蔡 蒂，洪海程

（廣州供電局有限公司，廣東廣州 510620）

關(guān)于小型化GIS設(shè)備產(chǎn)品現(xiàn)狀及對(duì)策的探討

蔡 蒂，洪海程

（廣州供電局有限公司，廣東廣州 510620）

在電力系統(tǒng)中，由GIS（氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備）引發(fā)的設(shè)備故障對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了不可忽視的危害。簡(jiǎn)要介紹電網(wǎng)中GIS設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，闡述了小型化GIS設(shè)備產(chǎn)品在生產(chǎn)運(yùn)行中所造成的影響，在分析小型化GIS設(shè)備存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，探討了提升GIS設(shè)備健康質(zhì)量和運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵措施。

GIS；小型化；改進(jìn)措施

0 引言

近年來(lái)小型化GIS設(shè)備產(chǎn)品在電網(wǎng)企業(yè)中運(yùn)行狀況不佳，新投運(yùn)的GIS設(shè)備平均故障率高于CIGRE統(tǒng)計(jì)的平均值。GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝工藝控制不嚴(yán)遺留的質(zhì)量隱患，是誘發(fā)GIS設(shè)備故障的主要原因，加之設(shè)備采用全封閉設(shè)計(jì)，一旦發(fā)生故障損壞，事故處理和隱患排查尤為困難，需要耗費(fèi)大量人力、物力，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)企業(yè)的正常安全生產(chǎn)工作。

為此，有必要對(duì)GIS設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)查，對(duì)小型化GIS現(xiàn)存的問(wèn)題進(jìn)行分析，以期找出對(duì)策，降低GIS設(shè)備故障率，提高GIS設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

1 存在的問(wèn)題與分析

1.1 GIS設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

1.1.1 國(guó)內(nèi)GIS設(shè)備發(fā)展史

1971年，西安高壓開關(guān)廠研制出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)110 kV GIS樣機(jī)，斷路器為單壓、定開距雙斷口。1973年西安高壓開關(guān)廠生產(chǎn)出我國(guó)首臺(tái)110 kV GIS，并在湖北丹江口水電站投入試運(yùn)行；1980年又成功研制我國(guó)第一臺(tái)220 kV GIS設(shè)備，并于1982年在江西南昌斗門變電站投入試運(yùn)行。

1.1.2 GIS設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)

隨著GIS設(shè)備的不斷完善和電力系統(tǒng)發(fā)展的快速需要，高壓開關(guān)設(shè)備選用GIS組合電器已成為全球電網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，與此同時(shí)，GIS設(shè)備則沿著共筒化、復(fù)合化、小型化、智能化、超高壓大容量化的方向迅速發(fā)展[1]。

（1）三相共筒化

在72.5～300 kV級(jí)，GIS設(shè)備明顯趨向于三相共筒化。歐洲和日本都在大力發(fā)展三相共筒化結(jié)構(gòu)。日本設(shè)備生產(chǎn)廠商將參數(shù)設(shè)計(jì)得很高，做到了300 kV GIS全三相共筒化結(jié)構(gòu)，550 kV GIS母線三相共筒化結(jié)構(gòu)[2]。德國(guó)西門子公司的8DN8型GIS為三相共筒式結(jié)構(gòu)，其占地面積僅為分相式的50%，間隔寬度僅為0.8 m。

（2）功能復(fù)合化

所謂復(fù)合化是將斷路器、電壓互感器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等置于同一個(gè)罐內(nèi)。如采用三工位隔離／接地開關(guān)，使幾個(gè)功能部件共用一個(gè)罐體，可以使GIS結(jié)構(gòu)更合理，體積更小，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)，可靠性更高。日本三菱公司新開發(fā)的全新概念超小型復(fù)合化GIS，其安裝面積僅為原來(lái)的40%，體積約為原來(lái)產(chǎn)品的30%。

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化

相對(duì)發(fā)展初期，GIS已廣泛采用單斷口斷路器，使得GIS結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。另一方面，在結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，GIS設(shè)備零件數(shù)大幅減少，促進(jìn)了GIS小型化、輕量化的發(fā)展[3]。

