李普明，朱 林，黃 偉

（1.廣東電網(wǎng)公司，廣東 廣州 510600；2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640；3.佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引言

SF6氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulted Switchgear，GIS)具有尺寸體積小、受外界環(huán)境的影響較小、配置靈活的特點(diǎn)，在110 kV及其以上各電壓等級(jí)的電網(wǎng)中得到了良好的應(yīng)用。尤其伴隨近年來的城網(wǎng)改造工程，GIS已成為主導(dǎo)開關(guān)設(shè)備，占據(jù)了重要的地位。

依據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，GIS的全密封結(jié)構(gòu)會(huì)使得其故障定位和檢修工作較困難。一旦出現(xiàn)故障，其平均檢修時(shí)間要比敞開式的變電站長，所造成的停電范圍更大，也更容易波及與之相連的非故障設(shè)備[1]。因此，GIS設(shè)備的隱患和事故將會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)的供電可靠性，嚴(yán)重情況下甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，對(duì)GIS設(shè)備的主要工作重點(diǎn)集中在狀態(tài)檢測(cè)、帶電檢修和絕緣監(jiān)督等方面，大量的成功經(jīng)驗(yàn)也見諸報(bào)端[2-6]。但對(duì)GIS設(shè)備的運(yùn)行狀況評(píng)估以及缺陷分析卻相對(duì)較為薄弱，尤其是缺乏從設(shè)備結(jié)構(gòu)層面上的缺陷產(chǎn)生根源分析、影響因素特征以及作用途徑上的解釋。

隨著廣東電網(wǎng)GIS設(shè)備總量的增多，近年來也多次發(fā)生了GIS設(shè)備重大設(shè)備缺陷或事故，例如香山站GIS事故導(dǎo)致主變跳閘，潭村站GIS母線微水超標(biāo)缺陷迫使設(shè)備停運(yùn)檢查等。因此，對(duì)GIS設(shè)備的運(yùn)行狀況評(píng)估和缺陷對(duì)策研究將具有重要意義。本文首先對(duì)近年來廣東電網(wǎng)GIS設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)，然后從設(shè)備結(jié)構(gòu)組成上尋找GIS設(shè)備缺陷的產(chǎn)生原因與關(guān)鍵影響因素，最后對(duì)缺陷增長的趨勢(shì)提出了從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、吊裝、驗(yàn)收到運(yùn)行維護(hù)底全方位解決對(duì)策。

1 廣東電網(wǎng)GIS設(shè)備應(yīng)用情況

伴隨廣東經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和廣東電網(wǎng)建設(shè)速度的加速提升，GIS設(shè)備在廣東電網(wǎng)中的應(yīng)用增長迅速。從1984年廣東電網(wǎng)開始投入GIS設(shè)備，在近30年時(shí)間，GIS的應(yīng)用強(qiáng)有力的支持廣東電網(wǎng)的發(fā)展。其應(yīng)用情況，可以歸納為以下幾點(diǎn)。

GIS設(shè)備總量增長迅速，在變電站配電裝置中所占比例在全國范圍內(nèi)屬于位列前茅。以220 kV等級(jí)的GIS設(shè)備為例，2002年廣東電網(wǎng)220 kV GIS共122個(gè)間隔，其中進(jìn)口GIS設(shè)備共38個(gè)間隔，國產(chǎn)GIS設(shè)備占84個(gè)；而2008年GIS設(shè)備總數(shù)間隔就已達(dá)到848個(gè)，其中進(jìn)口45個(gè)，國產(chǎn)585個(gè)，合資218個(gè)。根據(jù)廣東電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)資料顯示，截至到2008年在110 kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)中，配電裝置間隔中GIS設(shè)備3530個(gè)，在配電裝置間隔總數(shù)中所占比例接近32%，遠(yuǎn)高于其他電網(wǎng)中的應(yīng)用水平[7]。

GIS設(shè)備的國產(chǎn)化程度加大，出現(xiàn)了西高、平高和沈高等具有核心競(jìng)爭力的廠家，相應(yīng)的產(chǎn)品在廣東電網(wǎng)中均得到廣泛應(yīng)用。受限制價(jià)格成本，近10年來進(jìn)口GIS設(shè)備的應(yīng)用顯著低于國產(chǎn)設(shè)備。

