对预防GIS故障的初设建议

摘 要：GIS作为一种更新换代的高压电气设备，在电网的新建以及升级改造中被普遍运用，大有替代常规敞开式高压电气设备的趋势。但近年来却频频发生GIS故障，其中有的故障直接导致了电网大面积停电的电力安全事件，不仅对用电客户造成一定影响，对电网及供电企业也造成了较大损失。本文通过列举GIS典型故障案例，剖析其原因及产生源头，同时由横向及纵向对比论证了GIS的故障特点，又将GIS与常规设备进行深入对比，最后站在设备使用者的角度，对变电站的初步设计（如场地布局及设备选类）提出一些建议，以达到预防gis故障的目的。

关键词：预防；GIS；故障；初设；建议

1.前言

GIS（gas insulated substation）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6（绝缘性能和灭弧性能优异）绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。在实际运行中有占地面积少、绝缘性好、灭弧能力强、维护工作量少等优势，目前无论是新建工程或是升级改造工程，GIS几乎都是首选设备。但是近年来GIS故障频发，加之其检修难度大、周期长的缺点，对电网的安全运行以及变电检修队伍带来严峻考验。因此，GIS到底是好是坏，是该用还是不该用成为当下人们热议的话题。

2.典型案例及原因分析

2.1 事件概况

2014年4月11日，东莞某500kV变电站按计划进行220kV 5M母线由运行转检修操作。当在执行“拉开#3主变220kV 5M母线侧22035刀闸” 操作任务时，造成220kV 5M、6M失压。接着220kV 1M、2M母线，35kV1M、2M、3M母线和#1、#3、#0站用变失压。同时以上失压情况又造成了4个220kV变电站和13个110kV变电站失压，共损失负荷约600MW，约占东莞总负荷9%。

2.2 原因分析

故障GIS是2003年投运的某国产设备，通过事件调查组的调查分析，事件的直接原因是：在操作“拉开#3主变220kV 5M母线侧22035刀闸”操作任务之前，执行了“合上#3主变220kV 6M母线侧22036刀闸”操作任务，而22036刀闸无论从现场指示牌、刀闸连杆摆向位置、汇控箱刀闸位置指示灯及监控系统信息窗刀闸变位报文均显示已合闸，但实际却合闸不到位，动静触头还未接触。由于22036刀闸没有合上，造成在拉开22035刀闸时发生带负荷拉刀闸的操作，从而造成设备损坏及电网停电事件。

造成22036刀闸合闸不到位的主要原因是：机构内部部分元件锈蚀，特别是缓冲器活塞杆整体表面干涩且有较多划痕，在传动过程中阻力增大，造成刀闸合闸不到位。

2.3 源头分析

我们采用倒推的方法，推断引起锈蚀的原因：锈蚀是由于潮湿引起的，而潮湿是由外部环境恶劣引起的，而密封箱内有潮湿情况则是由箱体密封不良引起的，鉴于目前国产设备在设计、工艺及材料等方面较国际先进水平还存在一定差距，所以将机构箱置于室外会大大增加潮气进入的风险。因此，造成元件容易锈蚀的原因就是设备长期暴露在室外环境。

3.室外及室内GIS故障情况分析

以室外环境对设备不利为基础，我们对省内外57起GIS故障情况及特点进行调查。结果显示室外GIS故障有41起，占了71.9%；对我所GIS缺陷情况进行调查，2013年至2014年上半年发生36起GIS缺陷，其中户外GIS共有28起，占77.8%。同时我们还对比了两座220kV变电站投运以来的GIS缺陷情况，两个站使用同一厂家同型号设备，投运相差一年，而且一个站GIS在室外，另一个站则在室内，结果显示室外GIS的缺陷达到31起，室内的有17起，室外比室内GIS缺陷多出82%，室外缺陷多数是漏气、微水超标、二次接点受潮和二次元件损坏等，基本都与密封与防水防潮有密切关系。

分析其原因主要是室外GIS受到如强光、雨水、有害气体等外部恶劣环境的影响，加速了GIS外壳及传动部位的锈蚀和老化情况，由于GIS部分密封部位受到雨水和有害气体的腐蚀，容易使气密性下降，造成水分进入或漏气。而传动部位锈蚀时会使传动机构的应力增大，有可能会造成分合闸不到位。另外部分机构箱由于密封不严，雨水和潮气容易通过间隙渗入到机构箱内部，造成内部元件及接点受潮，加速了元件的老化，严重时还会产生设备误发信或误动的风险。因此，室外部分机构箱一般会采用防水胶将所有紧固螺丝或接缝进行涂抹处理，虽然可以起到一定的密封作用，但对于内部情况的观测和维护工作却造成了影响。

4.GIS与常规设备的优缺点对比

由表4-1的对比我们看到GIS的优点只是占地面积少和维护量相对较少，特别是在现代社会，征地建变电站的难度不断提高，变电站用地变得越来越有限，因此GIS才得以大显身手。但是由于GIS检修难度大和故障处理周期长（最快3-5天），加上各厂商质量掺差不齐，造成目前GIS故障多发的局面，对电网的安全运行形成较大威胁。另外GIS内部大量的SF6气体对环境及后代的影响是相当之大的。而常规敞开式设备结构简单，性能成熟可靠，如果发生故障需要更换在一天之内就可实现。因此，在国产GIS设备质量成熟稳定之前，采用何种设备较为合理还应综合分析。

5.对变电站的初设建议

一旦室外GIS发生故障，对检修环境也是提出较高的要求，如湿度不宜大于85%，以及需在无尘环境中安装等等，但室外环境往往很难达标，比如近期我们进行的一次室外断路器开盖检查就发现底部有很多尘埃。另外加上南方较多的雨季及潮湿天气，对GIS的检修复电工作极为不利。鉴于国外先进经验，GIS设备一般都布置在室内，可以最大程度降低外界环境对设备的影响，无论安装或检修都可创造一个良好的工作环境，不受外界及天气因素干扰。笔者曾到汕头局进行交流，发现他们的GIS设备大部分都安装在室内，经了解截止至目前还未发生过室内GIS故障。

综上所述，我们提出以下几点对变电站布局及设备选型的初设建议：

（1）新建变电站220kV及110kV等级GIS都应布置在室内，同时220kV GIS的避雷器采用外接常规式避雷器，当避雷器出现故障可快速进行更换。500kV等级由于一般采用HGIS，布局上可不做变动。

（2）110kV 终端变电站如无需设置母线可考虑采用常规设备室内布局，因为只有断路器、刀闸、CT、避雷器这几种设备，室内占地面积与GIS相当，但投入却会大大减少。从我局此类布局变电站的运行情况来看是十分稳定的。

（3）PASS设备也是较好的选择，不仅具有GIS占地少的优点，所有刀闸为敞开式设备，不仅可较为直观地观测到刀闸的分合闸位置，避免出现里外不一而引起故障，而且检修方便，还能减少SF6的使用量，建议应加强推广力度。

6.结束语

以上几点对变电站初设方面的建议是自GIS普遍应用以来总结出来的经验方法，但是GIS由于结构复杂，单靠室内布置虽能缓解老化程度，但还不能完全杜绝故障的发生，还需从设计、出厂验收、现场安装以及运行维护等方面把好质量关，才能将GIS隐患消除在萌芽中，切实降低GIS故障率。

参考文献

[1] 东莞供电局西安西电开关电气有限公司ZF9-252型 GIS检修维护手册.

[2] GB7674-1997《72.5kV及以上气体绝缘金属密闭开关设备》.