GIS设备在电力系统中的应用及状态检修

2013-08-15代文章陈海东王松波

电气技术 2013年5期

代文章陈海东王松波

（宁夏石嘴山供电局，宁夏石嘴山 753000）

随着经济的高速发展，电力负荷急剧增长，电力用户对电网的运行可靠性和供电质量的要求越来越高。然而由于线路通道和土地资源紧张，新建电源点比较困难。因此能够有效解决以上问题的新型GΙS设备以其独特的优势在电网中得到普遍的应用[1-3]。

本文首先简要比较了GΙS 成套设备与常规电气设备的优点和缺点。同时分别从GΙS 设备主接线选择、GΙS 成套设备室的通风设计、GΙS 成套设备室的土建设计和GΙS 成套设备的常见故障分析四个方面介绍了GΙS 设备在电力系统中的应用。最后简要的论述了GΙS 设备状态检修的好处和GΙS 设备状态检修的常用方法。

1 GIS 设备的特点

GΙS 设备是气体绝缘全封闭组合开关电器的高压电器集合设备，以气体SF6为绝缘介质，将快速接地开关、隔离开关、断路器、电压电压互感器、母线、避雷器、电缆终端和进出线套管通过一定的方式组合成成套系统，通过液压/气动、弹簧机构操动等控制GΙS 设备断路器的开关与闭合[4]。

相当于传统的电气设备，GΙS 成套设备具有下述的有点和缺点[4-5]。

1.1 GIS 成套设备的优点

1）GΙS 成套设备体积小，占地面积少。通常情况下220kV 电压等级GΙS 成套设备占用地面积是常规设备的40%左右，110kV 及其以下电压等级GΙS成套设备占地面积大概是普通设备的50%左右。因此，相对与传统的电气设备，使用GΙS 设备能大大节约用地，减少设备总体的投资费用。

2）GΙS 成套设备的可靠性较高，受周围环境的影响较小。由于GΙS 设备内采用SF6气体作为绝缘气体，同时设备中的器件是全封闭的，设备中的元件与室外的烟雾、潮湿等环境隔离开来，受他们的影响非常小。同时由于成套设备外壳的存在，能屏蔽设备外辐射、电场干扰对内部元件的影响。此外，GΙS 成套设备运行过程中产生的噪声也被外壳屏蔽了，噪声污染小。

3）GΙS 成套设备防火性能好、安全可靠性高。SF6气体绝缘性质本身不燃烧，防火性能高。同时SF6气体具有优异的灭弧性能，运行的可靠性高，检修的周期较长。

4）GΙS 成套设备的施工周期短。GΙS 成套设备的各个器件通用性强，器件的组装在生产车间完成，同时所有期间的组装在一个运输单元中，因此可以直接运输到施工现场安装，现场工作量比常规设备大大减少。

1.2 GIS 成套设备的缺点

1）GΙS 成套设备的期间封闭在密闭的金属箱内，一旦金属箱内元件发生故障，由于故障在金属箱内，故障很难被及时发现，并且故障的定位也非常困难。

2）GΙS 成套设备内的器件结构比较紧凑，当某一个器件发生故障时，容易使相邻或者其他器件发生故障，造成故障范围扩大，进一步恶化设备的健康状态。

3）GΙS 成套设备是由断路器、隔离开关等一系列期间在生产车间组装的，对于运行人员来说，GΙS成套设备结构比较复杂，不易拆卸，发生故障之后，故障的定位比较困难，而且检修需要的时间比较长。

2 GIS 设备在电力系统中的应用

2.1 GIS 设备主接线选择

为了保证GΙS 成套设备的安装检修要求，GΙS成套配电装置的两侧通常都设有通道。其中一个通道设置在断路器侧，另一个通道设置主要满足运行巡视要求。GΙS 成套设备的主接线通常采用单母分段接线形式和双目分段接线形式，避免GΙS 成套设备因局部故障造成母线全停，扩大故障范围。

目前，110kV、220kV 变电站含有4 回馈线时，GΙS成套设备的主接线形式主要采用单母线分段形式，这种主接线形式具有简单、经济和方便的特点。当110kV、220kV 变电站含有6 回及其以上馈线时，主接线方式为双目分段接线，这种接线方式便于母线的检修，同时具有调度方便、扩建邻国和便于实验的特点。

2.2 GIS 成套设备室的通风设计

根据相关标准规定，GΙS 成套设备室的SF6的体积分数V≤1000mL/m3，空气中的含氧量≥18%，这两个标准要求GΙS 成套设备室必须要装有相应的通风设备。通风设备的通风体积为GΙS 成套设备空间体积的3～5 倍。

