浅谈GIS设备的运行与维护相关注意事项

摘要：随着电网建设的发展，GIS设备在电力系统中的使用日趋增多，为保证电力生产和运行的安全，针对GIS设备在出厂、运输、安装等过程中存在的问题及容易发生的事故进行了分析，并提出了新装设备在日常运行、维护中的注意事项。

关键词：GIS设备；运行与维护；注意事项

1 引言

随着电力需求的发展，变电站建设地点越来越广泛，甚至深入城区。由于GIS 组合电器采用SF6气体绝缘，大幅度地缩小了常规设备的体积和变电站的占地面积。而且设备安全可靠、检修周期长、运行费用低，这些都是其它设备不能相比的，因此典型设计要求城区变电站采用GIS组合电器设备。GIS组合电器属新型电气设备，其结构复杂、制造工艺精细、质量要求高、生产成本昂贵。现场安装也比较复杂，工序繁多且要求十分精细，稍有不慎就可能会造成安装质量问题，留下运行隐患。目前，在珠三角地区的GIS安装，很多情况下由厂家进行。虽说厂家安装人员对设备情况比工程施工人员熟悉，但他们不了解运行情况，工作目的是为了完成安装任务，他们的目标只是为了交接试验的合格。但有些质量问题不是一次交接试验就可以检验出来的。如GIS气室的微水不合格，如果只是回收不合格SF6气体，随即注入合格的SF6气体，在短期内测试该气室的微水，会得到合格的结果。但这样的气室在运行一段时间后，通常在第二年的定期试验时将会被验出微水超标。为保证GIS 设备的安装质量，消除运行中的问题，本人总结了多个变电站GIS 组合电器安装与运行的经验和教训与大家交流讨论。

2 GIS组合电器的特点

SF6全封闭式气体绝缘组合开关(GIS)以占地面积小、可靠性高、安全性好、安装周期短、检修周期长等优点在国内外电力系统中得到广泛应用。GIS是由断路器、三工位开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线(三相或单相)、进出线套管、电缆终端等元件组成，并封闭在接地的金属壳体内，充有一定压力的SF6气体，其结构如图1所示。

断路器为共箱罐式结构，通常共用1台弹簧操动机构，机械连动，灭弧采用热膨胀加助吹自能式，三工位开关可实现接通、隔离、接地三种工况，结构紧凑，性能可靠。

GIS设备经过30多年的研制开发，现已被广泛应用于城市电网、水电站和山区66～220 kV电压等级系统。丹东供电公司近年分别在2个变电站安装了多套GIS组合电器设备。与分离式敞开设备相比，GIS组合电器设备结构紧凑、占地少；外界环境不易侵害，故障少；保护灵敏、动作可靠；内部充有SF6气体，灭弧和绝缘性能好。尽管GIS具有很高的运行可靠性，但由于装配工艺、制造材料的选择和运输等方面易出现问题，使内部不可避免地存在各种缺陷，如自由金属微粒、针状突出物、固定微粒、绝缘气隙等。这些缺陷在电压升高时将引起局部电场强度急剧增大，极易发展成放电通道，导致绝缘击穿，引发事故。局部放电是GIS绝缘缺陷的征兆和表现形式，对其进行检测能较早发现内部绝缘缺陷，以便采取适当措施，防止事故进一步扩大。

3 GIS组合电器的缺陷

3.1 制造厂选材不当

2009年4月19日，某局220kV变电站(220kV部分为SF6气体组合的电气设备)220 kV大盐线C相接地故障跳闸，重合闸不成功，造成变电站所带的水富变电站全站失压，构成A类一般电网事故。通过采样分析，确认事故原因为厂家选材不当，使220kV大盐线C相(断路器线路侧)电流互感器橡胶板在运行温度下产生易挥发的硫化物，银联接部位产生硫化银(Ag2S)，Ag+析出后，附着在盆式绝缘子表面，使其绝缘强度降低造成击穿。事故后，厂家和运行单位将该站其他5个间隔的电流互感器线圈橡胶板全部更换为纸绝缘板，更换后运行正常。事故造成该系统停电11天，期间倒闸操作频繁，易在操作中衍生其他事故，给电网的稳定运行带来了极大的风险，造成很大的经济损失。GIS虽然有很多优点，但一旦发生事故，由于备用材料和条件不足，修复时间较长(进口设备则需要更长时间)，后果严重。

3.2 二次接线错误

2008年北京市电力公司110 kV变电站GIS系统因电压互感器二次接线错误，造成短路，引起GIS设备爆炸。图2为上海MWB互感器厂生产的电磁式电压互感器二次接线图，图3为电压互感器二次辅助绕组B、C相短路情况。

解体检查发现，二次绕组表皮绝缘灼伤严重，导体烧黑，辅助绕组绝缘全部烧黑碳化变焦，而且与铁心间绝缘电阻为0，烧熔绝缘的烟雾使SF6气体绝缘劣化，造成A、B、c三相分别对GIS外壳放电，电弧放电能量造成气室内压力急剧升高，电压互感器盆式绝缘子由于压力过高而爆裂。此次事故为安装人员工作疏忽，在汇控柜端子排上拆装二次接线时误将B、C两相辅助二次绕组短接。