多年來廣東電網(wǎng)的GIS設(shè)備總體運(yùn)行情況平穩(wěn)，整體事故率較低，未發(fā)生嚴(yán)重的、大面積影響的設(shè)備缺陷。從數(shù)據(jù)上看，2000年至2004年間國產(chǎn)220 kV GIS設(shè)備共發(fā)生設(shè)備事故7起，其中4起是安裝調(diào)試不當(dāng)造成，3起是制造不良所造成。且發(fā)生的位置相對(duì)集中，4起發(fā)生在母線連接部，2起發(fā)生在母線避雷器盤式絕緣子，1起在CT氣室。

GIS設(shè)備事故和重大缺陷有上升趨勢(shì)，需要重點(diǎn)關(guān)注。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，伴隨著GIS設(shè)備應(yīng)用的顯著增多以及設(shè)備的國產(chǎn)化，GIS設(shè)備事故和重大缺陷總數(shù)及缺陷率在各級(jí)電網(wǎng)中有一定的上升趨勢(shì)，在220 kV等級(jí)電網(wǎng)中較為明顯。以廣州情況為例，2009年共發(fā)生緊急（重大）缺陷15次，緊急（重大）缺陷率為2.80次/百間隔·年。其中，220 kV等級(jí)的GIS設(shè)備缺陷率為6.12次/百間隔·年，而110 kV等級(jí)中的設(shè)備缺陷率僅為1.59次/百間隔·年。2010年度共發(fā)生緊急（重大）缺陷31次，緊急（重大）缺陷率為3.19次/百間隔·年。

針對(duì)設(shè)備的缺陷次數(shù)和設(shè)備總體缺陷率有上升趨勢(shì)，需要從技術(shù)和管理兩個(gè)層面入手，通過雙管齊下跳出被動(dòng)局面。一方面，要從技術(shù)上加強(qiáng)對(duì)GIS電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)的了解，能結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)挖掘可能存在的缺陷與隱患缺陷；另一方面則要從設(shè)備質(zhì)量、性能上加強(qiáng)設(shè)監(jiān)督，同時(shí)做好設(shè)備的安裝與調(diào)試，注重維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的積累與及時(shí)總結(jié)。

2 GIS設(shè)備缺陷分析

2.1 GIS設(shè)備功能結(jié)構(gòu)

GIS設(shè)備由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線、電流互感器、電壓互感器、避雷器、就地控制柜、電纜終端等元件組成。從功能上可劃分為：（1）內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)；（2）密封系統(tǒng)；（3）接地系統(tǒng)；（4）SF6絕緣系統(tǒng)；（5）儲(chǔ)能系統(tǒng)；（6）電氣控制系統(tǒng)等。

2.2 各組成單元的隱患缺陷分析

GIS設(shè)備的各組成單元，其面臨的工作場(chǎng)景、分擔(dān)的任務(wù)與實(shí)現(xiàn)功能上具有明顯的差異性，例如內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到GIS設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而密封系統(tǒng)更多是涉及SF6氣體泄漏與滲漏氣隔。在本節(jié)中，將重點(diǎn)依據(jù)GIS設(shè)備的組成單元，從結(jié)構(gòu)上分析易導(dǎo)致缺陷的原因及缺陷的體現(xiàn)形式。

2.2.1 傳 動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)主要考慮與自身的機(jī)械性能相關(guān)因素。其隱患缺陷可重點(diǎn)體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：

（1）傳動(dòng)部件所選的材質(zhì)應(yīng)當(dāng)合理，可使傳動(dòng)部件不易受到氧化和在并保證持續(xù)拉伸等運(yùn)動(dòng)過程中不易碎裂；

（2）在考慮負(fù)荷頻繁增長、頻繁動(dòng)作的情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)的性能應(yīng)高效優(yōu)越，連接件的機(jī)械壽命長與支撐能力強(qiáng)；

（3）傳動(dòng)部件與容器的密封性、傳動(dòng)部件與外部關(guān)聯(lián)部件之間的接觸應(yīng)均保持良好。

2.2.2 密 封系統(tǒng)與SF6絕緣系統(tǒng)

