高海拔地区GIS设备微水超标分析及处理

[摘要]地区首个220kV变电站位于海拔3700多米的藏中高原，在GIS设备安装过程中，出现了内地罕见的出厂已严格处理合格气室内部微水含量超标的问题，在高原环境下，国内尚无此类经验借鉴，施工现场经过摸索、研究，找到一个较好的经济适用的处理方法。

[关键词]高海拔GIS微水超标 分析处理

中图分类号： O661.1 文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

拉萨曲哥220kV变电站位于自治区拉萨市附近，是第一座220kV电压等级的变电站，也是世界海拔最高的220kV变电站，站区海拔高度3738米，大气压力650kpa，仅相当内地60%多，拉萨市处于高原中部，冬季从10月至次年4月，由于雅鲁藏布江流域上空为西风气流，地面为冷高压控制，气候寒冷、干燥多大风，低温少雨雪，湿度特别小，故称干（旱）季或风季，夏季5～9月近地面层为热低压控制，西南季风进入高原，西风气流北撤，地区从南向北，从东到西被西南季风控制，降雨量非常集中，多夜雨、雷暴、多冰雹，空气湿润，故称雨季或湿（润）季，一天内天气情况变化多端，昼夜温差相当大，白天最高温度可达30℃左右，夜晚最低温度降至10℃左右。

2、问题的提出

拉萨曲哥220kV变电站的220kV GIS设备、110kV GIS设备都是室内布置，分别由山东泰开和上海西电提供，设备到货时间从7月初至7月中旬全部到现场，安装时间从7月15日开始到8月8日完成。现场安装时需打开的母线筒、分支母线筒、套管等经过抽真空干燥处理，先充注SF6气体至0.2Mpa，用漏点法进行微水测量，全部合格，平均含水量为60ppm。

在对断路器气室（含电流互感器）、隔离开关气室进行微水含量检测时，却发现大多数气室微水含量超标，这些气室均在设备出厂前由生产厂家干燥、密封处理合格，内部充注0.2~0.3Mpa SF6气体，现场安装无需打开，只需继续充注合格SF6气体至额定压力即可。在充注SF6前，内部压力0.2~0.3Mpa时现场检测（漏点法）情况如下：

3、原因分析

在发现上述问题的初期，现场分析主要原因如下：

由于在运输、安装过程中，上述气室均处于密封状态，内部充注正压的SF6气体，与空气隔绝，内部含水量超标可能是在制造厂组装时已受潮，干燥处理不合格所造成。

由于高原的特殊地理及气候环境，大气压力与内地大气压力相比仅有60%多，各气室内、外压力失衡所致。

同时，有反对意见认为：设备供货厂家均为国内较知名企业，生产厂家内部质量控制应处于受控状态，不可能出现如此大批量的不合格品；高原虽然地理及气候环境特殊，但同期在现场组装的母线筒、分支母线、套管等都一次完成，且没有出现不合格品，气候影响关系不大。

4、初期处理

初期现场处理的方法是：通过加强抽真空时间进行气室内部干燥处理，抽真空时间延长到18~20小时（厂家要求处理时间不小于8小时），真空抽气机组为国产ZXJ-300型，抽气极数：2级，抽气速率为300L/S，抽真空开始2小时后，真空度小于133pa，真空极限值至20pa，先期处理完成了6个断路器气室后，充注SF6气体至0.2Mpa再次进行微水量检测发现：充气完成2小时内检测数据基本合格，最小数据123ppm，最大数据148ppm；充气完成24小时后检测数据均已超标，最小数据220ppm，最大数据530ppm，无明显效果。

此时，生产厂家技术人员认为，由于高原气候影响，内部充注SF6气体压力应充至额定压力，仅充至0.2Mpa时不足以代表气室内部干燥情况，同时还影响了检测仪器的正常工作，于是，现场将2个断路器气室充至额定压力0.6Mpa，24小时后检测数据仅有微小变化，仍不合格。

与此同时，现场对2个断路器气室采用了充注氮气进行内部干燥的方法：内部抽真空处理后，先充注氮气至0.6Mpa，静置24小时，排出内部氮气，更换吸附剂，再充入SF6气体，24小时后检测，也无明显效果。

