GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及狀態(tài)檢修

代文章 陳海東 王松波

（寧夏石嘴山供電局，寧夏 石嘴山 753000）

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力負荷急劇增長，電力用戶對電網(wǎng)的運行可靠性和供電質(zhì)量的要求越來越高。然而由于線路通道和土地資源緊張，新建電源點比較困難。因此能夠有效解決以上問題的新型GΙS設(shè)備以其獨特的優(yōu)勢在電網(wǎng)中得到普遍的應(yīng)用[1-3]。

本文首先簡要比較了GΙS 成套設(shè)備與常規(guī)電氣設(shè)備的優(yōu)點和缺點。同時分別從GΙS 設(shè)備主接線選擇、GΙS 成套設(shè)備室的通風(fēng)設(shè)計、GΙS 成套設(shè)備室的土建設(shè)計和GΙS 成套設(shè)備的常見故障分析四個方面介紹了GΙS 設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。最后簡要的論述了GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修的好處和GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修的常用方法。

1 GIS 設(shè)備的特點

GΙS 設(shè)備是氣體絕緣全封閉組合開關(guān)電器的高壓電器集合設(shè)備，以氣體SF6為絕緣介質(zhì)，將快速接地開關(guān)、隔離開關(guān)、斷路器、電壓電壓互感器、母線、避雷器、電纜終端和進出線套管通過一定的方式組合成成套系統(tǒng)，通過液壓/氣動、彈簧機構(gòu)操動等控制GΙS 設(shè)備斷路器的開關(guān)與閉合[4]。

相當(dāng)于傳統(tǒng)的電氣設(shè)備，GΙS 成套設(shè)備具有下述的有點和缺點[4-5]。

1.1 GIS 成套設(shè)備的優(yōu)點

1）GΙS 成套設(shè)備體積小，占地面積少。通常情況下220kV 電壓等級GΙS 成套設(shè)備占用地面積是常規(guī)設(shè)備的40%左右，110kV 及其以下電壓等級GΙS成套設(shè)備占地面積大概是普通設(shè)備的50%左右。因此，相對與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備，使用GΙS 設(shè)備能大大節(jié)約用地，減少設(shè)備總體的投資費用。

2）GΙS 成套設(shè)備的可靠性較高，受周圍環(huán)境的影響較小。由于GΙS 設(shè)備內(nèi)采用SF6氣體作為絕緣氣體，同時設(shè)備中的器件是全封閉的，設(shè)備中的元件與室外的煙霧、潮濕等環(huán)境隔離開來，受他們的影響非常小。同時由于成套設(shè)備外殼的存在，能屏蔽設(shè)備外輻射、電場干擾對內(nèi)部元件的影響。此外，GΙS 成套設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的噪聲也被外殼屏蔽了，噪聲污染小。

3）GΙS 成套設(shè)備防火性能好、安全可靠性高。SF6氣體絕緣性質(zhì)本身不燃燒，防火性能高。同時SF6氣體具有優(yōu)異的滅弧性能，運行的可靠性高，檢修的周期較長。

4）GΙS 成套設(shè)備的施工周期短。GΙS 成套設(shè)備的各個器件通用性強，器件的組裝在生產(chǎn)車間完成，同時所有期間的組裝在一個運輸單元中，因此可以直接運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝，現(xiàn)場工作量比常規(guī)設(shè)備大大減少。

1.2 GIS 成套設(shè)備的缺點

1）GΙS 成套設(shè)備的期間封閉在密閉的金屬箱內(nèi)，一旦金屬箱內(nèi)元件發(fā)生故障，由于故障在金屬箱內(nèi)，故障很難被及時發(fā)現(xiàn)，并且故障的定位也非常困難。

2）GΙS 成套設(shè)備內(nèi)的器件結(jié)構(gòu)比較緊湊，當(dāng)某一個器件發(fā)生故障時，容易使相鄰或者其他器件發(fā)生故障，造成故障范圍擴大，進一步惡化設(shè)備的健康狀態(tài)。

3）GΙS 成套設(shè)備是由斷路器、隔離開關(guān)等一系列期間在生產(chǎn)車間組裝的，對于運行人員來說，GΙS成套設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易拆卸，發(fā)生故障之后，故障的定位比較困難，而且檢修需要的時間比較長。