密封系統(tǒng)與SF6絕緣系統(tǒng)主要是與SF6氣體密封性、絕緣性密切相關(guān)。這兩類的潛在缺陷可整理為：

（1）設(shè)備密封容器的性能不佳，例如密封部位、焊接部位存在砂眼，導(dǎo)致密封容器內(nèi)的氣體壓力顯著下降；

（2）設(shè)備投運(yùn)后老化或缺乏足夠的維護(hù)，從閥門、閥芯及底座等部位，使SF6氣體泄漏；

（3）SF6連接管道受到機(jī)械張力而變形、開裂等，致使設(shè)備漏氣；

（4）設(shè)備氣隔之間存在滲漏，一旦發(fā)生氣隔絕緣降低，滲漏氣隔間會(huì)相互影響；

（5）密封容器的內(nèi)部與GIS設(shè)備帶電部位之間可能存在放電；

（6）SF6絕緣系統(tǒng)中SF6氣體微水超標(biāo)、氣體純度不合格或SF6吸濕劑容器老化后產(chǎn)生雜質(zhì)，從而導(dǎo)致絕緣性能下降；

（7）SF6氣體繼電器的二次接線端子受潮誤發(fā)信，導(dǎo)致直流系統(tǒng)接地；

（8）SF6氣體繼電器的指示錯(cuò)誤，誤發(fā)閉鎖。2.2.3接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)的潛在缺陷主要涉及接地刀閘上。主要體現(xiàn)在：

（1）部分接地刀閘的內(nèi)部合閘位置無法直接觀察，需要輔助外部的聯(lián)動(dòng)拉桿進(jìn)行判斷；

（2）部分接地刀閘的輔助接點(diǎn)切換不到位，可能產(chǎn)生虛切換；

（3）接地開關(guān)應(yīng)具有線路側(cè)檢修接地和開合空載線路感應(yīng)電流的多重作用。

2.2.4 儲(chǔ) 能系統(tǒng)

儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要是氣壓彈簧機(jī)構(gòu)、液壓彈簧機(jī)構(gòu)，潛在缺陷體現(xiàn)在壓力容器是否完整，是否可保證相關(guān)的管道不出現(xiàn)泄漏，在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使用壽命是否可以保障。

2.2.5 電 氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)的潛在缺陷涉及工作電源、線圈及繼電器部件，其潛在缺陷主要體現(xiàn)在：（1）工作交流電源消失，影響儲(chǔ)能元件工作；（2）反復(fù)分合閘的情況下出現(xiàn)誤動(dòng)作，需要進(jìn)行手動(dòng)復(fù)歸；

（3）分閘線圈、合閘線圈和繼電器發(fā)生硬件損壞。

3 缺陷應(yīng)對(duì)策略

上一節(jié)中的各種潛在缺陷將會(huì)成為限制設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行的約束條件，一旦演化成事故就會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成巨大的損失。為了確保GIS設(shè)備的可靠與安全運(yùn)行，需要有從設(shè)計(jì)與制造、運(yùn)輸、吊裝、驗(yàn)收，運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)階段有具體的應(yīng)對(duì)策略。

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造階段

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性的考慮可能對(duì)產(chǎn)品性能造成不利影響的因素。對(duì)內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)而言，滿足傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣要求是首要因素。同時(shí)，還有器件材質(zhì)、加工工藝、器件配合精度等因素。要防止在某個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)損壞，而導(dǎo)致產(chǎn)品功能無法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于廣東地區(qū)的典型地質(zhì)特征及天氣狀況也應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段加以考慮。譬如，廣州春季潮濕，晝夜溫差較大，粵北地區(qū)可能出現(xiàn)寒冷天氣，設(shè)計(jì)階段均需要考慮相應(yīng)的氧化、腐蝕及熱脹冷縮因素，保留一定的支撐裕度。

對(duì)密封系統(tǒng)而言，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)更加合理和科學(xué)，制作工藝必須達(dá)標(biāo)，并根據(jù)用戶的反饋意見，在關(guān)鍵的密封面以及密封件上苦下功夫，選好密封材料，從整體上降低產(chǎn)品的連接面，減少設(shè)備焊接的長度和難度，從設(shè)計(jì)的角度減少泄漏的可能。而對(duì)于SF6絕緣系統(tǒng)，一方面，要重視微水超標(biāo)問題，考慮可循環(huán)利用的又不會(huì)老化分解雜質(zhì)的新型干燥劑；另一方面，還需要考慮在日常維護(hù)工作中更換、補(bǔ)充氣體的工作流程，進(jìn)一步降低現(xiàn)場(chǎng)人員的工作強(qiáng)度。