5、再次分析确定GIS内部水分的来源

经过上述多次干燥处理均不合格后，现场再次组织技术力量进行分析判断，并查阅相关技术资料后首先确定了GIS内部水分的来源：

GIS设备内部水分由下列原因产生：

GIS设备在制造、运输、安装过程中都可能接触水分，使水分浸入到设备的各元件中；

GIS设备的绝缘材料中带有0.1%~0.5%ppm的水分，可以慢慢地向外释放；

GIS设备的吸附剂中本身就含有水分；

SF6气体中含有水分。虽然SF6气体中的含水量在规程规定的范围内，但有研究表明，充入GIS设备内的SF6气体中的水分含量与外部环境有很大的关系，这是由于，GIS设备内部的压力高于设备外部的压力，但内部SF6气体中水蒸汽的分压力却小于设备外部的水蒸汽分压力，水蒸汽由GIS设备外部向内部渗透。

例如：如果GIS设备的环境温度为20℃，大气中的湿度为85%，SF6气体的压力为0.6Mpa，当SF6气体中的含水量为150ppm时，则GIS设备内部水蒸汽的分压力为：

0.6×150×10－6 =0.09×10－3Mpa

如果在GIS设备外部水蒸汽的温仍为20℃，其饱和压力为2.33×10－3 Mpa，当环境的湿度为85%，则其分压力为：

2.33×10－3 ×0.85 = 1.98×10－3 Mpa

那么，GIS设备外部和内部的水蒸汽压力之比为：

如GIS设备外部的湿度降低到40%，内部条件不变，则GIS设备内、外的水蒸汽压力之比变为：

大气中的水蒸汽压力减少,GIS设备外部的水蒸汽压力与内部之比也会降低。

⑴ 虽然GIS设备在出厂时都有可靠的密封措施，但水蒸汽的分子直径为3.2×10－10 m，而SF6气体的分子直径为4.56×10－10 m，水蒸汽的分子直径小于SF6气体的分子直径，水分仍可钻入到设备内部。

⑵ 由于拉萨地区处于海拔3700多米，大气压力只有内地的60%多，则当地的水蒸汽分压力会大大高于内地正常的压力。

经过对GIS设备内部水分产生原因的分析，结合现场安装时的GIS设备室内从各方面进行了控制，室内处于全密封状态，现场检测室内的环境湿度平均为25%~35%之间，从上述原因中可以排除1、2、3条原因的影响，根据4、5、6条原因，可以认定：由于在制造和运输过程中，水分慢慢浸入到GIS设备内部，在高原环境（外部水蒸汽压力加大，又正值拉萨地区的雨季，湿度大），浸入到设备内部的水分增大，同时，由于设备运输需经过高寒地区（唐古拉山口）、拉萨地区昼夜温差较大，设备内部出现了凝结水，断路器气室内还含有电流互感器，凝结水有可能附着在电流互感器的线圈表面，使抽真空干燥处理无法取得有效结果。

6、GIS设备内部水分的干燥方法

找到了GIS设备内部水分来源及可能的存在性质后，现场采取了如下措施进行GIS设备内部水分的干燥方法：

⑴ 对断路器气室采用进口大功率加热带从断路器气室外部及电流互感器的筒壁对气室加热，同时抽真空，筒壁加热至50℃左右，连续加热并抽真空14~16小时，除去加热带后再继续抽真空6小时，然后充注SF6气体至0.2Mpa，24小时检测，均合格，最小检测数据65ppm，最大检测数据95ppm。

⑵ 对隔离开关气室，先用工业无水酒精擦拭内筒壁及导体、盆式绝缘子等两遍，每次擦拭间隔5分钟，待酒精完全挥发后再擦拭第二遍，两次无水工业酒精擦拭后，再用丙铜擦拭一遍，待完全挥发后，密封，连续抽真空10小时以上，充入SF6气体至0.2Mpa，24小时后检测，均合格，最小检测数据55ppm，最大检测数据87ppm。

7、结束语

根据上述处理结果可知：在高原环境的设备制造过程中，除出厂前严格处理气室内部干燥外，还应采取更加可靠的密封措施，同时，出厂前气室内部不应充注SF6气体，应充0.2Mpa的高纯度氮气，现场安装后先对内部氮气的含水量进行检测，如检测合格，则进行抽真空后注入SF6气体；如不合格，则先处理后再充入SF6气体，以免造成经济、工期的浪费及对环境的影响。

上述方法，在高海拔地区的GIS安装过程水分超标处理中取得了成功，也为高海拔地区GIS安装取得经验。

[参考文献]

[1]龙爱平，种芝艺，张玮，李宏．高湿度地区GIS安装中SF气体水分控制 [J]． 电力建设，2010，(6)

[2]曹绍虹．GIS(全封闭式组合电器安装要求及注意事项 [J] .企业科技与发展，2008，(16)．