GIS組合電器的安裝工藝和關鍵控制要點

李潤春，王露鋼，刁志昆

（吉林省送變電工程公司，長春市，130033）

0 引言

隨著“兩個電網(wǎng)”建設與改造工程的快速發(fā)展，尤其是交、直流特高壓工程的不斷建設，GIS組合電器的使用量快速增加[1-5]。GIS組合電器，具有占地面積小、噪音小、火災危險小、檢修周期長、運行安全、可靠等特點，還特別適用于智能型變電站，是電網(wǎng)建設的優(yōu)先選用產(chǎn)品。

此種設備既符合“兩型一化”的要求，又符合小型化、自動化的要求，但同時此種設備的安裝質量也有更高的要求。GIS組合電器的安裝工藝和質量控制要點尚未被普遍掌握，現(xiàn)結合自身的施工經(jīng)歷和實踐，淺談一下GIS組合電器的特點、安裝程序和工藝要求以及關鍵的質量控制要點。

1 GIS組合電器的特點

GIS組合電器基本是由斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、連接件等單元組成，這些單元均封閉在接地的金屬罐體內(nèi)。其內(nèi)部充有一定壓力的SF6氣體，SF6具有優(yōu)異的滅弧和絕緣能力。由于GIS的構造既封閉又組合，故占地面積小，占用空間少，基本不受外界環(huán)境影響，不產(chǎn)生噪聲和無線電干擾，運行安全可靠，且維護工作量少。它的突出優(yōu)點是：

（1）最大限度地縮小整套配電裝置的占地面積和空間體積，結構十分緊湊。在人口高度集中的大都市和密集的負荷中心，顯得更為重要。

（2）全封閉的電器結構，不受雨雷、塵沙及鹽霧等各種惡劣自然條件的影響，減少了設備事故的可能性，特別適合工業(yè)污染和氣候惡劣以及高海拔地區(qū)。

（3）安裝方便。因GIS已向三相共筒化、復合化和智能化方向發(fā)展，一般由整體或若干單元組成，可大大縮短安裝工期。

SF6斷路器的絕緣和滅弧介質均為SF6氣體。優(yōu)點如下：（1）滅弧能力強，介電強度高，絕緣性能好，斷口電壓可以做得很高，使用安全可靠。（2）介質恢復速度特別快，冷卻特性好，開斷近區(qū)故障的性能特別好，使用壽命長。（3）SF6氣體電弧分解場中不含有碳等影響絕緣能力的物質，觸頭在開斷電弧中燒損極其輕微，因此SF6斷路器又有允許開斷次數(shù)多、安裝操作簡便、檢修周期長、運行可靠等優(yōu)點。

2 GIS組合電器的安裝程序

GIS安裝是一項較復雜的工程，事前要確定好安裝流程圖、安裝程序和工藝標準，由安裝單位確定場地的高程差以及最高、最低點，經(jīng)監(jiān)理單位審查并經(jīng)業(yè)主認可后實施。施工、監(jiān)理、業(yè)主等單位適時對產(chǎn)品質量和安裝質量進行檢測，這是確保安裝質量的重大技術措施。

2.1 GIS組合電器元件裝配前的檢查

組合電器元件包裝箱拆除后所有部件要完整無損；瓷件無裂紋，絕緣件無受潮、變形、剝落及破損；元件的接線端子、插接件及載流部分應光潔、無銹蝕；各分隔氣室的壓力值和含水量應符合產(chǎn)品的技術規(guī)定；密度繼電器和壓力表應檢驗合格；緊固螺栓應齊全，無松動；密封良好。對每一充氣運輸部件應進行氣壓檢查，如發(fā)現(xiàn)問題，則應返廠處理。

為及早發(fā)現(xiàn)因長途運輸所引起的部件內(nèi)部結構變化，安裝前應及時測量各部件回路及主回路電阻。新SF6氣體應具有出廠試驗報告及合格證件，運到現(xiàn)場后每瓶都應做含水量檢驗，并抽樣做全分析。

2.2 GIS組合電器安裝

（1）在安裝前檢查與測試的結果符合要求后，GIS應以母線為基礎逐段安裝，如果間隔較多，為減少誤差積累效應，可選處于中間位置的間隔為第1安裝間隔，向兩側延伸；如果間隔較少，可選擇外側的間隔為第1安裝間隔。第1間隔就位后，應精心調(diào)整水平，使間隔的中心線與該間隔基礎的中心線盡可能一致，調(diào)好后將母線筒中的氣體經(jīng)處理放掉，再取下兩端封蓋，將密封面處理干凈。在安裝第2間隔時，也應處理密封面，裝好密封圈，調(diào)整好水平度，使其母線筒法蘭與第1間隔的母線筒法蘭對正，并保證連接觸頭的插入深度。第3、第4間隔同樣操作。

