广东电网GIS设备应用现状与缺陷应对策略

李普明，朱 林，黄 伟

（1.广东电网公司，广东 广州 510600；2.华南理工大学电力学院，广东 广州 510640；3.佛山供电局，广东 佛山 528000）

0 引言

SF6气体绝缘全封闭组合电器(Gas Insulted Switchgear，GIS)具有尺寸体积小、受外界环境的影响较小、配置灵活的特点，在110 kV及其以上各电压等级的电网中得到了良好的应用。尤其伴随近年来的城网改造工程，GIS已成为主导开关设备，占据了重要的地位。

依据多年的运行经验，GIS的全密封结构会使得其故障定位和检修工作较困难。一旦出现故障，其平均检修时间要比敞开式的变电站长，所造成的停电范围更大，也更容易波及与之相连的非故障设备[1]。因此，GIS设备的隐患和事故将会直接影响到电力系统的供电可靠性，严重情况下甚至会影响到整个电网的安全稳定运行。

目前，对GIS设备的主要工作重点集中在状态检测、带电检修和绝缘监督等方面，大量的成功经验也见诸报端[2-6]。但对GIS设备的运行状况评估以及缺陷分析却相对较为薄弱，尤其是缺乏从设备结构层面上的缺陷产生根源分析、影响因素特征以及作用途径上的解释。

随着广东电网GIS设备总量的增多，近年来也多次发生了GIS设备重大设备缺陷或事故，例如香山站GIS事故导致主变跳闸，潭村站GIS母线微水超标缺陷迫使设备停运检查等。因此，对GIS设备的运行状况评估和缺陷对策研究将具有重要意义。本文首先对近年来广东电网GIS设备运行情况进行了全面的统计，然后从设备结构组成上寻找GIS设备缺陷的产生原因与关键影响因素，最后对缺陷增长的趋势提出了从设计、制造、运输、吊装、验收到运行维护底全方位解决对策。

1 广东电网GIS设备应用情况

伴随广东经济的快速发展和广东电网建设速度的加速提升，GIS设备在广东电网中的应用增长迅速。从1984年广东电网开始投入GIS设备，在近30年时间，GIS的应用强有力的支持广东电网的发展。其应用情况，可以归纳为以下几点。

GIS设备总量增长迅速，在变电站配电装置中所占比例在全国范围内属于位列前茅。以220 kV等级的GIS设备为例，2002年广东电网220 kV GIS共122个间隔，其中进口GIS设备共38个间隔，国产GIS设备占84个；而2008年GIS设备总数间隔就已达到848个，其中进口45个，国产585个，合资218个。根据广东电网统计资料显示，截至到2008年在110 kV及以上电压等级电网中，配电装置间隔中GIS设备3530个，在配电装置间隔总数中所占比例接近32%，远高于其他电网中的应用水平[7]。

GIS设备的国产化程度加大，出现了西高、平高和沈高等具有核心竞争力的厂家，相应的产品在广东电网中均得到广泛应用。受限制价格成本，近10年来进口GIS设备的应用显著低于国产设备。

多年来广东电网的GIS设备总体运行情况平稳，整体事故率较低，未发生严重的、大面积影响的设备缺陷。从数据上看，2000年至2004年间国产220 kV GIS设备共发生设备事故7起，其中4起是安装调试不当造成，3起是制造不良所造成。且发生的位置相对集中，4起发生在母线连接部，2起发生在母线避雷器盘式绝缘子，1起在CT气室。

GIS设备事故和重大缺陷有上升趋势，需要重点关注。进入二十一世纪后，伴随着GIS设备应用的显著增多以及设备的国产化，GIS设备事故和重大缺陷总数及缺陷率在各级电网中有一定的上升趋势，在220 kV等级电网中较为明显。以广州情况为例，2009年共发生紧急（重大）缺陷15次，紧急（重大）缺陷率为2.80次/百间隔·年。其中，220 kV等级的GIS设备缺陷率为6.12次/百间隔·年，而110 kV等级中的设备缺陷率仅为1.59次/百间隔·年。2010年度共发生紧急（重大）缺陷31次，紧急（重大）缺陷率为3.19次/百间隔·年。