3.3 导电杆与触子接触不良

2010年3月12日220 kV粤北某变电站母线发生故障，多条线路开关发生跳闸、失压，自备投装置不动作。事故当天，对220 kV GIS外观检查未发现异常，对本体Ⅱ母线进行气体残留物试验，发现A相乙线侧气室内有60斗L／L SF6气体。打开封盖发现故障点在母线简的伸缩节(向甲线方向)500mm处。母线筒内导体对接处的导电杆与触指接触不良，长时间发热使抱紧弹簧失去弹性，导电杆与触指之间产生间隙，产生电弧，被电弧烧熔，触头的金属颗粒落到母线简内壳上，使触指座屏蔽罩对简体内壳放电。检查发现为安装工艺存在问题，导电杆拧人触指座的螺杆，其螺纹没有按规定拧入，导电杆插入深度小于12 cm(安装工艺要求对接处活动导电杆插入触指座后，应将活动导电杆的中心螺纹孔拧人触指座35cm)，未达到工艺要求。运行后在电动力的作用下，活动导电杆缓慢从触指中退出，使导电杆与触指接触面越来越小，造成接触不良，触头发热熔化造成单向接地短路。触头主要是指断路器和隔离开关的触头，当触头接触不良时会出现过热，长时间运行导致触头梅花触指失去弹性，触头电阻变大，发热后温度升高，触头金属物融化，形成尖端放电，引起GIS导体对外壳电弧短路。预防触头过热可以采取以下措施。

3.3.1 定期进行回路电阻测试

由于GIS设备的特殊性，不能单独测量断路器和隔离开关的接触电阻，一般可经断路器两侧维护点开关进行测量，得到包括两侧(维护接地)隔离开关接地电阻回路的电阻值，与投产前的测量值比较。当回路电阻值超标时，应结合负荷电流、故障电流、开断情况及同类设备回路的电阻值进行分析、比较，确定开关的检修方案。有条件时，可对同样结构的活动导电杆连接处进行全面检查和试验，有些厂家出厂试验时只给出整个间隔主回路的管理值，没有各支路接地开关的测量值和管理值，存在测量死区，给系统安全埋下隐患。国产触子带易氧化，接触电阻不稳定，建议采用进口产品。

3.3.2 定期或不定期使用红外热像仪对GIS设备触头部位进行温度测量

当GIS设备某部位温度比其他部位温度偏高，必须根据设备负荷情况、环境温度、历史数据进行综合分析。

3.3.3 对配有观察孔的隔离开关触头进行定期或不定期观察。通过观察隔离开关触头表面的颜色判断触头是否过热。

3.3.4 对GIS系统进行SF6气体分解物检测，全过程进行跟踪记录。

3.4 运行操作造成的缺陷

GIS设备为全封闭，只有个别厂家生产的GIS设备在隔离开关触头部位配有观察孔。GIS设备由于运行时间长、操作频繁、安装质量不好，在倒闸操作过程中发生假合、假分或分闸不到位而引起事故。预防和控制倒闸操作发生事故的方法如下。

3.4.1 对配有观察孔的GIS设备，当操作隔离刀闸或接地刀闸时，除观察其位置指示外，还必须观察其隔离开关触头的实际位置。

3.4.2 对于三相共用1台操作机构又没有观察孔的设备，在操作隔离开关过程中，可由现场运行人员观察隔离开关三相操作连杆的转动情况和机械位置指示的最终位置，判断隔离开关的分合闸情况。

3.4.3 隔离开关操作指令发出后，若隔离开关不能操作，必须关闭操作控制回路电源，防止指令自保持引起自动分合闸事故。

4 注意事项

日常维护的主要内容为SF6气体压力指示是否正常、分合指针和指示灯是否正确、有无异常声音或气味、接线端子有无过热变色、瓷套有无开裂和坏损、接地线和支架是否生锈或损伤。

4.1 做好事故预想及防范措施日常取气维护要做好事故预想及防范措施，防止阀门漏气导致绝缘击穿。GIS设备解体检修前必须进行培训，使检修人员掌握GIS设备气室图和主接线图，布置完善的安全措施。解体检修过程要严格按照GIS设备解体检查工艺和流程进行，更换隔离室内的吸附剂，重点清洁盆式绝缘子、管道内壁和“O”型密封圈，防止留有灰尘、潮气或遗物。GIS的组合电器试验，现阶段主要是对SF6气体湿度进行监测。断路器灭弧室湿度偏高时，操作会产生较多的有毒及腐蚀性物质，增大触头接触电阻，缩短触头寿命。断路器非灭弧室微水超标严重时，会使盆式绝缘子结露，引起绝缘子表面闪络，降低整体绝缘强度。

4.2 预防和控制SF6气体超标不定期对GIS设备进行超高频局放检测。常用的方法有电测法、光电法及超声波法。超声波法因抗干扰强、操作方便而适合现场应用。通过对气体色谱分析(特别是SF6气体在内部局部放电作用下的分解物分析)，判断局部放电情况，做出检修计划。定期测量隔离室中气体微水含量，适量的水分与SF6气体在200℃以上开始水解，2SF6+6H2O=2SO2+12HF+O2；生成物中的HF和SO2具有较强的腐蚀性和毒性。微水在绝缘和金属部件凝结成水，并附着在绝缘体和金属表面，造成沿面闪络，破坏绝缘。因此，发现测量值超标，要及时处理。对于安装封闭不严密或其他原因泄漏补气次数较多的气室，大气中的水分也会慢慢渗入，因此，要加强对气室微水的监测。微水测量结果受环境温度、湿度影响，微水测量最好在相同环境下进行测试和比较，当结果有较大偏差时，应采用2台不同仪器反复测量。

4.3 运行环境要清洁、无杂物运行中防止SF6漏气，防止灰尘、水分等渗入，防止外力对设备的损伤，防止单元间隔内气体伤人。

5 结束语

GIS设备实用化已有多年，其制造技术也在不断地发展进步。要尽快制定出其所有组成部件在各种气候、环境条件下的相应标准，并按照标准进行型式试验，以保证产品质量，要尽可能减少设备制造中的不完善环节及运行中的隐患。同时还要加强安装及运行过程中的技术监督，及时发现、处理隐性缺陷，保证GIS设备的安全稳定运行。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。