GIS的技术特点\现场安装与调试

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　　 摘要：随着电力系统自身的发展以及对供配电可靠性要求的日益提高，GIS设备越来越广泛地运用在电力系统和工矿企业供配电系统中，GIS的安全运行离不开对它的正确安装和全面的现场试验。本文简要介绍了GIS的技术特点，着重介绍了220KV GIS现场安装、调试方法、经验及其注意事项，供同类产品安装人员现场参考。
　　 关键词 ：220 kV GIS 技术特点 间隔 安装 调试 试验
　　 一、GIS技术简介
　　 六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备，其英文名称为：SF6 Gas Insulated Metal Enclosed Switchgear(以下简称GIS)。它利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，将一座变电站中除变压器以外的所有一次设备优化设计成一个有机组合的整体，一般为积木式结构。总体而言，它由断路器(CB)、隔离开关(DS)、接地开关(ES)、电压互感器(VT)、电流互感器(CT)、避雷器(LA)、母线(BUS)和套管(BSG)八大部件组成。根据这些高压电器元件的不同布置可以实现各种电气主接线形式。这些电器元件通过梅花触头连接起来保持电气导通。由气隔绝缘子将整套GIS分为若干个独立气室．并且每个气室的额定压力根据设计要求可以不同，这些气室中的SF6气体彼此也不相通。GIS有如下特点：
　　(1) 结构小型化：采用SF6气体作绝缘和灭弧介质，大幅度缩小变电站的容积，实现变电站的小型化。
　　 (2) 可靠性高：带电部分全部密封于惰性气体SF6中，与盐雾、积尘、积雪等外部影响隔离，大大提高了运行的可靠性。此外还具有优良的抗地震能力。
　　 (3) 安全性好：带电部分密封于接地的金属壳内，因而无触电危险；SF6气体为惰性气体，所以无火灾危险。
　　(4) 杜绝了对外部的不利影响：因带电部分全封闭在金属壳体内，对电磁和静电实现屏蔽，不会产生噪音和无线电干扰等问题。
　　(5) 安装周期短：由于结构小型化，可以在制造厂实现整机装配，试验合格后，以单元或整个间隔的形式运达现场，因此可以缩短现场安装的工期。
　　 (6) 维护方便，检修周期长：因结构布置合理，灭弧系统先进，延长了检修周期，提高了产品的使用寿命。又由于其结构的小型化，安装位置距地面近，使维护更方便。
　　 以上特点使GIS特别适用于用地紧张的城市变电站、对供电可靠性要求高的核电站、山区水电站及污染严重的地区使用。
　　 二、220 kV GIS安装
　　 GIS设备的正确和精密安装是GIS投运的基础，也是现场试验的有力保障。因安装质量过程控制不好造成重大返工以及运行后出现气体泄漏反复处理的事例亦不少。
　　 1、安装前的准备
　　 （1）人员的准备
　　 根据设备安装量的大小，适当配置起重工、高压电工、电焊工等安装人员，配备专业且有经验的技术人员、质检员、安全员等相关人员。其中由设备厂家派驻现场的安装指导人员是必不可少的，根据实际情况可派2～3人（设备吊装就位阶段应多派人员如4人以上加强对设备的监护）。为保证安装质量，厂家指导人员必须全程跟踪安装程序，为安装施工人员作好技术指导和质量监督。组织相关安装人员
　　认真阅读GIS设备图纸、技术规范书和安装说明书，根据施工工艺和设备特点确定相应的施工方法和技术措施，明确安装步骤，制定安装计划。
　　 （2）施工机具的准备
