GIS组合电器的安装工艺和关键控制要点

2010-04-04李润春王露钢刁志昆

电力建设 2010年1期

李润春，王露钢，刁志昆

（吉林省送变电工程公司，长春市，130033）

0 引言

随着“两个电网”建设与改造工程的快速发展，尤其是交、直流特高压工程的不断建设，GIS组合电器的使用量快速增加[1-5]。GIS组合电器，具有占地面积小、噪音小、火灾危险小、检修周期长、运行安全、可靠等特点，还特别适用于智能型变电站，是电网建设的优先选用产品。

此种设备既符合“两型一化”的要求，又符合小型化、自动化的要求，但同时此种设备的安装质量也有更高的要求。GIS组合电器的安装工艺和质量控制要点尚未被普遍掌握，现结合自身的施工经历和实践，浅谈一下GIS组合电器的特点、安装程序和工艺要求以及关键的质量控制要点。

1 GIS组合电器的特点

GIS组合电器基本是由断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、连接件等单元组成，这些单元均封闭在接地的金属罐体内。其内部充有一定压力的SF6气体，SF6具有优异的灭弧和绝缘能力。由于GIS的构造既封闭又组合，故占地面积小，占用空间少，基本不受外界环境影响，不产生噪声和无线电干扰，运行安全可靠，且维护工作量少。它的突出优点是：

（1）最大限度地缩小整套配电装置的占地面积和空间体积，结构十分紧凑。在人口高度集中的大都市和密集的负荷中心，显得更为重要。

（2）全封闭的电器结构，不受雨雷、尘沙及盐雾等各种恶劣自然条件的影响，减少了设备事故的可能性，特别适合工业污染和气候恶劣以及高海拔地区。

（3）安装方便。因GIS已向三相共筒化、复合化和智能化方向发展，一般由整体或若干单元组成，可大大缩短安装工期。

SF6断路器的绝缘和灭弧介质均为SF6气体。优点如下：（1）灭弧能力强，介电强度高，绝缘性能好，断口电压可以做得很高，使用安全可靠。（2）介质恢复速度特别快，冷却特性好，开断近区故障的性能特别好，使用寿命长。（3）SF6气体电弧分解场中不含有碳等影响绝缘能力的物质，触头在开断电弧中烧损极其轻微，因此SF6断路器又有允许开断次数多、安装操作简便、检修周期长、运行可靠等优点。

2 GIS组合电器的安装程序

GIS安装是一项较复杂的工程，事前要确定好安装流程图、安装程序和工艺标准，由安装单位确定场地的高程差以及最高、最低点，经监理单位审查并经业主认可后实施。施工、监理、业主等单位适时对产品质量和安装质量进行检测，这是确保安装质量的重大技术措施。

2.1 GIS组合电器元件装配前的检查

组合电器元件包装箱拆除后所有部件要完整无损；瓷件无裂纹，绝缘件无受潮、变形、剥落及破损；元件的接线端子、插接件及载流部分应光洁、无锈蚀；各分隔气室的压力值和含水量应符合产品的技术规定；密度继电器和压力表应检验合格；紧固螺栓应齐全，无松动；密封良好。对每一充气运输部件应进行气压检查，如发现问题，则应返厂处理。

为及早发现因长途运输所引起的部件内部结构变化，安装前应及时测量各部件回路及主回路电阻。新SF6气体应具有出厂试验报告及合格证件，运到现场后每瓶都应做含水量检验，并抽样做全分析。

2.2 GIS组合电器安装

（1）在安装前检查与测试的结果符合要求后，GIS应以母线为基础逐段安装，如果间隔较多，为减少误差积累效应，可选处于中间位置的间隔为第1安装间隔，向两侧延伸；如果间隔较少，可选择外侧的间隔为第1安装间隔。第1间隔就位后，应精心调整水平，使间隔的中心线与该间隔基础的中心线尽可能一致，调好后将母线筒中的气体经处理放掉，再取下两端封盖，将密封面处理干净。在安装第2间隔时，也应处理密封面，装好密封圈，调整好水平度，使其母线筒法兰与第1间隔的母线筒法兰对正，并保证连接触头的插入深度。第3、第4间隔同样操作。

