氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的運行與維護

雍成林，朱承明

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 江都 225200）

0 引言

江都水利樞紐共有4座大型泵站（以下簡稱江都站），一、二站裝有8臺水泵機組，配1000kW 同步電機；三站裝有10臺水泵機組，配1600kW 同步電機；四站裝有7臺水泵機組，配3400kW 同步電機，總裝機容量55800kW。江都站設(shè)有2座變電所，1座江都站變電所110kV 單回路供電，裝有25000和40000kV·A 的2臺主變壓器，供一、二、三站6kV 電源；另1座四站專用變電所，由江都站變電所轉(zhuǎn)供110kV 電源，該變電所裝有1臺31500kV·A的主變壓器，供四站6kV 電源。江都站變電所及四站專用變電所110kV 系統(tǒng)采用110kV 氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（以下簡稱 GIS）[1]。

GIS 是采用六氟化硫 SF6氣體作為開關(guān)設(shè)備的絕緣介質(zhì)，用 SF6為滅弧介質(zhì)，將母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等集中密閉在箱體中，綜合運用現(xiàn)代絕緣、開斷、制造、傳感、數(shù)字等技術(shù)生產(chǎn)的集智能控制，保護，監(jiān)視，測量和通訊于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。具有體積小、重量輕、安全性好、可靠性高、能適應惡劣環(huán)境條件下使用等特點。與以往獨立布置的高壓電氣設(shè)備相比，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，維護方便，但在實際運用中，尤其是與計算機監(jiān)控系統(tǒng)配合使用，如運行、操作、維護不當極易造成供電故障，甚至引發(fā)事故[2]。

1 GIS 主接線

江都站110kV GIS 主接線如圖1所示，主要由斷路器、快速接地開關(guān)、接地開關(guān)、三工位開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、進出線套管及相應各氣室間隔組成。

其中快速接地開關(guān)為故障關(guān)合接地開關(guān)，具有關(guān)合短路電流及開合感應電流能力，快速分合；接地開關(guān)僅用于檢修時保護安全的工作接地開關(guān)，慢速分合[2-3]。

2 GIS 控制基本原理

2.1 控制方式

GIS 開關(guān)設(shè)備控制方式有以下3種：遠控（遠方的控制按鈕或泵站監(jiān)控系統(tǒng)控制）、就地控制柜控制（就地柜按鈕的電氣控制）、開關(guān)操作箱處控制（開關(guān)設(shè)備操作機構(gòu)處的機械控制）。

2.2 閉鎖

圖1 江都站110kV GIS 主接線圖

GIS 開關(guān)為了確保電氣操作安全，有嚴格的操作程序要求及限制。為防止操作人員的誤操作，在進行 GIS 一次開關(guān)設(shè)備及二次控制電路設(shè)計時，設(shè)置了閉鎖及限制要求。GIS 開關(guān)設(shè)備的操作閉鎖的基本要求如下：當斷路器處于合閘位置時，隔離開關(guān)不能操作；當隔離開關(guān)處于合閘位置時，接地開關(guān)不能操作；當接地開關(guān)處于合閘位置時，隔離開關(guān)不能操作；當接地開關(guān)處于合閘位置時，斷路器不能合閘。

閉鎖及限制主要有以下4種形式：

1）電氣閉鎖。電氣閉鎖是為了實現(xiàn)操作閉鎖要求，防止誤操作，在斷路器、快速接地開關(guān)、接地開關(guān)、三工位開關(guān)等電氣控制回路之間設(shè)置的閉鎖。江都站變電所 GIS 閉鎖電路簡圖如圖2所示，該電路串聯(lián)在相應開關(guān)控制回路中。