根据对GΙS 成套设备室发热通风的标准要求，出风口通常选择在设备室的顶部。但是考虑到SF6气体的密度比空气密度大4 倍，SF6气体通常分布在GΙS 成套设备室的底层，因此出风口布置在设备室的底部，保证在正常情况下对室内进行换气，同时保证在出风口在成套设备发生故障造成SF6气体外漏时，能够及时可靠排除设备室内的SF6气体。

2.3 GIS 成套设备室的土建设计

GΙS 成套设备室的设计需要考虑一下要求：

（1）通常GΙS 成套设备的母线螺栓连接的垂直误差≤0.5mm，槽钢之间的水平误差≤2mm，以满足防止SF6气体泄漏的要求。同时为了兼顾GΙS 成套设备的施工要求，一般情况下在GΙS 成套设备室内预埋地瞄钩。

（2）GΙS 成套设备在安装过程中，空气中的含尘量≤0.1mg/m3，空气的相对湿度≤70%。为了符合这一要求，GΙS 成套设备室通常不采用石灰墙面，通常尽量减少一些门窗，最大程度的减少灰尘接触GΙS 成套设备室，保证空气湿度符合要求。

2.4 GIS 成套设备的常见故障分析

（1）SF6气体设备漏气

SF6气体设备漏气一般发生在GΙS 成套设备的密封面和阀门连接处。密封面的漏气大多由于加工工艺或者加工质量问题不合格引起。这种问题通常不是单一环节的故障引起，而是由于多个环节中的问题共同引起。而且这种问题随着设备的使用年限的增加，其发生概率显著提高。

针对GΙS 成套设备漏气问题，采取的处理措施为：①加强对GΙS 成套设备的日常检查；②对于可能发生漏气的GΙS 成套设备室，加强对设备室的检测；③总结设备室漏气的规律，得到一些设备室漏气后如设备室气压等指标的变化规律，根据这些指标对设备漏气的初始阶段进行判断，以便尽早的发现故障。

（2）GΙS 成套设备内部放电

由于设备制造工艺和质量等原因，在GΙS 成套设备内部存在悬浮电位，引起设备内部局部的电压强度变高，进而在设备内部产生电晕放电。此外，GΙS 成套设备中存在的金属杂质和绝缘子存在的气泡，都是产生电晕放电的潜在危险因素。

（3）隔离开关操作机构故障

操作机构内部齿轮发生故障，引起隔离开关不能拉开，但是另一侧的隔离开关的滤波器仍然在正常工作，导致隔离开关的动触头和静触头之间发生电晕发电。

3 GIS 设备状态检修

上文第二节提到，GΙS 成套设备与常规电力设备相比，虽然具有体积小和运行安全可靠的特点，但是由于其结构复杂，对质量要求高，一旦GΙS 成套设备内部某个元件故障，就有可能引起其他元件发生故障，进而导致整个GΙS 设备不能正常工作的严重故障。因此，GΙS 成套设备的状态监测与状态检修是一项十分迫切和重要的工作。

状态检修是采用传感器和测量手段对反映GΙS运行状态的物理量和化学量进行检测。根据这些监测量判断设备的运行状态、健康状态，并且初步判断设备的可能故障。在此基础上制定GΙS 成套设备的检修计划和检修项目[6-8]。

3.1 GIS 成套设备状态检修的优点

传统的GΙS 成套设备的检修存在许多缺点，如检修工作频繁，检修工作安排不当可能造成设备的强迫停运，打乱电网的正常安全稳定运行；存在维修工作不足造成局部的故障不能完全排除或者维修过剩造成故障的进一步恶化；维修工作比较盲目，存在可能部分的维修是按照经验制定。由于GΙS 成套设备的状态检修是简历在设备性能和健康状态的监测与诊断的基础上，因此相对于传统检修，其具有以下优点[6-8]：

1）GΙS 设备状态检修能提高其安全性。由于状态检修能够及时发现设备中存在的潜在故障和危险，指导检修工作人员及时的安装检修工作以排除故障，提高了GΙS 成套设备的运行安全性。

2）GΙS 设备状态检修能提高其可用率。状态检修避免了检修工作的频繁，降低了由于强迫停运的事故检修的概率和次数，因此提高了GΙS 成套设备的可用率。

3）GΙS 设备状态检修减少了其维修时间和费用。

4）GΙS 设备状态检修提高了设备的使用年限。