　　 安装过程中必需的机具设备、工装、工具、辅助材料必须配备齐全并确保状态良好。主要有：室内行车、汽车吊、千斤顶、手动葫芦、滚杠、钢丝吊绳、尼龙吊带、电焊机、角向磨光机、吸尘器、通风机、进罐服、力矩扳手、套筒扳手、爬梯、经纬仪、水准仪、钢尺、水平尺、线锤、墨斗、砂纸、二次配线工具、安装用工装、SF6 气体回收和充气装置、SF6 检漏仪、水份仪、麦氏真空计、干湿度计、氧量仪、烘箱、移动式交流电源、直流电源、回路电阻测试仪、机械特性测试仪、高压试验设备、辅料(道康宁111 油脂、VP980 润滑脂、防水密封胶、酒精、丙酮、百洁布、白的良布、杜邦擦拭纸、记号笔、塑料膜、白布带)等，具体参考厂家安装调试程序中的要求。
　　 （3）安装的环境要求
　　 1）GIS厂房影响设备安装环境的施工作业已施工完毕，装配作业区内严禁进行产生灰尘及金属微粒的作业，否则不允许装配作业；行车已安装调试完毕经过验收颁证可供吊装使用；
　　 2）室内GIS安装前应确保相对密封洁净的环境，从外侧封闭墙体上有关孔洞、门下缝、电缆沟道，地面环氧自流平只剩余最后一遍，为保护地坪可满铺地板革，室内易积灰部位已彻底清理干净并用吸尘器吸干净；
　　 3） GIS设备的基础、预埋件已完工并经过交接验收，电缆沟支架已施工完成；
　　 4）室外附近施工区域的无灰尘产生，应进行间歇洒水；装配作业区内应经常清扫吸尘，保持地面清洁；
　　 5）施工作业区应有足够的吊装、倒运空间满足安装要求；
　　 6）装配作业区应满足：相对湿度≤70%、风速≤5m/s、照度距工作位≥300LUX、粉尘度在0.2mg/m3（20cpm，可用粉尘测定器测量）； 设备装配对接尽量避免在雨天、大雾、风沙天气条件下进行，以防湿气和灰尘进入罐体内部；
　　 7）装配作业区应设置用专用的垃圾回收装置，用过的“O”型圈、辅消材料及作业现场产生的垃圾应及时放入垃圾回收装置；
　　 8）现场安装的设备、工装和工具应摆放有序；
　　 9）装配作业区内禁止吸烟，装配区入口处设专人管理，非工作人员不得入内；配置CO2消防器材；
　　 10）进入作业区穿鞋套减少将外部灰尘带入室内。
　　 2、现场安装
　　 （1） 吊装运输设备前必须确认起重设备，如：行车、吊车、吊绳、吊带、吊环等的起重能力及产品自重，禁止盲目作业；
　　 （2）在厂家人员的指导监督下开展吊装作业，起重作业持证上岗。不能对套管、管路、箱体等部位施加额外的力或重击，以免损坏零部件； 设备临时放置处应在地面上铺设木板、木枕加强对环氧自流坪的保护。
　　 （3）按GIS设备的基础图和总体布置图要求，用经纬仪测设并在地坪上用墨斗画出各间隔中心线、基础埋件X轴和Y轴线、主母线的中心线、分支母线中心线，供GIS设备安装就位用。沿各中心线，按间隔用水准仪测出各控制点位标高，并做好记录，作为GIS就位的依据。
　　 （4）GIS运进厂房后，按施工方案中的已计划好的安装顺序和步骤进行各间隔就位和安装，用汽车吊配合行车和手动葫芦、千斤顶使设备精确就位，严格控制轴线和标高，水平度偏差以垫片支垫调整。
　　第一个就位的间隔要尤其重视轴线和标高，控制好误差精度，为后续间隔的拼装打好基础。注意每段主母线的拼接要仔细对准，缓慢调整轴线与标高，不得用蛮力进行法兰对接，确保安装精度，防止误差的累积。逐间隔安装完毕后，其最终安装误差在膨胀伸缩节处进行微调整，不超过±5mm。
　　 （5）进行GIS 壳体内部的安装、检查作业时必须对氧气浓度进行检测（氧气浓度应大于18%），必要时采取换气措施，否则不能进行内部作业；进行壳体内部作业必须有专人监护。为防止杂质进入本体内部，清理后的导体、壳体等应立即安装，外露部分要用塑料布包覆，对于暂时不安装的壳体、管路等，切勿将保护盖板取下。为防止杂质进入GIS内部，安装前应用塑料套盖住法兰孔。0 型圈在使用前要检查其外表面，不能有划伤、压痕等缺陷。在取下连接处的盖板后，用吸尘器将筒内杂质吸干净，按厂家作业指导书要求做好罐体内部、导体、盆式绝缘子、法兰结合面的清洗。在擦拭绝缘子时，严禁用擦过金属件的白色的确良布擦拭绝缘子，以免的确良布上微小金属颗粒附着在绝缘子上，严重影响其绝缘性能，而应用干净的确良布蘸少许丙酮擦拭绝缘件。在安装过程中，任何细小的毛刺和异物都不能存留在GIS内部，而应仔细清除干净。任何影响绝缘性能的缺陷都必须经修复合格后才能使用。所有打开的用于GIS内部的零部件，都不得长期暴露在空气中而应及时安装或用干净塑料布遮盖。导体连接部位涂敷VP980 润滑脂，密封面涂敷道康宁111 油脂；在法兰连接时，必须使用定位销，调节手动葫芦用撬杠将两法兰合拢再紧固螺钉，严禁用螺钉牵引两法兰合缝。在紧固螺栓时要求采取对称紧固的方法．并且不得一次性紧固，最后还需依次用力矩扳手紧固并用记号笔做好标识。