為了檢修和試驗時單獨操作開關(guān)的需要，在三工位開關(guān)電氣控制回路閉鎖電路中設(shè)有解鎖電路。

2）機械閉鎖。機械閉鎖是指接地開關(guān)與隔離開關(guān)之間由機械實現(xiàn)的閉鎖。早期的 GIS 產(chǎn)品為了運行和檢修需要，主接線中每個隔離開關(guān)，配1個接地開關(guān)，原理如圖3所示。操作時，隔離開關(guān)在分閘位時，接地刀閘可接地，隔離開關(guān)在合閘位時，接地刀閘禁止接地，接地刀閘在接地位時，隔離開關(guān)禁止合閘，其間的操作順序要求通過電氣閉鎖實現(xiàn)，但電氣閉鎖不是絕對可靠的。近期的 GIS 產(chǎn)品，隔離開關(guān)與接地開關(guān)組合成1個三工位開關(guān)，該開關(guān)有3個工作位置，合閘、分閘、接地，簡稱三工位，原理如圖4所示。該開關(guān)只能處于其中1個位置，實現(xiàn)運行操作時的機械閉鎖，運行更加安全可靠。

圖2 閉鎖電路

圖3 隔離、接地開關(guān)

圖4 三工位開關(guān)

3）調(diào)度按鈕。GIS 開關(guān)設(shè)備為了供電線路檢修需要，在進線處專門設(shè)置了進線快速接地開關(guān)，該開關(guān)只有在上一級供電變電所調(diào)度下使用，為了防止誤操作，除與本變電所 GIS 進線隔離開關(guān)閉鎖外，另增加1個帶鑰匙調(diào)度按鈕，只有在接到上一級供電變電所調(diào)度指令，使用調(diào)度按鈕鑰匙，才能進行該接地開關(guān)的分合操作。

4）SF6氣壓過低報警和閉鎖。SF6氣體具有很高介電強度和良好的滅電弧性能，GIS 設(shè)備使用 SF6氣體用作絕緣及斷路器滅弧。為了滿足介電強度和滅弧能力，GIS 氣體應達到一定壓力。壓力過低表明GIS 間隔氣體泄漏，并可能導致絕緣強度和斷路器開斷能力下降，因此，GIS 設(shè)有氣壓過低報警，達到下限壓力時應閉鎖斷路器，不能進行分合操作，防止引發(fā)事故[4-6]。

3 GIS 運行管理

3.1 GIS 的操作

GIS 的操作必須按規(guī)定順序，即操作閉鎖的要求進行，以江都站變電所110kV 進線送電操作為例，操作順序和要求如表1和2所示的江都站變電所監(jiān)控系統(tǒng)操作票。

表1 110kV 進線送電操作票

為了正確操作，避免誤操作，引發(fā)操作事故，在操作中應執(zhí)行操作票制度。由現(xiàn)泵站設(shè)備運行操作，操作方式可分為以下2種：

1）現(xiàn)場操作。泵站運行前，應按電氣操作順序要求制定操作票，并審查。操作時，應嚴格按操作票規(guī)定認真執(zhí)行，過程：按操作順序進行，實行監(jiān)護、唱票、復誦、操作和復查。當操作有疑問或故障時，應停止操作。

表2 110kV 母線送電操作票

2）監(jiān)控系統(tǒng)上位機操作。監(jiān)控系統(tǒng)上位機控制操作程序設(shè)計，由自動化開發(fā)人員按電氣操作順序要求和限制，進行操作票或流程的制定，在監(jiān)控系統(tǒng)上位機操作程序中，前一條操作結(jié)果“回訊”應為后一條操作的限制條件，過程為操作、回訊、驗證、依次自動或手動確認進行下一條操作。當操作過程中出現(xiàn)設(shè)備故障拒動或通訊故障時，應能自動停止操作并返回該操作任務(wù)的原始狀態(tài)[7]。

3.2 GIS 的運行

SF6是一種無色、無味、無毒和不可燃且透明的氣體，但在電弧作用下會分解強烈的腐蝕性和毒性氣體。因此 GIS 室內(nèi)應安裝空氣含氧量或 SF6氣體濃度自動檢測報警裝置。GIS 室內(nèi)空氣中氧氣應大于 18% 或 SF6氣體的濃度不應超過1000μL/L（或6g/m3）。GIS 室內(nèi)應裝有足夠的通風排氣裝置，排風口設(shè)置在室內(nèi)底部；運行人員經(jīng)常出入的 GIS 室，每班通風時間不少于15min；對不經(jīng)常出入的 GIS室，應定期檢查通風設(shè)施。室外 GIS 發(fā)生 SF6氣體嚴重漏氣事故時，值班人員應從上風接近設(shè)備；GIS安裝在室內(nèi)時，在進入室內(nèi)前必須先行強迫通風20min 以上，待開關(guān)室內(nèi)含氧量和 SF6氣體濃度符合標準后才可進入。

