變電站GIS設(shè)備全天候柔性檢修室系統(tǒng)

胡卡，徐燦，肖文凱，韓煦，潘章達，張明祥，翟顯

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，湖北 武漢 430077；2.武漢大學(xué) 動力與機械學(xué)院，湖北 武漢 430072）

城市化進程的推進，使得城市人口數(shù)量急劇增長，電力負荷與日俱增，在電力設(shè)備中，GIS設(shè)備已逐漸取代其他開關(guān)設(shè)備成為主流產(chǎn)品，因此GIS組合電器在220KV及以上電網(wǎng)中使用越來越廣泛。因此對電網(wǎng)的輸送安全穩(wěn)定性及其品質(zhì)有了更加嚴格、更加高的要求和期待。基于此，GIS設(shè)備的體積小、占地面積少、運行安全可靠等優(yōu)點能夠完美符合上述要求，其節(jié)約用地、簡化運維的優(yōu)越性彰顯無疑，所以被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)的建設(shè)中。但是GIS變電站多分布于工業(yè)基地和城市居民中心、商貿(mào)中心，一旦發(fā)生故障就會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和社會造成很大影響，因此發(fā)生故障后的檢修效率至關(guān)重要。本文著重從GIS設(shè)備應(yīng)用存在的問題、故障后所面臨的檢修環(huán)境以及模塊化檢修室系統(tǒng)的研究與應(yīng)用三個方面，從GIS設(shè)備問題產(chǎn)生、問題分析、問題解決一整套科學(xué)的解決方法進行分析，從而防止或者減少GIS設(shè)備事故和重大缺陷，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行和可靠供電。

1 GIS設(shè)備應(yīng)用存在的問題

目前GIS最高工作電壓已達特高壓范圍，如俄羅斯的1150KVGIS已投運多年東芝公司制造的GIS其額定電流可高達12000A。GIS在我國各電壓等級電網(wǎng)中也獲得了良好的應(yīng)用，隨著GIS設(shè)備廣泛投運，一些存在的問題也逐步凸顯出來，主要存在以下問題。

GIS的全部元件封閉在金屬箱內(nèi)，一旦箱內(nèi)出現(xiàn)故障，如局部放電、微粒在電場中運動、導(dǎo)體連接處異常溫升等，在箱外難以被及時發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)現(xiàn)和定位都非常困難。

結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部電器元件多，易使故障擴大，形成擊穿而波及相鄰電器元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易拆卸，并對檢修現(xiàn)場的要求非常高，出現(xiàn)故障后，現(xiàn)場維護艱難，并且維護時停電時間長。

各個制造廠商因產(chǎn)品特點而具有不同的安裝工藝，導(dǎo)致的一個變電站內(nèi)有幾種不同類型的GIS設(shè)備，其形狀和布置有差別，給后期檢修工作帶來很大困難。

2 故障后GIS設(shè)備檢修環(huán)境

從已有的經(jīng)驗來看，最常使用的是自然環(huán)境下的直接進行檢修的方式，但這種方式存在著很多的不足：如天氣情況決定施工進度、安裝環(huán)境影響檢修質(zhì)量等。然而GIS設(shè)備故障后只能通過解體檢修的方式進行，在檢修完畢后需要對GIS設(shè)備內(nèi)抽真空以及要防止空氣中的雜質(zhì)進入，因此只能在天氣晴朗的時才能展開作業(yè)，天氣情況又是一個不能確切掌握的因素，在南方雨雪較多，濕度很難保證；在北方天氣較為寒冷，溫度很難保證 。并且即便是在晴朗露天施工時，由于現(xiàn)在霧霾頻發(fā)，空氣中的雜質(zhì)或灰塵容易沉集吸附在GIS設(shè)備內(nèi)壁，造成持續(xù)放電，引起極大的安全事故。