（2）安装单元的清洁。每个单元的金属罐体内必须保证清洁、无杂质、无划伤痕迹；不能使用已用过的密封垫；不得使用变形或有伤痕的密封圈；保证密封垫清洁，位置正确。设备法兰口涂密封脂时，严禁使其流入密封垫内侧导致与SF6气体接触，腐蚀密封垫。通常使用吸尘器、高纯酒精、工业洁净纸清理罐内导体、绝缘件及法兰密封面。

（3）各单元安装顺序：断路器单元→电流互感器单元→隔离单元→电压互感器单元→母线单元→出线套管单元。

（4）在每一气隔安装完成后，应立即加装吸附剂并开始抽真空，进行真空检漏。

（5）真空检漏通过后，本气隔充入额定压力的SF6气体。充气完成24 h后，用灵敏度不低于1×10-6(体积比)的检漏仪对各气室密封部位、管道接头等处进行检测，判定有无SF6泄露。

（6）各气隔SF6水分含量的测量应在封闭式组合电器充气24 h后进行。有电弧分解的隔室，微量水含量应小于150 mg/L，无电弧分解的隔室，微量水含量应小于300 mg/L。

（7）进行主回路工频耐压试验。按GIS的特点，主回路工频试验应在主回路电阻合格、检漏通过、水分含量和操作试验合格后进行，耐压试验的程序和方法，按产品技术条件的规定进行，试验电压值为出厂试验电压的80%。主回路工频耐压试验的目的在于检查总体装配的绝缘性能。

（8）进行远端传动、调试工作，合格后移交、投产、运行。

3 GIS组合电器的安装工艺要求

安装工艺是保证安装质量的重要措施，安装人员在安装前必须认真学习相关规定和工艺标准，监理、业主要深入工作现场，及时纠正违规、违章作业，方能避免安装的返工或返修，确保安装质量。由于GIS组合电器具有独特的结构特点，因此它的安装工艺有着更加严格的工艺和环境要求。

（1）单元装配应在无风沙、无雨雪、空气相对湿度小于80%的条件下进行，并要采取防尘、防潮措施。

（2）制造厂已经装配好的各电器元件，在现场组装时不应解体检查，如有缺陷必须在现场解体时，应经制造厂同意，并在厂方人员指导下进行。

（3）应按制造厂的编号和规定的程序进行组装，不得混装，不许用物体撞击SF6气体气室或压缩空气管路，不允许杂质进入气室内，不许损坏SF6气体和压缩空气系统密封面和密封圈。

（4）使用的清洁剂、润滑剂、密封脂和擦拭材料必须符合产品的技术规定，已用过的密封垫(圈)不得重复使用。

（5）所有螺栓的紧固均应使用力矩板手，其力矩值应符合产品的技术规定。

（6）设备接线端子的接触面应平整、清洁、无氧化膜，并涂以薄层电力复合脂，镀银部分不得挫磨，载流部分其表面应无凹陷及毛刺，连接螺栓应齐全、紧固。

（7）在SF6气体压力充至额定压力之前，断路器只可用手力操作杆操作，不要操作其他任何部件以及断路器的电动操作。

（8）在检查已充SF6的GIS气室内部时，应先回收SF6气体，然后吹入干燥空气，并用氧气浓度表检查，当氧气浓度大于18%时，才能开始工作。

4 GIS组合电器的关键质量控制要点。

4.1 GIS单元的清洁

GIS单元的清洁度是安装过程中最重要的质量控制要点，此过程的质量关系到GIS设备能否试验合格、顺利投产。在做清洁度工作时，不仅要采取防尘、防潮措施，还要安排专人负责，清理后要协同厂家人员及现场技术人员复检，做到万无一失，清洁工作要做的可靠、彻底。清洁时要先使用细纱布或百洁布去除掉罐体及各导电元件上的毛刺及污痕，再使用高纯丙酮、酒精及工业无毛纸等物品重新擦拭罐体内壁及元器件，保证气室内无杂质。