GIS 依靠 SF6氣體具有很高介電強度和良好的滅電弧，而壓力過低會導致其性能下降，因此當斷路器 SF6氣體壓力降至閉鎖壓力時，應立即斷開操作電源，懸掛禁示牌，采取減負荷或上一級斷開負荷后再退出故障斷路器。

GIS 為保證二次控制電路閉鎖及限制要求的實現(xiàn)，防止操作人員的誤操作，GIS 在正常情況下，開關(guān)操作使用遠方操作或就地控制柜上就地操作方式，緊急情況下，在分閘電動操作失靈時可使用手動機械操作。

GIS 開關(guān)、隔離刀閘及接地刀閘電氣閉鎖回路在運行中應切至“聯(lián)鎖”位置。當電氣閉鎖回路存在某種缺陷無法進行操作時，應立即匯報并及時處理，但不得解鎖[8]。

3.3 GIS 的巡視檢查

為保證 GIS 可靠安全運行，運行期間應定期巡視檢查，主要檢查內(nèi)容及要求如下：

1）斷路器和隔離開關(guān)、接地開關(guān)及快速接地開關(guān)位置應指示正確，斷路器、隔離開關(guān)的累積動作次數(shù)指示應準確、正常。

2）各種指示燈、信號燈和帶電監(jiān)測裝置的指示應正常，控制開關(guān)的位置應正確，避雷器的動作計數(shù)器、在線檢測泄漏電流的指示值應正常。

3）裸露在外的接線端子無過熱，匯控柜內(nèi)無異?，F(xiàn)象，無異常聲音和氣味。外殼、支架等無銹蝕和損壞，瓷套無開裂、破損或污穢現(xiàn)象，外殼漆膜無局部顏色加深或燒焦、起皮現(xiàn)象。各類管道及閥門無損傷、銹蝕，閥門的開閉位置應正確，管道的絕緣法蘭與支架應完好。金屬外殼的溫度應正常。

4）各種壓力表的指示值應正常，設(shè)備應無漏氣現(xiàn)象。

5）GIS 室內(nèi)照明、通風設(shè)備、防火器具及監(jiān)測裝置應正常，完好。

非運行期間，為保證 GIS 隨時投入運行，應定期巡視檢查，每月 3～5次，并應記錄巡查情況、SF6氣體壓力表的指示值及環(huán)境溫度。檢查內(nèi)容及要求如下：SF6氣體壓力表的指示值應正常，無異常氣味，加熱器應按規(guī)定要求投入或退出[9]。

4 GIS 維修管理

為保證 GIS 可靠安全運行，應定期進行維護和檢修，主要內(nèi)容如下：

1）GIS 應按電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程要求進行預防性試驗，并將試驗結(jié)果與該設(shè)備歷次試驗結(jié)果相比較，判斷設(shè)備是否正常，是否符合運行條件。

2）GIS 每 2a應進行1次定期檢查，檢查維護的內(nèi)容主要有，操作機構(gòu)檢查維護、傳動機構(gòu)磨損檢查和添加潤滑油、斷路器的機械特性及動作電壓試驗、漏氣處理、控制系統(tǒng)檢查及絕緣測量、外殼的清掃和油漆。

3）GIS 在運行中發(fā)現(xiàn)異?；蛉毕輹r應進行有關(guān)的電氣性能、SF6氣體濕度、氣室密封性能、機構(gòu)動作機械特性等試驗，根據(jù)相應的試驗結(jié)果，進行必要的分解檢修。GIS 處于全部或部分停電狀態(tài)下，對斷路器或其他設(shè)備進行分解檢修，內(nèi)容與范圍應根據(jù)運行中所發(fā)生的問題而定，分解檢修應在制造廠指導下進行。