（4）新技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)代光電及數(shù)字測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用使GIS的測(cè)控系統(tǒng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是光電壓互感器(OPT)與光電流互感器(OCT)用于GIS已研制成功。日本東芝公司研制的OPT，只相當(dāng)于線繞型互感器的1／3，而OCT的安裝空間則只有原來(lái)的1／24。

隨著高電壓技術(shù)和工業(yè)制造水平的發(fā)展，GIS設(shè)備小型化結(jié)構(gòu)是一種必然趨勢(shì)，同時(shí)設(shè)備生產(chǎn)廠家出于壓縮成本等方面的考慮，也進(jìn)一步促進(jìn)了GIS設(shè)備的小型化發(fā)展。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，目前，進(jìn)口或合資廠商126 kV產(chǎn)品間隔寬度最小可達(dá)到800 mm，252產(chǎn)品間隔寬度最小1 200 mm，國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)廠家126 kV產(chǎn)品間隔寬度最小為1 200 mm。

1.2 國(guó)內(nèi)主流廠家GIS產(chǎn)品調(diào)查

為進(jìn)一步了解國(guó)內(nèi)主流GIS產(chǎn)品小型化問(wèn)題，對(duì)部分廠家的結(jié)構(gòu)尺寸和絕緣裕度進(jìn)行了調(diào)查，詳見(jiàn)表1。

表1 GIS絕緣裕度調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

因部分生產(chǎn)廠家未反饋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)220 kV GIS最大尺寸的產(chǎn)品為新東北電氣ZF6-252型GIS，間隔寬度為3.3 m，最小產(chǎn)品為廈門ABB ELK-14 GIS產(chǎn)品，間隔寬度為1.68 m；110 kV GIS最大尺寸的產(chǎn)品為宏達(dá)日新GFBN12A型GIS，間隔寬度為1.45 m，最小產(chǎn)品為新東北的ZFW20-145型GIS和山東泰開的ZF10-126G型GIS產(chǎn)品，間隔寬度為0.8 m。

同一電壓等級(jí)GIS產(chǎn)品中，不少?gòu)S家同時(shí)生產(chǎn)大尺寸和小尺寸的產(chǎn)品。總體而言，設(shè)備尺寸的減少將造成設(shè)備最小絕緣距離的減少，最大設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)將增大，必然會(huì)犧牲設(shè)備的絕緣裕度。但GIS設(shè)備的外部尺寸與設(shè)備的最小絕緣距離和設(shè)計(jì)最大場(chǎng)強(qiáng)之間無(wú)必然聯(lián)系，例如新東北兩種型號(hào)的220 kV GIS產(chǎn)品：ZFW20-252型寬度為1.8m，斷路器氣室最小絕緣距離為135 mm，而ZF6-252型寬度為3.3 m，斷路器氣室最小絕緣距離為105 mm。因此，不應(yīng)僅從設(shè)備尺寸上考慮GIS設(shè)備小型化對(duì)絕緣裕度的影響，更應(yīng)關(guān)注其設(shè)計(jì)最大場(chǎng)強(qiáng)和最小絕緣距離。

1.3 小型化設(shè)備主要問(wèn)題

雖然GIS設(shè)備小型化是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，但近年連續(xù)出現(xiàn)了小型化GIS設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，反映出GIS小型化后，其設(shè)備可靠性值得引起關(guān)注。小型化GIS的質(zhì)量問(wèn)題可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。

（1）GIS的小型化，犧牲了設(shè)備的有效絕緣距離，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)最大場(chǎng)強(qiáng)，導(dǎo)致絕緣裕度低于常規(guī)產(chǎn)品，必然降低了設(shè)備抗擾動(dòng)能力。

