气体绝缘开关设备的运行与维护

雍成林，朱承明

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200）

0 引言

江都水利枢纽共有4座大型泵站（以下简称江都站），一、二站装有8台水泵机组，配1000kW 同步电机；三站装有10台水泵机组，配1600kW 同步电机；四站装有7台水泵机组，配3400kW 同步电机，总装机容量55800kW。江都站设有2座变电所，1座江都站变电所110kV 单回路供电，装有25000和40000kV·A 的2台主变压器，供一、二、三站6kV 电源；另1座四站专用变电所，由江都站变电所转供110kV 电源，该变电所装有1台31500kV·A的主变压器，供四站6kV 电源。江都站变电所及四站专用变电所110kV 系统采用110kV 气体绝缘开关设备（以下简称 GIS）[1]。

GIS 是采用六氟化硫 SF6气体作为开关设备的绝缘介质，用 SF6为灭弧介质，将母线、断路器、隔离开关、接地开关等集中密闭在箱体中，综合运用现代绝缘、开断、制造、传感、数字等技术生产的集智能控制，保护，监视，测量和通讯于一体的高新技术产品。具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等特点。与以往独立布置的高压电气设备相比，结构简单，安全可靠，维护方便，但在实际运用中，尤其是与计算机监控系统配合使用，如运行、操作、维护不当极易造成供电故障，甚至引发事故[2]。

1 GIS 主接线

江都站110kV GIS 主接线如图1所示，主要由断路器、快速接地开关、接地开关、三工位开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、进出线套管及相应各气室间隔组成。

其中快速接地开关为故障关合接地开关，具有关合短路电流及开合感应电流能力，快速分合；接地开关仅用于检修时保护安全的工作接地开关，慢速分合[2-3]。

2 GIS 控制基本原理

2.1 控制方式

GIS 开关设备控制方式有以下3种：远控（远方的控制按钮或泵站监控系统控制）、就地控制柜控制（就地柜按钮的电气控制）、开关操作箱处控制（开关设备操作机构处的机械控制）。

2.2 闭锁

图1 江都站110kV GIS 主接线图

GIS 开关为了确保电气操作安全，有严格的操作程序要求及限制。为防止操作人员的误操作，在进行 GIS 一次开关设备及二次控制电路设计时，设置了闭锁及限制要求。GIS 开关设备的操作闭锁的基本要求如下：当断路器处于合闸位置时，隔离开关不能操作；当隔离开关处于合闸位置时，接地开关不能操作；当接地开关处于合闸位置时，隔离开关不能操作；当接地开关处于合闸位置时，断路器不能合闸。

闭锁及限制主要有以下4种形式：

1）电气闭锁。电气闭锁是为了实现操作闭锁要求，防止误操作，在断路器、快速接地开关、接地开关、三工位开关等电气控制回路之间设置的闭锁。江都站变电所 GIS 闭锁电路简图如图2所示，该电路串联在相应开关控制回路中。

为了检修和试验时单独操作开关的需要，在三工位开关电气控制回路闭锁电路中设有解锁电路。

2）机械闭锁。机械闭锁是指接地开关与隔离开关之间由机械实现的闭锁。早期的 GIS 产品为了运行和检修需要，主接线中每个隔离开关，配1个接地开关，原理如图3所示。操作时，隔离开关在分闸位时，接地刀闸可接地，隔离开关在合闸位时，接地刀闸禁止接地，接地刀闸在接地位时，隔离开关禁止合闸，其间的操作顺序要求通过电气闭锁实现，但电气闭锁不是绝对可靠的。近期的 GIS 产品，隔离开关与接地开关组合成1个三工位开关，该开关有3个工作位置，合闸、分闸、接地，简称三工位，原理如图4所示。该开关只能处于其中1个位置，实现运行操作时的机械闭锁，运行更加安全可靠。

图2 闭锁电路

图3 隔离、接地开关

图4 三工位开关

3）调度按钮。GIS 开关设备为了供电线路检修需要，在进线处专门设置了进线快速接地开关，该开关只有在上一级供电变电所调度下使用，为了防止误操作，除与本变电所 GIS 进线隔离开关闭锁外，另增加1个带钥匙调度按钮，只有在接到上一级供电变电所调度指令，使用调度按钮钥匙，才能进行该接地开关的分合操作。

4）SF6气压过低报警和闭锁。SF6气体具有很高介电强度和良好的灭电弧性能，GIS 设备使用 SF6气体用作绝缘及断路器灭弧。为了满足介电强度和灭弧能力，GIS 气体应达到一定压力。压力过低表明GIS 间隔气体泄漏，并可能导致绝缘强度和断路器开断能力下降，因此，GIS 设有气压过低报警，达到下限压力时应闭锁断路器，不能进行分合操作，防止引发事故[4-6]。