针对设备的缺陷次数和设备总体缺陷率有上升趋势，需要从技术和管理两个层面入手，通过双管齐下跳出被动局面。一方面，要从技术上加强对GIS电气设备结构的了解，能结合产品设计挖掘可能存在的缺陷与隐患缺陷；另一方面则要从设备质量、性能上加强设监督，同时做好设备的安装与调试，注重维护经验的积累与及时总结。

2 GIS设备缺陷分析

2.1 GIS设备功能结构

GIS设备由断路器、隔离开关、接地开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器、就地控制柜、电缆终端等元件组成。从功能上可划分为：（1）内部传动系统；（2）密封系统；（3）接地系统；（4）SF6绝缘系统；（5）储能系统；（6）电气控制系统等。

2.2 各组成单元的隐患缺陷分析

GIS设备的各组成单元，其面临的工作场景、分担的任务与实现功能上具有明显的差异性，例如内部传动系统关系到GIS设备的正常运转，而密封系统更多是涉及SF6气体泄漏与渗漏气隔。在本节中，将重点依据GIS设备的组成单元，从结构上分析易导致缺陷的原因及缺陷的体现形式。

2.2.1 传 动系统

传动系统主要考虑与自身的机械性能相关因素。其隐患缺陷可重点体现在下述几个方面：

（1）传动部件所选的材质应当合理，可使传动部件不易受到氧化和在并保证持续拉伸等运动过程中不易碎裂；

（2）在考虑负荷频繁增长、频繁动作的情况下，传动系统的性能应高效优越，连接件的机械寿命长与支撑能力强；

（3）传动部件与容器的密封性、传动部件与外部关联部件之间的接触应均保持良好。

2.2.2 密 封系统与SF6绝缘系统

密封系统与SF6绝缘系统主要是与SF6气体密封性、绝缘性密切相关。这两类的潜在缺陷可整理为：

（1）设备密封容器的性能不佳，例如密封部位、焊接部位存在砂眼，导致密封容器内的气体压力显著下降；

（2）设备投运后老化或缺乏足够的维护，从阀门、阀芯及底座等部位，使SF6气体泄漏；

（3）SF6连接管道受到机械张力而变形、开裂等，致使设备漏气；

（4）设备气隔之间存在渗漏，一旦发生气隔绝缘降低，渗漏气隔间会相互影响；

（5）密封容器的内部与GIS设备带电部位之间可能存在放电；

（6）SF6绝缘系统中SF6气体微水超标、气体纯度不合格或SF6吸湿剂容器老化后产生杂质，从而导致绝缘性能下降；

（7）SF6气体继电器的二次接线端子受潮误发信，导致直流系统接地；

（8）SF6气体继电器的指示错误，误发闭锁。2.2.3接地系统

接地系统的潜在缺陷主要涉及接地刀闸上。主要体现在：

（1）部分接地刀闸的内部合闸位置无法直接观察，需要辅助外部的联动拉杆进行判断；

（2）部分接地刀闸的辅助接点切换不到位，可能产生虚切换；

（3）接地开关应具有线路侧检修接地和开合空载线路感应电流的多重作用。

2.2.4 储 能系统

储能系统，主要是气压弹簧机构、液压弹簧机构，潜在缺陷体现在压力容器是否完整，是否可保证相关的管道不出现泄漏，在长时间运转过程中使用寿命是否可以保障。

2.2.5 电 气控制系统

电气控制系统的潜在缺陷涉及工作电源、线圈及继电器部件，其潜在缺陷主要体现在：（1）工作交流电源消失，影响储能元件工作；（2）反复分合闸的情况下出现误动作，需要进行手动复归；

（3）分闸线圈、合闸线圈和继电器发生硬件损坏。

3 缺陷应对策略

上一节中的各种潜在缺陷将会成为限制设备可靠稳定运行的约束条件，一旦演化成事故就会对电网造成巨大的损失。为了确保GIS设备的可靠与安全运行，需要有从设计与制造、运输、吊装、验收，运行维护等各个阶段有具体的应对策略。