（2）小型化產(chǎn)品對(duì)氣室潔凈度、導(dǎo)體表面光滑度，電場(chǎng)均勻度均有更高的要求，因此對(duì)制造工藝和安裝質(zhì)量有更高的要求，但通過(guò)對(duì)行業(yè)內(nèi)各設(shè)備廠家了解情況來(lái)看，大部分設(shè)備廠家的工藝控制、粉塵控制均存在漏洞，造成近年的GIS設(shè)備出廠質(zhì)量總體下降趨勢(shì)明顯。另一方面，工程實(shí)施環(huán)節(jié)中設(shè)備的安裝工藝、安裝環(huán)境把控不嚴(yán)，也導(dǎo)致入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量堪憂。

（3）小型化產(chǎn)品對(duì)絕緣盆子、絕緣拉桿等零配件也有更高的質(zhì)量要求，設(shè)備廠家對(duì)外協(xié)購(gòu)件的質(zhì)量管控也是影響小型化GIS運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要因素。

由于GIS小型化犧牲了有效絕緣距離，降低了絕緣裕度，且國(guó)內(nèi)制造行業(yè)的工藝質(zhì)量跟不上技術(shù)的發(fā)展，造成近幾年來(lái)電網(wǎng)企業(yè)GIS設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)的現(xiàn)象。在GIS設(shè)備出廠監(jiān)造環(huán)節(jié)，關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目均能夠發(fā)現(xiàn)重大質(zhì)量問(wèn)題；在GIS設(shè)備安裝驗(yàn)收環(huán)節(jié)，多次出現(xiàn)耐壓擊穿和其他的設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響基建工程、技改工程的按時(shí)保質(zhì)投產(chǎn)。在運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)，GIS小型化導(dǎo)致GIS設(shè)備的運(yùn)行可靠性降低，設(shè)備故障率居高不下，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性。

2 改進(jìn)措施與成效

鑒于小型化GIS產(chǎn)品在目前存在的諸多問(wèn)題，考慮從以下幾個(gè)方面改變目前的局面。

2.1 設(shè)計(jì)選型

因行業(yè)內(nèi)對(duì)小型化GIS無(wú)明確的界定，且國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和電力企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)書對(duì)產(chǎn)品尺寸、絕緣裕度均無(wú)明確要求，設(shè)備選型階段無(wú)法對(duì)小型化GIS設(shè)備做出限制。因此，建議進(jìn)一步研究GIS小型化絕緣裕度問(wèn)題，明確小型化GIS的界定，在設(shè)備設(shè)計(jì)選型階段提出GIS設(shè)備合理的絕緣裕度要求，同時(shí)將GIS設(shè)備絕緣裕度要求寫進(jìn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范書，以期在設(shè)備采購(gòu)環(huán)節(jié)明確GIS產(chǎn)品的絕緣裕度，從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上要求設(shè)備制造廠家提供絕緣裕度寬裕的產(chǎn)品。

2.2 出廠監(jiān)造

小型化GIS對(duì)零配件質(zhì)量、裝配工藝有更高的要求，對(duì)小型化GIS設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備裝配工藝和零配件質(zhì)量控制，保證出廠設(shè)備質(zhì)量。

推廣對(duì)GIS設(shè)備的自主監(jiān)造工作，通過(guò)加強(qiáng)設(shè)備制造過(guò)程見(jiàn)證、提高設(shè)備出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等一系列措施，改善GIS設(shè)備出廠質(zhì)量。對(duì)小型化GIS產(chǎn)品出廠監(jiān)造進(jìn)行提級(jí)管控，加強(qiáng)裝配過(guò)程見(jiàn)證和質(zhì)量檢驗(yàn)；對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行抽檢；執(zhí)行更為嚴(yán)格的設(shè)備出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)220 kV及以上GIS產(chǎn)品進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)；對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目不合格的情況應(yīng)進(jìn)行追蹤，查明原因，研究處理措施并評(píng)估是否屬于共性設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題。