斷路器本體在達到制造廠規(guī)定的或表3的操作次數(shù)時應進行分解檢修。斷路器分解檢修時，應在制造廠指導下進行。檢修時將主回路元件解體進行檢查，根據(jù)需要更換不能繼續(xù)使用的零部件。

表3 斷路器動作（或累計開斷電流）次數(shù)

4）GIS 每15a 或按制造廠規(guī)定進行1次大修，檢修年限可以根據(jù)設(shè)備運行狀況適當延長。主要內(nèi)容包括電氣回路、操作機構(gòu)、氣體處理、絕緣件檢查及相關(guān)試驗等[9-10]。

5 經(jīng)驗和總結(jié)

江都站變電所 GIS 設(shè)備自 2009年2月投入運行以來，至 2012年底，已運行942d，主要回路投切操作達352次。在運行中曾發(fā)生多起操作故障和不正常運行狀態(tài)，為正確處理和防止事故發(fā)生，總結(jié)如下：

1）GIS 的電氣閉鎖，GIS 在運行狀態(tài)下禁止解鎖，只有在檢修和試驗時，才能解鎖。

2）調(diào)度按鈕，只有在110kV 供電線路檢修時由上級供電部門調(diào)度命令，分、合110kV 進線接地開關(guān)時使用。合或分操作完畢后調(diào)度按鈕鑰匙應立即取出，另行保管。

3）解鎖開關(guān)，只有在110kV 相應間隔檢修或試驗時，根據(jù)工作票要求，操作相應三工位隔離和接地刀閘時，才可解鎖，進行相應分、合操作。操作完畢后解鎖開關(guān)鑰匙應立即取出，另行保管。

4）GIS 接地開關(guān)在運行操作中不作接地操作，只有在執(zhí)行檢修和試驗工作時，按工作票要求進行接地和退出。在運行送電操作中，接地開關(guān)位置在操作票中作為檢查和操作的必備條件。

5）斷路器運行操作時，禁止在斷路器操作機構(gòu)操作箱處進行機械合閘操作，緊急情況下可進行機械分閘操作。

6）GIS 運行操作中發(fā)生開關(guān)拒動時應查明原因，予以排除，在未排除故障前，不得解鎖，更不得再開關(guān)機械操作箱強行操作。

7）監(jiān)控系統(tǒng)上位機在進行運行操作時有可能發(fā)生因死機、系統(tǒng)程序出錯，導致操作和回汛混亂，同時電氣閉鎖電路也有可能發(fā)生錯誤，為避免此類故障造成操作故障或事故，在上位機進行操作時，應注意監(jiān)視操作過程是否正常，重要操作必要時應進行現(xiàn)場確認。

以上要求，為避免誤操作，建議安裝有 GIS 的泵站在運行規(guī)程和技術(shù)管理細則中做出明確規(guī)定。

[1] 江蘇省水利勘測設(shè)計研究院.南水北調(diào)東線第一期工程長江至駱馬湖段 （2003）年度工程江都站改造工程初步設(shè)計[R].揚州：江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，2004: 186-210.

[2] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL/T603-2006氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運行及維護規(guī)程[S].北京：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會，2006: 10-16.

[3] 江蘇省水利廳，江蘇省水利工程科技咨詢中心.SL317-2004 泵站安裝及驗收規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2005: 20-25.

[4] 雍成林，朱承明.江都抽水站更新改造工程技術(shù)[J].南京：水利水電科技進展，2011,5（5）: 53-58.

[5] 山東泰開高壓開關(guān)有限公司.GIS 設(shè)備使用說明書[R].濟南：山東泰開高壓開關(guān)有限公司，2007: 3-8.

[6] 江蘇省江都水利工程管理處.江蘇省江都水利工程管理處技術(shù)管理實施細則[S].揚州：江蘇省江都水利工程管理處，2010: 20-89.

[7] 蔣鋼.氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的特點、原理及運行[J].成都：水電站設(shè)計，2007,6（2）: 29-31.

[8] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL/T 555-2004氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗導則[S].北京：中國電力出版社，2004: 1-5.

[9] 國家電網(wǎng)公司，中國電力科學研究院.GB/Z 24836-2009110kV 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2009: 2-17.

[10] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL/T 618-2011氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場交接試驗規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2011: 4-6.