3.1 产品设计与制造阶段

在产品的设计上，应当有针对性的考虑可能对产品性能造成不利影响的因素。对内部传动系统而言，满足传动系统的电气要求是首要因素。同时，还有器件材质、加工工艺、器件配合精度等因素。要防止在某个关键环节损坏，而导致产品功能无法实现。对于广东地区的典型地质特征及天气状况也应在产品设计阶段加以考虑。譬如，广州春季潮湿，昼夜温差较大，粤北地区可能出现寒冷天气，设计阶段均需要考虑相应的氧化、腐蚀及热胀冷缩因素，保留一定的支撑裕度。

对密封系统而言，在结构设计上应更加合理和科学，制作工艺必须达标，并根据用户的反馈意见，在关键的密封面以及密封件上苦下功夫，选好密封材料，从整体上降低产品的连接面，减少设备焊接的长度和难度，从设计的角度减少泄漏的可能。而对于SF6绝缘系统，一方面，要重视微水超标问题，考虑可循环利用的又不会老化分解杂质的新型干燥剂；另一方面，还需要考虑在日常维护工作中更换、补充气体的工作流程，进一步降低现场人员的工作强度。

对于接地系统，除了重点注意产品接地的可靠性，还要注意增加观察窗后，观察窗对气室内分布电场的要求，以及窗体的密封性和防爆性能。

储能系统在设计过程应考虑压力容器或管道的渗漏，设计好压力容器及管道的密封性能，注重密封件的选材、密封面的加工精度等问题。

电气控制系统在设计时应当注意分、合闸线圈的热稳定性，应选用质量好、抗老化强度合适的元件，在断路器经过多次试验时能够防止因频繁操作而烧毁线圈，同时保证在设计生命周期内能可靠动作。

3.2 运输、吊装、验收阶段

首先，强调质量把关，消除制作过程中产生的毛刺、金属微粒等，防止出现盲区。例如，连接母线和设备导体的铝管，制造过程中，难免会存在着表面毛刺和铝屑，这些微粒都是耐压试验中放电的来源。

其次，在搬运、运输、装卸过程中，做好防止刮伤、夹伤、气体泄露的保障措施，防止碰撞或运输过程中降低产品的光洁度，应提高对重要部件的安放及运行要求，例如选用正确的焊接方法、精湛的焊接工艺和高质量的焊剂，现场拼装中对压力容器保持高真空度静置，保证产品在总装后的质量可靠。

再次，装配过程中保证装配环境，避免安装现场灰尘漫天加大部件的清洁难度。同时强化现场装配管理，注重密封质量。对于外部暴露在空气中的转动部件，应做好防腐蚀的措施。通过将部件安装的责任落实到每个工作人员，严格遵照装配流程，并及时完善装配日志和做好连接部件的装配标记、防松标记等。

最后，对于长型连接件，如管型导电杆，做好活动接触深度记录，确保在气温急剧变化时，不会导致设备在运行过程中意外脱落。

3.3 运行维护阶段

一方面，积极探讨GIS设备的特高频、超声波等多项检测技术，及早对潜在缺陷进行预警；另一方面，逐步实施在线监测系统，加强对设备的监视。同时，注重对GIS设备的跟踪测量和综合分析，提高设备状态监测的可靠性。结合日常的巡视、维护和缺陷管理工作，力争及早发现并处理缺陷，避免事故的发生。

4 结论

本文对GIS设备在广东电网中的应用情况进行了总结，分析了近30年间GIS的发展与应用情况。针对GIS设备缺陷总数与缺陷率上升的趋势，从设备功能结构入手挑出了缺陷产生的高危地带，从各个功能组成单元上分析了可能产生缺陷的根源和容易受到的影响因素。为了确保GIS设备的安全可靠运行，本文从设计、制造、运输、吊装、验收及运维等多环节提出了具有明确针对性的防范措施。本文的工作将对GIS设备的运行管理以及日常维护工作具有重要的现实意义。

［1］朱正国，江健武，钟建灵，等.深圳220 kV梧桐站110 kV GIS梧盐Ⅰ线间隔缺陷分析［J］.高压电器，2010（5）：98-102.

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［5］李海波，万荣兴，方勇.兰州东变电站750kV GIS母线筒缺陷原因分析［J］.高压电器，2010（11）：12-15.

［6］李华斌.GIS电压互感器振动的在线检测与诊断［J］.机电工程技术，2012（7）：247-249.

［7］黄金剑，韦巍，田树军.广西电网GIS设备运行缺陷分析［J］.广西电力，2012（3）：64-67.