2 GIS 設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 GIS 設(shè)備主接線選擇

為了保證GΙS 成套設(shè)備的安裝檢修要求，GΙS成套配電裝置的兩側(cè)通常都設(shè)有通道。其中一個通道設(shè)置在斷路器側(cè)，另一個通道設(shè)置主要滿足運行巡視要求。GΙS 成套設(shè)備的主接線通常采用單母分段接線形式和雙目分段接線形式，避免GΙS 成套設(shè)備因局部故障造成母線全停，擴大故障范圍。

目前，110kV、220kV 變電站含有4 回饋線時，GΙS成套設(shè)備的主接線形式主要采用單母線分段形式，這種主接線形式具有簡單、經(jīng)濟和方便的特點。當(dāng)110kV、220kV 變電站含有6 回及其以上饋線時，主接線方式為雙目分段接線，這種接線方式便于母線的檢修，同時具有調(diào)度方便、擴建鄰國和便于實驗的特點。

2.2 GIS 成套設(shè)備室的通風(fēng)設(shè)計

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，GΙS 成套設(shè)備室的SF6的體積分數(shù)V≤1000mL/m3，空氣中的含氧量≥18%，這兩個標(biāo)準(zhǔn)要求GΙS 成套設(shè)備室必須要裝有相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備。通風(fēng)設(shè)備的通風(fēng)體積為GΙS 成套設(shè)備空間體積的3～5 倍。

根據(jù)對GΙS 成套設(shè)備室發(fā)熱通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，出風(fēng)口通常選擇在設(shè)備室的頂部。但是考慮到SF6氣體的密度比空氣密度大4 倍，SF6氣體通常分布在GΙS 成套設(shè)備室的底層，因此出風(fēng)口布置在設(shè)備室的底部，保證在正常情況下對室內(nèi)進行換氣，同時保證在出風(fēng)口在成套設(shè)備發(fā)生故障造成SF6氣體外漏時，能夠及時可靠排除設(shè)備室內(nèi)的SF6氣體。

2.3 GIS 成套設(shè)備室的土建設(shè)計

GΙS 成套設(shè)備室的設(shè)計需要考慮一下要求：

（1）通常GΙS 成套設(shè)備的母線螺栓連接的垂直誤差≤0.5mm，槽鋼之間的水平誤差≤2mm，以滿足防止SF6氣體泄漏的要求。同時為了兼顧GΙS 成套設(shè)備的施工要求，一般情況下在GΙS 成套設(shè)備室內(nèi)預(yù)埋地瞄鉤。

（2）GΙS 成套設(shè)備在安裝過程中，空氣中的含塵量≤0.1mg/m3，空氣的相對濕度≤70%。為了符合這一要求，GΙS 成套設(shè)備室通常不采用石灰墻面，通常盡量減少一些門窗，最大程度的減少灰塵接觸GΙS 成套設(shè)備室，保證空氣濕度符合要求。

2.4 GIS 成套設(shè)備的常見故障分析

（1）SF6氣體設(shè)備漏氣

SF6氣體設(shè)備漏氣一般發(fā)生在GΙS 成套設(shè)備的密封面和閥門連接處。密封面的漏氣大多由于加工工藝或者加工質(zhì)量問題不合格引起。這種問題通常不是單一環(huán)節(jié)的故障引起，而是由于多個環(huán)節(jié)中的問題共同引起。而且這種問題隨著設(shè)備的使用年限的增加，其發(fā)生概率顯著提高。

針對GΙS 成套設(shè)備漏氣問題，采取的處理措施為：①加強對GΙS 成套設(shè)備的日常檢查；②對于可能發(fā)生漏氣的GΙS 成套設(shè)備室，加強對設(shè)備室的檢測；③總結(jié)設(shè)備室漏氣的規(guī)律，得到一些設(shè)備室漏氣后如設(shè)備室氣壓等指標(biāo)的變化規(guī)律，根據(jù)這些指標(biāo)對設(shè)備漏氣的初始階段進行判斷，以便盡早的發(fā)現(xiàn)故障。

（2）GΙS 成套設(shè)備內(nèi)部放電

由于設(shè)備制造工藝和質(zhì)量等原因，在GΙS 成套設(shè)備內(nèi)部存在懸浮電位，引起設(shè)備內(nèi)部局部的電壓強度變高，進而在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電暈放電。此外，GΙS 成套設(shè)備中存在的金屬雜質(zhì)和絕緣子存在的氣泡，都是產(chǎn)生電暈放電的潛在危險因素。