　　 （6）在所有GIS间隔和过渡母线筒安装完毕后，再进行分支母线、避雷器、电压互感器（注意避雷器、电压互感器耐压试验时要绕开）和套管的安装，安装方法与主母线连接相似。
　　 （7）进行高空作业必须使用安全带，且必须有专人监护。
　　 （8）户外分支母线的法兰面连接紧固后要立即进行注胶作业，若现场安装中断，例如：在夜间，法兰没有完成注胶，就必须对装配的法兰面遮盖以防止气候的直接影响。
　　 （9）附件的安装
　　 a．接地线的安装：接地线的正确安装直接关系到GIS设备的安全运行， 因此必须按照图纸及规范要求，正确安装接地线到环形接地网，环形接地网已与深埋接地网可靠多点连接。
　　 b．操作机构的连接：首先将操作机构正确安装到位，然后将其二次电缆连接至相应的就地控制柜，并连接好相间的传动连杆（一般情况操作机构已在厂内装配好，现场只需连好二次电缆即可）。
　　 c．气体系统的安装：将各气体连接管按照图纸要求安装在相应位置上，装好密度继电器，并将其信号线连接至相应就地控制柜。
　　 d．二次线的配作：由于GIS设备已在厂家成套调试完毕，绝大部分二次配线工作已在工厂内完成，因此现场需要配作的二次线较少， 只有少量的间隔间联锁线和到中控室的线缆。到中控室的线缆需与综保设备配合制作。在进行电缆终端装配或其他返修作业之前，必须确认SF6 气体已回收，且表压为零时，才能松开盖板或法兰的螺栓连接,法兰螺栓必须沿圆周方向均匀松动,不能一个一个的拆卸。
　　
　　 3 调试
　　 GIS的试验包括型式试验、出厂试验及现场试验。其中型式试验检验产品设计的正确性，验证GIS设备的各项性能： 出厂试验检验零部件在加工过程中是否存在缺陷；现场试验检查GIS设备在包装、运输、储存和安装过程中是否出现异常，是GIS在投运之前必须进行的，也是前两种试验无法替代的。现场试验内容按照GIS技术规范书的要求进行。
　　 3.1回路电阻的测试
　　 回路电阻测试主要检测GIS在现场安装时的主回路导体连接情况，检查是否存在导体插入深度不够和接触不良的部位。在GIS设备现场安装完毕后，应用回路电阻测试仪(直流电流不小于100A)参照出厂试验时的方法，将测量的电阻值与出厂试验值相比较，按照《72．5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》(GB 7674―1997)规定不超过20％ 时为合格。一些厂家允许在空气介质条件下做回路电阻，在厂家指导下进行这项工作，但严禁在真空状态下测量回路电阻(因为此时产品处于亚真空状态，绝缘性能极差，试验时可能引起盆式绝缘子因沿面放电而受到损害)。全部组装和充好SF6气体后方可进行现场试验。
　　 3.2水分处理、抽真空、SF6气体充注及检漏
　　 安装过程中要保护好充气孔，不要使之损坏或沾污。
　　 SF6气体必须提前送有资质单位检测，出具全相分析报告，抽检比例一般为新气的10%。现场SF6气体全部做微水试验，合格后方能使用。对试验数据要以最新的《工业用SF6气体》及GIS技术规范书要求取其较严的数值为判定依据。
　　 由于GIS设备是间隔整体运输的，有的气室在工厂内就将水分处理合格,而到现场又未打开，因此这些气室就不再需要抽真空和水分处理。断路器气室一般出厂时带有一定压力的SF6气体,可直接补气。对于现场打开过的气室以及重新组装的气室均需要进行水分处理。将在300℃经4h烘干的吸附剂放在密闭干燥的容器内冷却后，立即装入GIS气室中，以尽量缩短其在大气中暴露的时间，开始抽真空。若吸附剂装入GIS后未及时封盖超过4h，应将吸附剂重新进行烘干处理。