從現(xiàn)有GIS設(shè)備故障遇到惡劣天氣情況下，通常采用搭建臨時的簡易帳篷、局部遮蓋GIS故障處等方式避免惡劣天氣，GIS設(shè)備故障檢修一般所花時間較長，且需要吊運檢修設(shè)備工具，因此傳統(tǒng)的規(guī)避惡劣天氣的措施不能保證GIS設(shè)備處在干燥的環(huán)境中。同時，GIS設(shè)備主要的絕緣氣體六氟化硫容易泄漏，現(xiàn)場需要有相應(yīng)的檢測設(shè)備，保證檢修人員的安全。

3 GIS設(shè)備全天候柔性檢修室系統(tǒng)

為了更好的進行對GIS設(shè)備進行及時檢修，以及避免造成更大的經(jīng)濟損失，提出建造一個GIS設(shè)備全天候柔性檢修室，但是由于現(xiàn)場GIS設(shè)備形狀和現(xiàn)場會由于高壓產(chǎn)生靜電的要求，所以一般的鋼鐵結(jié)構(gòu)材質(zhì)存在極大的安全隱患。如圖1所示現(xiàn)場不同類型GIS設(shè)備。

圖1 GIS設(shè)備現(xiàn)場圖

我們所建造的檢修室不同于平時我們所見到的常規(guī)的房屋式或者是帳篷式，存在以下技術(shù)難點：

（1）GIS設(shè)備檢修的部位下方有橫向的母線，是必須要穿過所建造的檢修室。

（2）在母線的左側(cè)部分，會有橫向BSG（充氣套管），在進行檢修時也是需要包含在內(nèi)部。

（3）在橫向BSG的左側(cè)還有縱向的BSG，在進行檢修時需要從上部突出檢修室。

（4）檢修工作都是在輸電線的下方進行，高壓輸電線會產(chǎn)生極大的靜電，因此鋼鐵結(jié)構(gòu)支撐件會存在較大的安全隱患。為了解決上述的局限性以及現(xiàn)場檢修時的難點問題，我們提出以下實施方案。

3.1 模塊化的柔性單元

根據(jù)上述難點和GIS設(shè)備檢修時的特點，在惡劣天氣情況下，如雨雪等惡劣天氣環(huán)境下對新型的GIS設(shè)備進行檢修。首先在現(xiàn)場搭建一個可根據(jù)現(xiàn)場施工需求的檢修室。難點在于現(xiàn)場GIS設(shè)備的形狀非常規(guī)，并且有穿出檢修室的部分，常規(guī)日常使用帳篷不能滿足現(xiàn)場檢修時所需要滿足的溫度、濕度、清潔度等等要求，因此需根據(jù)現(xiàn)場GIS設(shè)備狀態(tài)研制對應(yīng)簡便、快捷的檢修室。本文提出的理論模型為柔性材料機構(gòu)單元和模塊化設(shè)計生產(chǎn)以達到對不同類型GIS的覆蓋。

首先采用柔性材料結(jié)構(gòu)，即氣柱框架式骨架，不僅能夠滿足承受檢修室所需的力學(xué)性能，又能很好的避免產(chǎn)生靜電；骨架氣囊采用尼龍精編PVC雙面涂層布高頻熱合成型，電動泵或腳踏泵充氣即可快速成型并自動為骨架補氣以維持骨架內(nèi)氣壓平衡，在柔性狀態(tài)下可以巧妙的繞過GIS設(shè)備復(fù)雜的形狀。針對不同的GIS設(shè)備的特殊形狀，單獨設(shè)計、制造與其對應(yīng)的柔性單元。

其次將上述柔性氣柱骨架進行模塊化設(shè)計和生產(chǎn)，可以利用已有的柔性材料的優(yōu)勢加以繼承和發(fā)展。具體地說，將制作好的多個不同類型柔性單元結(jié)構(gòu)進行選優(yōu)、組合、變換，從而組合出新的滿足GIS設(shè)備特殊形狀的檢修室。這樣不僅使得檢修室的安裝、拆卸簡便、快捷；設(shè)備量小，靈活性高、大量節(jié)省時間成本。而且保證了檢修室單元的互換性和協(xié)作配合，可大大縮短檢修室搭建的周期，很大程度上提高了檢修的效率。