3 GIS 运行管理

3.1 GIS 的操作

GIS 的操作必须按规定顺序，即操作闭锁的要求进行，以江都站变电所110kV 进线送电操作为例，操作顺序和要求如表1和2所示的江都站变电所监控系统操作票。

表1 110kV 进线送电操作票

为了正确操作，避免误操作，引发操作事故，在操作中应执行操作票制度。由现泵站设备运行操作，操作方式可分为以下2种：

1）现场操作。泵站运行前，应按电气操作顺序要求制定操作票，并审查。操作时，应严格按操作票规定认真执行，过程：按操作顺序进行，实行监护、唱票、复诵、操作和复查。当操作有疑问或故障时，应停止操作。

表2 110kV 母线送电操作票

2）监控系统上位机操作。监控系统上位机控制操作程序设计，由自动化开发人员按电气操作顺序要求和限制，进行操作票或流程的制定，在监控系统上位机操作程序中，前一条操作结果“回讯”应为后一条操作的限制条件，过程为操作、回讯、验证、依次自动或手动确认进行下一条操作。当操作过程中出现设备故障拒动或通讯故障时，应能自动停止操作并返回该操作任务的原始状态[7]。

3.2 GIS 的运行

SF6是一种无色、无味、无毒和不可燃且透明的气体，但在电弧作用下会分解强烈的腐蚀性和毒性气体。因此 GIS 室内应安装空气含氧量或 SF6气体浓度自动检测报警装置。GIS 室内空气中氧气应大于 18% 或 SF6气体的浓度不应超过1000μL/L（或6g/m3）。GIS 室内应装有足够的通风排气装置，排风口设置在室内底部；运行人员经常出入的 GIS 室，每班通风时间不少于15min；对不经常出入的 GIS室，应定期检查通风设施。室外 GIS 发生 SF6气体严重漏气事故时，值班人员应从上风接近设备；GIS安装在室内时，在进入室内前必须先行强迫通风20min 以上，待开关室内含氧量和 SF6气体浓度符合标准后才可进入。

GIS 依靠 SF6气体具有很高介电强度和良好的灭电弧，而压力过低会导致其性能下降，因此当断路器 SF6气体压力降至闭锁压力时，应立即断开操作电源，悬挂禁示牌，采取减负荷或上一级断开负荷后再退出故障断路器。

GIS 为保证二次控制电路闭锁及限制要求的实现，防止操作人员的误操作，GIS 在正常情况下，开关操作使用远方操作或就地控制柜上就地操作方式，紧急情况下，在分闸电动操作失灵时可使用手动机械操作。

GIS 开关、隔离刀闸及接地刀闸电气闭锁回路在运行中应切至“联锁”位置。当电气闭锁回路存在某种缺陷无法进行操作时，应立即汇报并及时处理，但不得解锁[8]。

3.3 GIS 的巡视检查

为保证 GIS 可靠安全运行，运行期间应定期巡视检查，主要检查内容及要求如下：

1）断路器和隔离开关、接地开关及快速接地开关位置应指示正确，断路器、隔离开关的累积动作次数指示应准确、正常。

2）各种指示灯、信号灯和带电监测装置的指示应正常，控制开关的位置应正确，避雷器的动作计数器、在线检测泄漏电流的指示值应正常。

3）裸露在外的接线端子无过热，汇控柜内无异常现象，无异常声音和气味。外壳、支架等无锈蚀和损坏，瓷套无开裂、破损或污秽现象，外壳漆膜无局部颜色加深或烧焦、起皮现象。各类管道及阀门无损伤、锈蚀，阀门的开闭位置应正确，管道的绝缘法兰与支架应完好。金属外壳的温度应正常。

4）各种压力表的指示值应正常，设备应无漏气现象。

5）GIS 室内照明、通风设备、防火器具及监测装置应正常，完好。

非运行期间，为保证 GIS 随时投入运行，应定期巡视检查，每月 3～5次，并应记录巡查情况、SF6气体压力表的指示值及环境温度。检查内容及要求如下：SF6气体压力表的指示值应正常，无异常气味，加热器应按规定要求投入或退出[9]。

