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摘要：由于GIS设备在占地面积、运行可靠性、检修维护方便性等方面均较AIS敞开式电气设备优越，因此，GIS组合开关设备在电厂中得到广泛推广应用。在分析了GIS设备在电厂中应用的技术经济效益优越性后，结合自我工作经验，对GIS设备在运行过程中常见故障进行了归纳总结，并提出了提高GIS设备运行经济可靠性的几点技术措施。
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关键词：GIS组合开关；电厂；技术经济效益
由于SF6绝缘气体具有非常良好的绝缘性能，以SF6作为绝缘媒介可以大大缩短电气体开关设备间的绝缘安全距离，从而使电厂变电设备占地面积和空间体积得到大大缩小，可以有效解决电厂占地面积和空间体积不足的问题。从上世纪60年代以来，金属封闭组合式开关电器就在电力系统中发挥非常重要的作用，同时也取得非常良好的技术经济效益。在整个电厂变电系统中，除了主变压器(TMr)外，GIS将母线（TM）、断路器（CB）、隔离开关(DS)、电压互感器（TV）、电流互感器（TA）、避雷器（F）等电气开关和高压套管等密封在一个具有完善接地系统且充满0.25MPa~0.3 MPa的SF6绝缘气体金属壳内，利用SE6绝缘气体作为开关设备相间和相对地的绝缘媒介，从而使电厂变电设备占地面积比空气绝缘电气开关（AIS）大大减少，在电厂中发挥非常重要的作用。GIS组合开关设备以其运行可靠性高、占地面积小、检修维护工作量小、扩建方便、以及外形整齐美观等优势在电厂110kV、220kV、以及500kV变电系统中得到广泛推广使用。GIS内部结构十分复杂，其对清洁度、密封度、真空度等要求十分严格，其在实际运行中也存在一些急需解决的技术问题。因此，本文将结合自我多年的工作经验，对电厂GIS组合开关设备在运行过程中容易出现的问题及解决措施进行分析研究，以其为其它电厂进行电厂检修维护提供一定借鉴参考意义。
1 GIS在电厂中应用技术经济效益分析
为了分析GIS在电厂中应用的经济效益优势，此处以一2x330MW发电机组技术改造为例，该电厂变电设备电压等级为220kV，按照双母线接线方式，设置4回出线，其中1回为备用。在电厂建设过程中，考虑到当地恶劣的地质和自然气象条件，于是对GIS组合开关设备变电站和AIS敞开式变电站两种方案进行技术经济性比较分析，其投资费用比较数据如表1所示：
表1 电厂变电站投资费用比较表（单位：万元）
从表1可知，电厂采用GIS组合开关设备比AIS敞开式变电站其在设备价格方面要多出476万元，而相应在土建即电气安装费方面要少1249万元，同时由于其检修维护方便，检修维护周期长，其检修维护费用要少240万元，也就是电厂采用GIS变电站后，其总体要比常规AIS设备节约1013万元。也就是说，对于电厂变电方案而言，通过技术和经济等方面的比较，虽然GIS组合开关变电站方案其初始投资设备费要比AIS敞开式变电站方案多476万元，但GIS占地面积小，其土建造价、安装及维护费用等方面，GIS组合开关设备变电站方案比AIS敞开式变电站方案低1449万元，总体可以为电厂节约投资约1000万元，同时GIS组合开关变电站在技术上、运行维护方便性等方面均较AIS敞开式设备占有绝对优势，因此，GIS组合开关设备在电厂变电站中应用能够带来非常大的经济效益，具有非常大的应用推广前景。
2 GIS在电厂中运行常见问题
从上面分析可知，GIS组合开关设备在电厂中应用具有非常大的经济效益，但GIS组合开关设备由于其自设结构较为复杂，其在初始投资和运行过程中还是存在一些问题，如：一次投资较AIS（或HGIS）较大；GIS变电站占地面积小，如果GIS设备中某一部位发生爆炸，在有限范围内会导致变电站中大部分设备发生损害，影响其它设备的安全运行；由于GIS将所有间隔密封在一个充满SF6的金属封闭壳内，其间隔间使相通的，在对其中间隔进行检修时，很难实现运行间隔与检修间隔的完全分隔等。GIS设备内部结构十分复杂，其在实际运行过程中，也容易出现SF6泄露、内部放电、操作机构动作异常等问题。
2.1 SF6气体泄漏
GIS内部所有间隔是靠SF6绝缘气体进行绝缘隔离，而SF6绝缘气体泄漏则是GIS组合开关设备运行中最为常见的异常故障。在电厂安全运行规程中明确规定GIS内部气室年漏气率应低于1%，在运行过程中如果GIS是出于轻者漏气工况，则需要采取相关措施对GIS内部气室进行补气处理；如果GIS漏气较为严重时，会迫使GIS发生非计划停运等不利工况。
