客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)220 kV GIS安裝及調(diào)試

蘇保衛(wèi)

0 引言

氣體絕緣金屬封閉式開關(guān)設(shè)備（簡(jiǎn)稱GIS）是將一座變電所中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體。

GIS采用的是絕緣性能和滅弧性能都非常優(yōu)異的六氟化硫（SF6）氣體作為絕緣介質(zhì)，并將上述的高壓電器元件密封在接地金屬筒中，因此與以往敞開式配電裝置相比，GIS具有如下特點(diǎn)：占地面積小、運(yùn)行的可靠性高、檢修周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量小、無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)、安裝周期短、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)電磁干擾等。自成昆電氣化鐵道首次引進(jìn)3套GIS設(shè)備以來(lái)，GIS技術(shù)在電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中發(fā)揮了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。隨著GIS國(guó)產(chǎn)化裝備技術(shù)的提高以及全國(guó)客運(yùn)專線的高速發(fā)展，GIS必將成為牽引供電系統(tǒng)的主流設(shè)備。

武廣客運(yùn)專線在武漢新客站及廣州新客站牽引變電所220 kV系統(tǒng)采用了二進(jìn)四出加母聯(lián)共計(jì)7個(gè)間隔。GIS安裝和試驗(yàn)的工藝質(zhì)量控制對(duì)日后設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，筆者全程參加新廣州站GIS的安裝施工，談一些安裝和試驗(yàn)的體會(huì)。

1 GIS現(xiàn)場(chǎng)安裝流程

為了保證順利進(jìn)行GIS安裝，在施工組織設(shè)計(jì)階段認(rèn)真考慮了多方面的問題。

GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了安裝過(guò)程本身就是控制GIS運(yùn)行質(zhì)量的最后一個(gè)關(guān)鍵階段。安裝實(shí)踐證明，保證清潔度、整體密封性、控制SF6含水量是GIS總體安裝和現(xiàn)場(chǎng)安裝中的關(guān)鍵點(diǎn)。安裝流程圖見圖1。

戶內(nèi) GIS的安裝及起吊的荷載條件大多采用電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)。應(yīng)考慮起重機(jī)起吊能力能滿足最大整體運(yùn)輸單元的安裝。新廣州牽引所 GIS的最大運(yùn)輸單元重達(dá)12 t，而初裝的起重機(jī)的額定起吊重量為10 t。經(jīng)過(guò)起重機(jī)生產(chǎn)廠家安全改造后才得以使整體運(yùn)輸單元順利就位。在現(xiàn)場(chǎng)組裝中，應(yīng)檢測(cè)出廠前已經(jīng)組裝好的間隔所充SF6的壓力，如果壓力測(cè)量結(jié)果與出廠時(shí)的數(shù)值相接近，即可認(rèn)為該間隔的密封性能基本良好。然后再測(cè)量該間隔SF6氣體的含水量，如果測(cè)量結(jié)果在合格范圍內(nèi)，就可以將該間隔的SF6氣體補(bǔ)充到滿足額定壓力。

現(xiàn)場(chǎng)需要做的是三相共筒式母線的連接以及同分支母線、套管、整體運(yùn)輸單元、電壓互感器、避雷器等設(shè)備的連接。導(dǎo)電的管制母線在加工過(guò)程中難免會(huì)存在表面毛刺和屑沫，這些東西都對(duì)GIS的絕緣帶來(lái)危害，因此要特別注意保證母線導(dǎo)體、密封管路的清潔。拆開管路之前要首先保證環(huán)境整潔，擦拭管路、母線等內(nèi)部零器件時(shí)要用專用無(wú)毛紙蘸高純度工業(yè)酒精，清潔完畢后要及時(shí)用一個(gè)塑料帽遮蓋套管口。

GIS經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝，應(yīng)對(duì)其拆裝對(duì)接的每一處密封環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的密封試驗(yàn)，如果存在漏氣則須返工處理，直至合格，以保證整個(gè)氣室的年漏氣率符合標(biāo)準(zhǔn)。新廣州站GIS的密封檢驗(yàn)是和水分處理相結(jié)合進(jìn)行的。首先通過(guò)抽真空定性檢漏來(lái)作為判斷GIS氣室是否漏氣，然后采用定量檢漏按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)GIS的所有法蘭密封面、管路接頭處用檢漏儀進(jìn)行檢測(cè)，判斷GIS的漏氣率是否超標(biāo)。