4 GIS 维修管理

为保证 GIS 可靠安全运行，应定期进行维护和检修，主要内容如下：

1）GIS 应按电力设备预防性试验规程要求进行预防性试验，并将试验结果与该设备历次试验结果相比较，判断设备是否正常，是否符合运行条件。

2）GIS 每 2a应进行1次定期检查，检查维护的内容主要有，操作机构检查维护、传动机构磨损检查和添加润滑油、断路器的机械特性及动作电压试验、漏气处理、控制系统检查及绝缘测量、外壳的清扫和油漆。

3）GIS 在运行中发现异常或缺陷时应进行有关的电气性能、SF6气体湿度、气室密封性能、机构动作机械特性等试验，根据相应的试验结果，进行必要的分解检修。GIS 处于全部或部分停电状态下，对断路器或其他设备进行分解检修，内容与范围应根据运行中所发生的问题而定，分解检修应在制造厂指导下进行。

断路器本体在达到制造厂规定的或表3的操作次数时应进行分解检修。断路器分解检修时，应在制造厂指导下进行。检修时将主回路元件解体进行检查，根据需要更换不能继续使用的零部件。

表3 断路器动作（或累计开断电流）次数

4）GIS 每15a 或按制造厂规定进行1次大修，检修年限可以根据设备运行状况适当延长。主要内容包括电气回路、操作机构、气体处理、绝缘件检查及相关试验等[9-10]。

5 经验和总结

江都站变电所 GIS 设备自 2009年2月投入运行以来，至 2012年底，已运行942d，主要回路投切操作达352次。在运行中曾发生多起操作故障和不正常运行状态，为正确处理和防止事故发生，总结如下：

1）GIS 的电气闭锁，GIS 在运行状态下禁止解锁，只有在检修和试验时，才能解锁。

2）调度按钮，只有在110kV 供电线路检修时由上级供电部门调度命令，分、合110kV 进线接地开关时使用。合或分操作完毕后调度按钮钥匙应立即取出，另行保管。

3）解锁开关，只有在110kV 相应间隔检修或试验时，根据工作票要求，操作相应三工位隔离和接地刀闸时，才可解锁，进行相应分、合操作。操作完毕后解锁开关钥匙应立即取出，另行保管。

4）GIS 接地开关在运行操作中不作接地操作，只有在执行检修和试验工作时，按工作票要求进行接地和退出。在运行送电操作中，接地开关位置在操作票中作为检查和操作的必备条件。

5）断路器运行操作时，禁止在断路器操作机构操作箱处进行机械合闸操作，紧急情况下可进行机械分闸操作。

6）GIS 运行操作中发生开关拒动时应查明原因，予以排除，在未排除故障前，不得解锁，更不得再开关机械操作箱强行操作。

7）监控系统上位机在进行运行操作时有可能发生因死机、系统程序出错，导致操作和回汛混乱，同时电气闭锁电路也有可能发生错误，为避免此类故障造成操作故障或事故，在上位机进行操作时，应注意监视操作过程是否正常，重要操作必要时应进行现场确认。

以上要求，为避免误操作，建议安装有 GIS 的泵站在运行规程和技术管理细则中做出明确规定。

[1] 江苏省水利勘测设计研究院.南水北调东线第一期工程长江至骆马湖段 （2003）年度工程江都站改造工程初步设计[R].扬州：江苏省水利勘测设计研究院有限公司，2004: 186-210.

[2] 中国电力企业联合会.DL/T603-2006气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程[S].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2006: 10-16.

[3] 江苏省水利厅，江苏省水利工程科技咨询中心.SL317-2004 泵站安装及验收规范[S].北京：中国水利水电出版社，2005: 20-25.

[4] 雍成林，朱承明.江都抽水站更新改造工程技术[J].南京：水利水电科技进展，2011,5（5）: 53-58.

[5] 山东泰开高压开关有限公司.GIS 设备使用说明书[R].济南：山东泰开高压开关有限公司，2007: 3-8.

[6] 江苏省江都水利工程管理处.江苏省江都水利工程管理处技术管理实施细则[S].扬州：江苏省江都水利工程管理处，2010: 20-89.

[7] 蒋钢.气体绝缘金属封闭开关设备的特点、原理及运行[J].成都：水电站设计，2007,6（2）: 29-31.

[8] 中国电力企业联合会.DL/T 555-2004气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则[S].北京：中国电力出版社，2004: 1-5.

[9] 国家电网公司，中国电力科学研究院.GB/Z 24836-2009110kV 气体绝缘金属封闭开关设备技术规范[S].北京：中国标准出版社，2009: 2-17.

[10] 中国电力企业联合会.DL/T 618-2011气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程[S].北京：中国电力出版社，2011: 4-6.