3.2 具體實施方案

（1）模塊化單元。檢修室骨架：采用三段式氣柱框架式骨架，每一段根據(jù)現(xiàn)場GIS設(shè)備不同形狀定制而成。不僅能夠滿足承受檢修室所需的力學(xué)性能，又能很好的避免產(chǎn)生靜電；骨架氣囊采用尼龍精編PVC雙面涂層布高頻熱合成型，電動泵或腳踏泵充氣即可快速成型并自動為骨架補氣以維持骨架內(nèi)氣壓平衡，不僅可以連接成剛性大的骨架用于支撐，還可以以小單元的形式根據(jù)現(xiàn)場施工的需求而調(diào)整檢修室的長度。

檢修室面料使用透明PVC膜和牛津布，較之于其他材料不僅有利于工人施工時的可見度，還經(jīng)久耐用，不易老化，具有防火阻燃，防風(fēng)防雨，耐高溫，寒冷等特點；檢修室常用輔配件拉鏈、織帶、拉繩、粘扣、松緊繩、pe泡海綿等。用于檢修室面料的拼接、遇到GIS設(shè)備特殊結(jié)構(gòu)時的處理，以及對整個檢修室的進一步的固定。

現(xiàn)場施工圖如圖2所示。

圖2 雙體墻和單體門結(jié)構(gòu)單元現(xiàn)場圖

（2）總裝示意圖和現(xiàn)場圖，見圖3、4。

圖3 檢修室門單元和骨架現(xiàn)場圖

圖4 GIS檢修室現(xiàn)場圖

首先將可擴展的氣柱框架式雙層墻體單元在柔性狀態(tài)下（未充氣）繞過GIS設(shè)備的母線和橫向障礙，然后用電動泵或腳踏泵充氣即可在10min內(nèi)快速成型；然后，通過連接緊固輔配件系統(tǒng)進行通用屋頂以及單層門結(jié)構(gòu)單元的連接，在遇到GIS設(shè)備縱向突出時采用特制屋頂進行拼接。這樣不僅能靈活避開即使在柔性狀態(tài)下也避免不了GIS設(shè)備復(fù)雜的突出的結(jié)構(gòu)，而且為檢修人員創(chuàng)造一個更大檢修的空間，還能解決GIS設(shè)備在檢修過程中的吊裝、檢修人員和檢修儀器進出問題。然后，采用可拼接拆卸的防雨面料結(jié)構(gòu)進行多次拼接，并使用上下開合的圓筒結(jié)構(gòu)牛津布進行包裹后再用橡皮繩纏繞緊，達到水汽不入的效果。且防雨面料拼接時，上部邊沿多出5～10cm裙擺式重疊結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止雨水從連接處進入檢修室；最后，在檢修室的四周底部放置防風(fēng)沙箱，用橡皮拉繩將已布置固定環(huán)的骨架、防雨布料和防風(fēng)沙箱進行固定，此目的是為了加強檢修室的防風(fēng)效果，通過將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為橡皮拉繩的彈性勢能，有效的化解風(fēng)加到檢修室的載荷，從而提高檢修室的穩(wěn)定性。然后在骨架的下方地面置入輕質(zhì)高強度防刮地板，從而避免骨架被地面損壞，達到經(jīng)久耐用。

4 結(jié)語

針對出現(xiàn)在雨雪等惡劣天氣環(huán)境下對新型的GIS設(shè)備進行檢修，本文創(chuàng)新性的提出了一整套科學(xué)的解決方案，采用柔性模塊化的單元結(jié)構(gòu)，利用其相對獨立性、互換性、通用型強的優(yōu)勢進行組合拼接，實現(xiàn)檢修室簡便、快捷的安裝、拆卸，使檢修室有抗拉強度大、剛性大、穩(wěn)定性好、防雨雪、成型快等特點，真正實現(xiàn)全天候進行檢修，為變電站經(jīng)濟、便捷的解決GIS設(shè)備檢修問題提供了有力可靠的新途徑。

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