（2）安裝單元的清潔。每個單元的金屬罐體內(nèi)必須保證清潔、無雜質、無劃傷痕跡；不能使用已用過的密封墊；不得使用變形或有傷痕的密封圈；保證密封墊清潔，位置正確。設備法蘭口涂密封脂時，嚴禁使其流入密封墊內(nèi)側導致與SF6氣體接觸，腐蝕密封墊。通常使用吸塵器、高純酒精、工業(yè)潔凈紙清理罐內(nèi)導體、絕緣件及法蘭密封面。

（3）各單元安裝順序：斷路器單元→電流互感器單元→隔離單元→電壓互感器單元→母線單元→出線套管單元。

（4）在每一氣隔安裝完成后，應立即加裝吸附劑并開始抽真空，進行真空檢漏。

（5）真空檢漏通過后，本氣隔充入額定壓力的SF6氣體。充氣完成24 h后，用靈敏度不低于1×10-6(體積比)的檢漏儀對各氣室密封部位、管道接頭等處進行檢測，判定有無SF6泄露。

（6）各氣隔SF6水分含量的測量應在封閉式組合電器充氣24 h后進行。有電弧分解的隔室，微量水含量應小于150 mg/L，無電弧分解的隔室，微量水含量應小于300 mg/L。

（7）進行主回路工頻耐壓試驗。按GIS的特點，主回路工頻試驗應在主回路電阻合格、檢漏通過、水分含量和操作試驗合格后進行，耐壓試驗的程序和方法，按產(chǎn)品技術條件的規(guī)定進行，試驗電壓值為出廠試驗電壓的80%。主回路工頻耐壓試驗的目的在于檢查總體裝配的絕緣性能。

（8）進行遠端傳動、調(diào)試工作，合格后移交、投產(chǎn)、運行。

3 GIS組合電器的安裝工藝要求

安裝工藝是保證安裝質量的重要措施，安裝人員在安裝前必須認真學習相關規(guī)定和工藝標準，監(jiān)理、業(yè)主要深入工作現(xiàn)場，及時糾正違規(guī)、違章作業(yè)，方能避免安裝的返工或返修，確保安裝質量。由于GIS組合電器具有獨特的結構特點，因此它的安裝工藝有著更加嚴格的工藝和環(huán)境要求。

（1）單元裝配應在無風沙、無雨雪、空氣相對濕度小于80%的條件下進行，并要采取防塵、防潮措施。

（2）制造廠已經(jīng)裝配好的各電器元件，在現(xiàn)場組裝時不應解體檢查，如有缺陷必須在現(xiàn)場解體時，應經(jīng)制造廠同意，并在廠方人員指導下進行。

（3）應按制造廠的編號和規(guī)定的程序進行組裝，不得混裝，不許用物體撞擊SF6氣體氣室或壓縮空氣管路，不允許雜質進入氣室內(nèi)，不許損壞SF6氣體和壓縮空氣系統(tǒng)密封面和密封圈。

（4）使用的清潔劑、潤滑劑、密封脂和擦拭材料必須符合產(chǎn)品的技術規(guī)定，已用過的密封墊(圈)不得重復使用。

（5）所有螺栓的緊固均應使用力矩板手，其力矩值應符合產(chǎn)品的技術規(guī)定。

（6）設備接線端子的接觸面應平整、清潔、無氧化膜，并涂以薄層電力復合脂，鍍銀部分不得挫磨，載流部分其表面應無凹陷及毛刺，連接螺栓應齊全、緊固。

（7）在SF6氣體壓力充至額定壓力之前，斷路器只可用手力操作桿操作，不要操作其他任何部件以及斷路器的電動操作。

（8）在檢查已充SF6的GIS氣室內(nèi)部時，應先回收SF6氣體，然后吹入干燥空氣，并用氧氣濃度表檢查，當氧氣濃度大于18%時，才能開始工作。

4 GIS組合電器的關鍵質量控制要點。

4.1 GIS單元的清潔

GIS單元的清潔度是安裝過程中最重要的質量控制要點，此過程的質量關系到GIS設備能否試驗合格、順利投產(chǎn)。在做清潔度工作時，不僅要采取防塵、防潮措施，還要安排專人負責，清理后要協(xié)同廠家人員及現(xiàn)場技術人員復檢，做到萬無一失，清潔工作要做的可靠、徹底。清潔時要先使用細紗布或百潔布去除掉罐體及各導電元件上的毛刺及污痕，再使用高純丙酮、酒精及工業(yè)無毛紙等物品重新擦拭罐體內(nèi)壁及元器件，保證氣室內(nèi)無雜質。

4.2 氣室真空度及SF6氣體水分檢查

真空度的要求是繼清潔度之后的第2個控制要點，此工序是控制SF6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也減少了罐內(nèi)其他物質(絕緣體、密封體等)內(nèi)所含的水分，一般要求在充氣之前氣室真空度至少達到133 Pa再繼續(xù)抽真空0.5 h。國內(nèi)還有些廠家要求真空度達到40 Pa后，再繼續(xù)抽真空2 h。