2.3 安裝驗(yàn)收

加強(qiáng)安裝和驗(yàn)收質(zhì)量管控工作，把好設(shè)備入網(wǎng)關(guān)。嚴(yán)格控制安裝環(huán)境，加強(qiáng)安裝過(guò)程檢查和清潔；試點(diǎn)由設(shè)備廠家負(fù)責(zé)完成關(guān)鍵點(diǎn)安裝，引入廠家專業(yè)技術(shù)量來(lái)保證設(shè)備的安裝質(zhì)量；嚴(yán)格執(zhí)行廠家制訂的安裝驗(yàn)收作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范安裝作業(yè)行為和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)一步規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)，除進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行局部放電測(cè)量。對(duì)耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生放電，或老練階段局部放電檢測(cè)發(fā)現(xiàn)信號(hào)異常的GIS設(shè)備，必須進(jìn)行開蓋檢查和處理后方可投入運(yùn)行。

2.4 運(yùn)行維護(hù)

持續(xù)提升GIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，繼續(xù)探索GIS狀態(tài)監(jiān)測(cè)新技術(shù)，提高突發(fā)性缺陷預(yù)判和分析能力。強(qiáng)化反事故措施執(zhí)行力，做好設(shè)備缺陷（故障）的跟蹤、分析和回顧。另外，將運(yùn)行中對(duì)GIS缺陷及隱患處理好的做法和經(jīng)驗(yàn)寫入設(shè)備技術(shù)條件書或反事故措施要求。

針對(duì)GIS設(shè)備投運(yùn)初期故障缺陷高發(fā)的現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)小型化GIS設(shè)備投運(yùn)初期狀態(tài)監(jiān)測(cè)，例如在小型化GIS設(shè)備投運(yùn)后一個(gè)月、半年內(nèi)開展局部放電、氣體成分分析和紅外測(cè)溫等帶電測(cè)試項(xiàng)目。

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)GIS產(chǎn)品相比，小型化GIS具備較好的經(jīng)濟(jì)性、安裝靈活性以及環(huán)保性，是目前GIS設(shè)備發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。但目前國(guó)內(nèi)的制造工藝發(fā)展相對(duì)滯后于高電壓絕緣技術(shù)的發(fā)展，因此而產(chǎn)生的GIS制造和安裝工藝控制不良等問(wèn)題，導(dǎo)致了GIS產(chǎn)品故障率升高的現(xiàn)象。

電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行部門應(yīng)在設(shè)備全生命周期中的四個(gè)環(huán)節(jié)提出措施來(lái)提升GIS設(shè)備健康質(zhì)量和運(yùn)行可靠性：一是明確小型化GIS的界定，研究GIS小型化絕緣裕度問(wèn)題，將GIS設(shè)備絕緣裕度要求寫進(jìn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范書，從技術(shù)要求上要求設(shè)備制造廠家提供絕緣裕度寬裕的產(chǎn)品；二是推廣GIS設(shè)備的自主監(jiān)造工作，保證產(chǎn)品出廠質(zhì)量；三是加強(qiáng)安裝和驗(yàn)收質(zhì)量管控工作，把好設(shè)備入網(wǎng)關(guān)；四是做好存量小型化GIS設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，力爭(zhēng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備隱患。

［1］汪沨，邱毓昌.氣體絕緣開關(guān)裝置（GIS）的近期發(fā)展動(dòng)向［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（2）：54-57.

［2］李建基.日本GIS技術(shù)的進(jìn)步［J］.電器工業(yè)，2007（2）：31-36.

［3］王琦，邱毓昌.SF6氣體絕緣開關(guān)裝置的小型化和智能化［J］.電力設(shè)備，2003，4（4）：28-31.

［4］陳飛.GIS設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2007.

Discussion on the Status Quo and Improvement of Minimized GIS Equipment

CAI Di，HONG Hai-cheng
（Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou510620，China）

Equipment faults generated by gas insulated switchgear have a serious negative influence on the safe and reliable function of high-voltage devices in power grid.A brief introduction is made to the development and trend of GIS equipment in this paper.And by expounding the minimized GIS’effect upon equipment running and maintenance，the available improvements for GIS running reliability have been analyzed and discussed according to the shortcomings of GIS equipmentminiaturization.

gas insulated switchgear；miniaturization；improvements

TM59

：A

：1009－9492(2014)12－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.032

蔡 蒂，男，1983年生，重慶人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：變電高壓設(shè)備。

(編輯：向 飛)

2014－07－29