（3）隔離開關(guān)操作機構(gòu)故障

操作機構(gòu)內(nèi)部齒輪發(fā)生故障，引起隔離開關(guān)不能拉開，但是另一側(cè)的隔離開關(guān)的濾波器仍然在正常工作，導(dǎo)致隔離開關(guān)的動觸頭和靜觸頭之間發(fā)生電暈發(fā)電。

3 GIS 設(shè)備狀態(tài)檢修

上文第二節(jié)提到，GΙS 成套設(shè)備與常規(guī)電力設(shè)備相比，雖然具有體積小和運行安全可靠的特點，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對質(zhì)量要求高，一旦GΙS 成套設(shè)備內(nèi)部某個元件故障，就有可能引起其他元件發(fā)生故障，進而導(dǎo)致整個GΙS 設(shè)備不能正常工作的嚴重故障。因此，GΙS 成套設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修是一項十分迫切和重要的工作。

狀態(tài)檢修是采用傳感器和測量手段對反映GΙS運行狀態(tài)的物理量和化學(xué)量進行檢測。根據(jù)這些監(jiān)測量判斷設(shè)備的運行狀態(tài)、健康狀態(tài)，并且初步判斷設(shè)備的可能故障。在此基礎(chǔ)上制定GΙS 成套設(shè)備的檢修計劃和檢修項目[6-8]。

3.1 GIS 成套設(shè)備狀態(tài)檢修的優(yōu)點

傳統(tǒng)的GΙS 成套設(shè)備的檢修存在許多缺點，如檢修工作頻繁，檢修工作安排不當(dāng)可能造成設(shè)備的強迫停運，打亂電網(wǎng)的正常安全穩(wěn)定運行；存在維修工作不足造成局部的故障不能完全排除或者維修過剩造成故障的進一步惡化；維修工作比較盲目，存在可能部分的維修是按照經(jīng)驗制定。由于GΙS 成套設(shè)備的狀態(tài)檢修是簡歷在設(shè)備性能和健康狀態(tài)的監(jiān)測與診斷的基礎(chǔ)上，因此相對于傳統(tǒng)檢修，其具有以下優(yōu)點[6-8]：

1）GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修能提高其安全性。由于狀態(tài)檢修能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的潛在故障和危險，指導(dǎo)檢修工作人員及時的安裝檢修工作以排除故障，提高了GΙS 成套設(shè)備的運行安全性。

2）GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修能提高其可用率。狀態(tài)檢修避免了檢修工作的頻繁，降低了由于強迫停運的事故檢修的概率和次數(shù)，因此提高了GΙS 成套設(shè)備的可用率。

3）GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修減少了其維修時間和費用。

4）GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修提高了設(shè)備的使用年限。

3.2 GIS 成套設(shè)備狀態(tài)檢修的常用方法

GΙS 成套設(shè)備狀態(tài)檢修的核心在于及時準(zhǔn)確的判斷的設(shè)備的健康狀態(tài)，因此需要首先研究設(shè)備各種運行狀態(tài)下的監(jiān)測信息的狀態(tài)判據(jù)。目前，GΙS成套設(shè)備過渡性狀態(tài)檢修常用方法如下[6-8]：

1）單一分析方法。這類方法主要側(cè)重對設(shè)備某一確定狀態(tài)的檢修，如基于油色譜分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論的故障狀態(tài)檢修方法。

2）基于多狀態(tài)信息的綜合分析方法。這類方法主要通過對GΙS 成套設(shè)備類的多種物理量和狀態(tài)量信息的監(jiān)測，采用證據(jù)理論等方法將多種狀態(tài)參數(shù)進行綜合，進而判斷設(shè)備的狀態(tài)信息。

3）基于Ιnternet、Ιntranet 和地理信息系統(tǒng)等計算機技術(shù)的實時在線監(jiān)測的檢修方法。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力負荷急劇增長的同時，對電網(wǎng)的運行可靠性和供電質(zhì)量的要求越來越高。然而由于線路通道和土地資源緊張，新建電源點比較困難。在此背景下，GΙS 設(shè)備以其獨特的優(yōu)勢在電網(wǎng)中得到普遍的應(yīng)用。

1）介紹了GΙS 設(shè)備的優(yōu)點和缺點。

2）介紹了GΙS 設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要包括GΙS 設(shè)備主接線選擇、GΙS 成套設(shè)備室的通風(fēng)設(shè)計、GΙS 成套設(shè)備室的土建設(shè)計和GΙS 成套設(shè)備的常見故障分析。

3）介紹了GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修的好處及GΙS 設(shè)備狀態(tài)檢修的常用方法。

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