GIS單元的固體絕緣介質表面吸附水膜時會使沿面電壓分布不均勻，因而使閃絡電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓，介質表面粗糙不平，有劃痕、毛刺，也會使電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低。吸附的水膜在高氣壓時易發(fā)生凝露現(xiàn)象，GIS設備帶電運行時就會形成電橋，使設備絕緣性能大大降低，發(fā)生擊穿現(xiàn)象。減少水分對GIS運行產(chǎn)生影響的另一關鍵控制要點是在于把SF6氣體露點必須控制在0℃以下，以防止溫度的變化使絕緣體表面上產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，絕緣體表面所附著的水珠和SF6電弧產(chǎn)物發(fā)生反應生成HF等低氟化物，這些低氟化物是使沿面的絕緣材料和金屬表面劣化的主要原因。但把SF6氣體的露點控制在-5℃及以下時，絕緣體表面凝結的就不會是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響，可以保證設備的穩(wěn)定運行。

4.3 密封性檢查

檢查氣密性的手段通常是采用聚乙烯塑料布局部包扎積累法測定，還要經(jīng)常檢查SF6壓力表讀數(shù)來作為密封性的輔助檢查。氣密性積累的時間通常是24 h。密封性能的好壞主要取決于罐體焊接質量，其次是密封圈的制造、安裝及調(diào)整狀況。安裝時要保證O形圈的壓縮量和修整的圓度；在清理罐體密封面的密封槽時，要用細砂紙，法蘭邊緣可以用銼刀、砂紙修磨。罐體加工后要用氣壓試驗來檢查密封情況，壓力取最高氣壓的1.125倍，用SF6與氟里昂混合氣體加壓，在總裝試驗時測SF6氣體的泄漏狀況，要求靈敏度不大于 1×10-8。

4.4 GIS設備的耐壓

從出場及現(xiàn)場試驗實踐證明，影響耐壓效果的最主要因素是絕緣體表面粗糙度和氣室內(nèi)雜質的危害。SF6氣體對由電極表面缺陷而引起的微觀電場不均勻狀態(tài)十分敏感，當SF6氣體壓力與表面粗糙度之積大于8 MPa·μm或SF6氣體壓力與導電微粒長度之積大于7 MPa·μm時，會引起局部電場畸變及強化，降低了放電電壓；當氣壓與粗糙度之積為40 MPa·μm時，擊穿電壓將下降一半;當導電微粒長度為1 mm時，擊穿電壓將下降30%；導電微粒長度為100 mm時，擊穿電壓將下降70%。因此無論在工廠或現(xiàn)場都應做耐壓或局部放電試驗，以驗證GIS是否存在致命的絕緣性能缺陷。

設備耐壓放電的過程及結果表明：微粒通常容易積存在罐體的底部，特別是在垂直罐體和母線筒的水平盆式絕緣子的上表面，這是靜電屏蔽效應的體現(xiàn)。在高電壓的加壓過程中，導電性雜質在外加電場的作用下豎起直立，在電場力超過雜質重力作用時，微粒開始上浮。特別是在交流電產(chǎn)生的場中，會使雜質一直處于振動和上浮的過程，即在不斷上下振動中又逐漸上浮，處于彈跳的狀態(tài)，這樣就會將雜質被驅趕到電場較弱處，也就是罐體的邊緣或盆式絕緣子的邊緣。這些雜質對耐壓效果有著非常大的影響。這就要求在GIS設備正式耐壓前，施加電壓較低但作用時間較長的電壓“老練”，“老練”時間必須大于耐壓時間，此過程對于消除微米級的細小雜質非常有效，這些細小雜質往往經(jīng)過一、二次放電以后即被消除掉，可使整體耐壓水平提高。如果老練時間過短，其結果可能使微粒振動上浮尚在途中，減少了懸浮微粒老練放電的概率，不能將小雜質全部清除，會出現(xiàn)老練不完全現(xiàn)象，因此每次老練時間不得少于5 min，如有條件還應延長老練時間。

5 結論

(1)安裝工藝是保證安裝質量的重要措施，安裝人員在安裝前必須認真學習相關規(guī)定和工藝標準，掌握GIS設備及SF6氣體的特點，針對設備特點編制出有針對性的安裝方案來指導施工，在施工過程中監(jiān)理、業(yè)主要深入工作現(xiàn)場，及時糾正違規(guī)、違章作業(yè)，方能避免安裝的返工或返修，確保安裝質量。

(2)潔凈度是安裝中最首要的控制要求，適當增加老練時間可以延長雜質層上浮過程，有助于微米級雜質的老練放電。

(3)密封性是GIS長期安全運行的關鍵，在整個制造、安裝、運行階段都要進行漏氣檢查，并從嚴要求。

(4)按國際規(guī)定的真空度控制氣室抽真空，來保證SF6氣體中含水量。

(5)GIS設備出廠和現(xiàn)場都要做耐壓和局部放電試驗，最大限度地消除所有絕緣缺陷。

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