對(duì)于接地系統(tǒng)，除了重點(diǎn)注意產(chǎn)品接地的可靠性，還要注意增加觀察窗后，觀察窗對(duì)氣室內(nèi)分布電場(chǎng)的要求，以及窗體的密封性和防爆性能。

儲(chǔ)能系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程應(yīng)考慮壓力容器或管道的滲漏，設(shè)計(jì)好壓力容器及管道的密封性能，注重密封件的選材、密封面的加工精度等問題。

電氣控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意分、合閘線圈的熱穩(wěn)定性，應(yīng)選用質(zhì)量好、抗老化強(qiáng)度合適的元件，在斷路器經(jīng)過多次試驗(yàn)時(shí)能夠防止因頻繁操作而燒毀線圈，同時(shí)保證在設(shè)計(jì)生命周期內(nèi)能可靠動(dòng)作。

3.2 運(yùn)輸、吊裝、驗(yàn)收階段

首先，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量把關(guān)，消除制作過程中產(chǎn)生的毛刺、金屬微粒等，防止出現(xiàn)盲區(qū)。例如，連接母線和設(shè)備導(dǎo)體的鋁管，制造過程中，難免會(huì)存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓試驗(yàn)中放電的來源。

其次，在搬運(yùn)、運(yùn)輸、裝卸過程中，做好防止刮傷、夾傷、氣體泄露的保障措施，防止碰撞或運(yùn)輸過程中降低產(chǎn)品的光潔度，應(yīng)提高對(duì)重要部件的安放及運(yùn)行要求，例如選用正確的焊接方法、精湛的焊接工藝和高質(zhì)量的焊劑，現(xiàn)場(chǎng)拼裝中對(duì)壓力容器保持高真空度靜置，保證產(chǎn)品在總裝后的質(zhì)量可靠。

再次，裝配過程中保證裝配環(huán)境，避免安裝現(xiàn)場(chǎng)灰塵漫天加大部件的清潔難度。同時(shí)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)裝配管理，注重密封質(zhì)量。對(duì)于外部暴露在空氣中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，應(yīng)做好防腐蝕的措施。通過將部件安裝的責(zé)任落實(shí)到每個(gè)工作人員，嚴(yán)格遵照裝配流程，并及時(shí)完善裝配日志和做好連接部件的裝配標(biāo)記、防松標(biāo)記等。

最后，對(duì)于長型連接件，如管型導(dǎo)電桿，做好活動(dòng)接觸深度記錄，確保在氣溫急劇變化時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過程中意外脫落。

3.3 運(yùn)行維護(hù)階段

一方面，積極探討GIS設(shè)備的特高頻、超聲波等多項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，及早對(duì)潛在缺陷進(jìn)行預(yù)警；另一方面，逐步實(shí)施在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)視。同時(shí)，注重對(duì)GIS設(shè)備的跟蹤測(cè)量和綜合分析，提高設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的可靠性。結(jié)合日常的巡視、維護(hù)和缺陷管理工作，力爭及早發(fā)現(xiàn)并處理缺陷，避免事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

本文對(duì)GIS設(shè)備在廣東電網(wǎng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)，分析了近30年間GIS的發(fā)展與應(yīng)用情況。針對(duì)GIS設(shè)備缺陷總數(shù)與缺陷率上升的趨勢(shì)，從設(shè)備功能結(jié)構(gòu)入手挑出了缺陷產(chǎn)生的高危地帶，從各個(gè)功能組成單元上分析了可能產(chǎn)生缺陷的根源和容易受到的影響因素。為了確保GIS設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，本文從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、吊裝、驗(yàn)收及運(yùn)維等多環(huán)節(jié)提出了具有明確針對(duì)性的防范措施。本文的工作將對(duì)GIS設(shè)備的運(yùn)行管理以及日常維護(hù)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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