　　 用软管将GIS的气室与回收装置连接起来，启动真空泵， 抽至1托(133.33Pa)后继续抽30min，关闭气室阀门， 4h内压力变化不大于l托，则说明气室密封良好。若超过范围则需要再抽至1托并持续30min， 以确定是否存在泄漏或潮气释放。抽真空时，应防止真空泵突然停止或因误操作而引起倒灌事故;在使用麦氏真空计测量真空度时，应严格按操作程序并检查水银量是否符合要求，防止水银进入GIS设备内。应专人负责，正确操作，并在管路一侧加装电磁逆止阀。如果气室密封良好则充入SF6气体至1/2额定压力，待各间隔气室均充气后再补充充气到额定压力，这样可以减少因气隔两侧压力差变化太大对绝缘盆造成的不利影响。不能直接由气瓶向气室内充SF6气体，必须经过减压阀减压。充气至额定压力静置24h之后作密封检漏试验，检漏仪应无报警。必要时做定量检漏试验，其年泄漏值不超过1%。
　　 如果通过检漏测试合格后，应进行水分测试，按照GB 7674―1997规定有电弧分解物的气室水分应低于150ppm (体积比)，无电弧分解物的气室水分应低于250ppm。如果水分不合格，则需要将气室内的SF6 气体进行回收干燥后，再充入气室直至水分合格。
　　 3.3机械操作和机械特性试验
　　 断路器在进行电动操作之前，先慢分、慢合两次，应无异常现象。然后将机构储能至规定值，用机械特性测试仪进行断路器机械特性试验，测定各项性能参数，其试验结果应满足技术条件。对隔离开关和
　　接地开关进行操作试验，应操作灵活，无卡滞现象。
　　 3.4密度继电器动作压力整定值检测
　　 根据技术条件要求，对断路器气室的密度继电器进行SF6气体的低气压报警值和低气压闭锁值检测，对其它气室的密度继电器只进行SF6气体的低气压报警值检测。
　　 3.5联锁试验
　　电气联锁包括间隔内的联锁和间隔间的联锁。根据二次控制原理图逐一对各断路器、接地开关和隔离开关进行操作，观察其闭锁情况是否符合图纸要求。
　　 3.6绝缘电阻测量
　　 用1O00V摇表测量主回路对地绝缘电阻应大于1000MΩ，辅助回路对地绝缘电阻应大于2MΩ。
　　 3.7工频耐压试验
　　 工频耐压试验是GIS设备在现场安装后，调试程序中最重要的一项试验，也是投运前的最后一项试验。
　　 3.7.1主回路工频耐压试验
　　 现场主回路工频耐压试验考察GIS设备的合闸对地绝缘。试验前，避雷器、电压互感器和电缆终端应与主回路隔离，电流互感器二次端子应相互短接并接地，根据试验方案要求相应的主回路断口均应闭
　　合，接地开关均应断开，最后还需逐一检查各气室SF6气体压力是否在额定值。所有准备工作就绪后，从套管接线端子处施加电压值为出厂值的80％ ，历时1min无击穿为合格。如果整个工程GIS间隔较多，而试验变压器容量又较小时，则需要分段试验，试验方法相同。
　　 3.7.2辅助回路工频耐压试验
　　 辅助回路对地进行短时工频耐压试验，试验电压值为2kV，历时1min。
　　 试验结束后，除了应将各气室SF6压力补充至额定表压外，还应将各SF6气体密度继电器、压力开关、安全阀等整定至额定位置。所有试验合格后，安装过程中产生的应力也随开关操作时产生的振动而充分释放， 因此将GIS设备底架与基础埋件可靠焊接。最后进行外观检查，对GIS设备外壳补漆。
　　 GIS设备与一般设备不同，其安装、调试专业性较强，需了解设备的结构及原理，掌握设备的特点，保证各道工序相互协调与配合；对工作面的清洁度要求较高，要求在密闭的室内工作，要求操作人员穿整洁的工作服及工作鞋，工作仔细认真，还应具有高度的责任感，以确保工程的安装质量，保证GIS的安全投运。

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