2.2 SF6气体中水分含量增高
从大量文献资料和实际工作经验可知，GIS气室中SF6绝缘气体水分含量增高通常与GIS气室中SF6绝缘气体发生泄漏有关。因为气体在泄漏过程中，外部水气会沿泄露通道向GIS 气室内渗透，这样就会使GIS气室内的SF6绝缘气体的水分含量增高。由于GIS设备对密封度和真空度要求十分严格，当SF6绝艳气体中水分含量增高时，就会引起GIS内部绝缘子或其他绝缘件发生闪络，从而危害GIS设备的安全稳定运行。
2.3 内部放电
从大量实际运行经验可知，GIS在运输过程中发生意外碰撞，安装调试、检修维护过程中没有检查出存在质量隐患的绝缘件，或造成内部发生不清洁等，均可能引起GIS发生内部放电故障。当GIS发生内部放电时，会产生冲击振动及声音，通过金属导体传向GIS外壳。由于GIS内部开关设备均密封在金属壳体内部，因此，电厂运行人员应加强日常巡视力度，及早发现GIS发生的内部放电缺陷，提高GIS运行安全可靠性。
2.4 内部电气元件故障
GIS组合开关设备将所有电气元件均密封在金属壳体内，从外观很难发现内部电气元件故障。因此，可以通过在线监测系统动态观察GIS内部电气元件的运行工况状态。
2.5 断路器操作机构出现异常
在GIS组合开关设备中断路器操作机构系统一般可以划分为液压操作机构和气动操作机构两类。从电厂GIS实际运行工况来看，气动操作机构出现问题较为频繁。气动操作机构会由于操作气压不稳、气压系统故障等出现异常，如空气压缩机压力管道发生漏气、电磁阀密封不严发生漏气出现气压异常；空气压缩机控制系统出现接触器触点接触不良等引起气压系统故障等。而对液压操作机构而言，一般为操作机构出渗油、油压压力异常等异常情况。
3 提高电厂GIS运行经济可靠性的技术措施
3.1 规范GIS安装调试工艺工序
GIS设备安装调试施工质量直接关系到GIS组合开关设备能否安全稳定、节能经济的高效运行。因此，在GIS设备安装调试过程中，电厂生产运行管理部门应指派专业的技术专人进行设备安装全过程技术监督。在进行SF6绝缘气体充入过程中必须严格按照相关安装调试规范进行，采取先抽真空再充入氮气的施工工序，待GIS气室内部干燥后，再抽真空，并静置24h后方能SF6绝缘气体。GIS设备安装调试过程中，必须做好各种安全防护措施确保施工人员和设备的安全。
3.2 加强GIS设备运行、检修维护人员综合技能培训
根据电厂选用的GIS设备型号类型，结合厂家技术资料邀请相关专家开展专项技术技能培训，切实提高电厂GIS设备运行、检修和试验工作人员的综合技术技能水平。
3.3 引进在线监测系统
推动GIS设备状态在线监测技术的研究，并在电厂中积极推广应用GIS在线超高频、超声波局放测量系统、SF6气体分解产物在线检测系统等先进在线动态状态监测系统。利用系统自动获得在线监测数据信息作为设备检修维护和故障分析预测的重要辅助决策参考依据，逐步推动状态在线监测和设备在线评估工作，有效提高电厂对GIS设备运行工况状态的掌握程度，便于其制定科学合理的检修维护制度计划。
3.4 做好GIS设备备品备件管理
结合电厂GIS设备元器件的使用年限、故障率、检修维护情况等信息，及时与厂家落实相关备品备件的供给。
3.5 规范电厂GIS设备日常交接班验收工作
在检修维护工作完成后，在GIS设备PT、避雷器进行回装后，应对其进行运行电压检查试验；对于新装或重装后的GIS设备在进行初次投运后，应该结合相关技术规范要求对GIS气室内各间隔进行局放超声波定位的测试，以确定所有设备元件具有较高的技术水平，确保GIS设备安全可靠、节能经济的高效稳定运行。
参考文献
[1] 梁之林,时朱大铭, 张英杰, 等. 两起 GIS 组合电器事故原因分析及建议[J]. 电力设备, 2007(7)：68-70.
[2] 罗学琛. SF6 气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M]. 北京：中国电力出版社，1999.
作者简介：沈永红 1972.3、男、汉族，山西忻州、大本学历，工程师，从1995年起长期从事电力系统信息管理、变电管理、继电保护工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。2390 |
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发表于 2018-7-16 21:04:54