入設備內使六氟化硫氣體的濕度增大而影響電氣性能。對于漏氣量大的GIS電器如果只采用補氣的方法，最終將導致設備內部的水分超標。GIS設備的漏氣點主要有以下部位：管道焊縫、法蘭接合面、動觸頭的拉桿密封部位、套管與法蘭的密封部位、閥門、表計與管道、密度繼電器、防爆或安全部件、充氣或試驗接頭、組合電器的外殼焊縫等。因此，GIS設備充氣后應進行嚴格進行泄漏檢測，以消除隱患，保證設備的安全運行。同時應注意，SF6壓力表讀數只能作為密封性的輔助檢查，氣體壓力減少并不能說明氣體一定有泄露，只有在同一溫度下對比不同時間下的壓力才能得出正確的結論。
(三)應嚴格控制SF6氣體的含水量
SF6氣體中水分造成的危害一方面是高溫下發生化學反應產生HF等腐蝕性的劇毒物，另一方面使絕緣件表面出現凝露降低絕緣性能，產生放電。固體絕緣介質表面吸附水膜時會使沿面電壓分布不均勻，因而使閃絡電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓，介質表面粗糙，也會使電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低，在高氣壓時易發生凝露現象，表現更為明顯。GIS設備充氣前抽真空是控制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，一般要求在充氣之前真空度應達到133Pa(即1mmHg)還應繼續抽真空一小時以上，以便使有機絕緣材料零部件中的水分有足夠的時間排出。
四、安全防護方面應注意的問題
(一)防止機械傷害。
在裝配擴建間隔時，必須確SF6氣體已回收，才能沿圓周方向均勻松開蓋板的螺栓連接，在側面撬松蓋板排除余氣，才可拆卸螺母，防止余氣未排盡，氣室壓力過大，彈出蓋板擊傷人員。
(二)防止電擊傷害。
交流耐壓試驗前GIS設備所有的電流互感器的二次繞組應短路接地，電壓互感器的二次繞組應一端接地，避免設備擊穿時在二次側產生過高的過電壓。
五、結語
建設GIS變電站，在設計、安裝、安全防護方面，都必須針對GIS設備的工作原理和特殊結構，把好關鍵控制點，以確保GIS變電站安全可靠靈活運行。
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