4.2 气室真空度及SF6气体水分检查

真空度的要求是继清洁度之后的第2个控制要点，此工序是控制SF6含水量的重要保证措施，它不仅能减少SF6气体本身的水分，也减少了罐内其他物质(绝缘体、密封体等)内所含的水分，一般要求在充气之前气室真空度至少达到133 Pa再继续抽真空0.5 h。国内还有些厂家要求真空度达到40 Pa后，再继续抽真空2 h。

GIS单元的固体绝缘介质表面吸附水膜时会使沿面电压分布不均匀，因而使闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压，介质表面粗糙不平，有划痕、毛刺，也会使电场分布畸变，从而使闪络电压降低。吸附的水膜在高气压时易发生凝露现象，GIS设备带电运行时就会形成电桥，使设备绝缘性能大大降低，发生击穿现象。减少水分对GIS运行产生影响的另一关键控制要点是在于把SF6气体露点必须控制在0℃以下，以防止温度的变化使绝缘体表面上产生凝露现象，绝缘体表面所附着的水珠和SF6电弧产物发生反应生成HF等低氟化物，这些低氟化物是使沿面的绝缘材料和金属表面劣化的主要原因。但把SF6气体的露点控制在-5℃及以下时，绝缘体表面凝结的就不会是水珠而是冰晶，它对绝缘性能几乎没有影响，可以保证设备的稳定运行。

4.3 密封性检查

检查气密性的手段通常是采用聚乙烯塑料布局部包扎积累法测定，还要经常检查SF6压力表读数来作为密封性的辅助检查。气密性积累的时间通常是24 h。密封性能的好坏主要取决于罐体焊接质量，其次是密封圈的制造、安装及调整状况。安装时要保证O形圈的压缩量和修整的圆度；在清理罐体密封面的密封槽时，要用细砂纸，法兰边缘可以用锉刀、砂纸修磨。罐体加工后要用气压试验来检查密封情况，压力取最高气压的1.125倍，用SF6与氟里昂混合气体加压，在总装试验时测SF6气体的泄漏状况，要求灵敏度不大于 1×10-8。

4.4 GIS设备的耐压

从出场及现场试验实践证明，影响耐压效果的最主要因素是绝缘体表面粗糙度和气室内杂质的危害。SF6气体对由电极表面缺陷而引起的微观电场不均匀状态十分敏感，当SF6气体压力与表面粗糙度之积大于8 MPa·μm或SF6气体压力与导电微粒长度之积大于7 MPa·μm时，会引起局部电场畸变及强化，降低了放电电压；当气压与粗糙度之积为40 MPa·μm时，击穿电压将下降一半;当导电微粒长度为1 mm时，击穿电压将下降30%；导电微粒长度为100 mm时，击穿电压将下降70%。因此无论在工厂或现场都应做耐压或局部放电试验，以验证GIS是否存在致命的绝缘性能缺陷。

设备耐压放电的过程及结果表明：微粒通常容易积存在罐体的底部，特别是在垂直罐体和母线筒的水平盆式绝缘子的上表面，这是静电屏蔽效应的体现。在高电压的加压过程中，导电性杂质在外加电场的作用下竖起直立，在电场力超过杂质重力作用时，微粒开始上浮。特别是在交流电产生的场中，会使杂质一直处于振动和上浮的过程，即在不断上下振动中又逐渐上浮，处于弹跳的状态，这样就会将杂质被驱赶到电场较弱处，也就是罐体的边缘或盆式绝缘子的边缘。这些杂质对耐压效果有着非常大的影响。这就要求在GIS设备正式耐压前，施加电压较低但作用时间较长的电压“老练”，“老练”时间必须大于耐压时间，此过程对于消除微米级的细小杂质非常有效，这些细小杂质往往经过一、二次放电以后即被消除掉，可使整体耐压水平提高。如果老练时间过短，其结果可能使微粒振动上浮尚在途中，减少了悬浮微粒老练放电的概率，不能将小杂质全部清除，会出现老练不完全现象，因此每次老练时间不得少于5 min，如有条件还应延长老练时间。