圖1 GIS設(shè)備安裝流程圖

現(xiàn)場(chǎng)水分處理方法采用抽真空、充高純氮?dú)馕盏姆椒ǎㄒ妶D2）。GIS產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，應(yīng)避免將普通氮?dú)猱?dāng)作 99.99%的高純度氮?dú)馐褂谩？墒孪葴y(cè)量一下水分，當(dāng)含水量在10 ppm左右，即可認(rèn)為無(wú)誤。

2 GIS現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，GIS要進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目與出廠試驗(yàn)項(xiàng)目基本相同。具體有：SF6氣體漏氣量檢測(cè)、SF6氣體含水量測(cè)量、導(dǎo)電回路電阻測(cè)量、斷路器機(jī)械特性試驗(yàn)、隔離開關(guān)和接地開關(guān)機(jī)械操作試驗(yàn)、高壓工頻耐壓試驗(yàn)、聯(lián)鎖試驗(yàn)、互感器試驗(yàn)等。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是檢查GIS裝置在包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和安裝過(guò)程中是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的行之有效的檢測(cè)方法，是GIS在投運(yùn)之前必須進(jìn)行的工作。

測(cè)量導(dǎo)電回路電阻的目的是驗(yàn)證在現(xiàn)場(chǎng)組裝后GIS的導(dǎo)電系統(tǒng)性能是否滿足要求。通過(guò)測(cè)量可以檢查導(dǎo)電系統(tǒng)每個(gè)導(dǎo)電連接點(diǎn)的裝配質(zhì)量，防止發(fā)生錯(cuò)誤裝配和漏裝。測(cè)量結(jié)果應(yīng)小于技術(shù)文件中標(biāo)明的導(dǎo)電回路電阻允許值。

互感器一般處在GIS的中心位置，如果存在任何質(zhì)量問題現(xiàn)場(chǎng)處理非常麻煩。現(xiàn)場(chǎng)要對(duì)電流互感器的極性、變比、伏安特性、二次接線的正確性進(jìn)行檢測(cè)。該項(xiàng)檢測(cè)應(yīng)在其他試驗(yàn)項(xiàng)目之前進(jìn)行，以免影響安裝進(jìn)度。

斷路器是 GIS的核心部分。斷路器里的 SF6氣體補(bǔ)充到額定壓力后要對(duì)斷路器進(jìn)行機(jī)械操作，測(cè)量其合閘時(shí)間、分閘時(shí)間和三極同期時(shí)間等機(jī)械特性參數(shù)。測(cè)量斷路器時(shí)間特性的連接測(cè)量線是利用變壓器單元套管出線端，將主回路中的隔離開關(guān)、斷路器全部合閘，在相鄰的2個(gè)單元間進(jìn)行。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，SF6設(shè)備的絕緣事故大多發(fā)生在未曾進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的設(shè)備上。因此，投運(yùn)前進(jìn)行絕緣項(xiàng)目的檢驗(yàn)是十分必要的。交流耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)檢查SF6氣體已達(dá)額定密度，微水含量和檢漏試驗(yàn)均合格，所有電流互感器二次繞組已短封接地，高壓電纜、電磁式電壓互感器、避雷器已與GIS隔離開。試驗(yàn)電壓施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，試驗(yàn)時(shí)分相進(jìn)行，其他非試相與外殼連接接地，從每相進(jìn)出線套管進(jìn)行加壓，試驗(yàn)中應(yīng)使GIS每個(gè)部件都至少施加一次試驗(yàn)電壓。由于GIS的絕緣介質(zhì)對(duì)地容量比較大，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高壓工頻試驗(yàn)時(shí)，采用高壓工頻試驗(yàn)變壓器往往達(dá)不到試驗(yàn)容量的要求，一般采用高壓串聯(lián)諧振裝置，其優(yōu)點(diǎn)是在相同容量下設(shè)備體積小，重量輕，要求的電源容量也較小。

圖2 GIS氣室水分處理工藝流程圖

GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)的第一階段是“老練凈化”，其目的是將設(shè)備中可能存在的活動(dòng)微粒雜質(zhì)遷移到低電場(chǎng)區(qū)域里去。通過(guò)放電燒掉細(xì)小的微?；螂姌O上的毛刺、附著的塵埃等。逐級(jí)升壓時(shí)，在低電壓下可保持較長(zhǎng)時(shí)間，在高電壓下則不許長(zhǎng)時(shí)間耐壓。施加電壓的幅值和持續(xù)時(shí)間見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓加壓過(guò)程圖

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量避雷器的泄漏電流比較困難，可利用電壓互感器做伏安特性的方法在100%額定電壓下檢查避雷器的泄漏電流。但要注意防止電壓互感器過(guò)載而導(dǎo)致故障。

工程的最后階段要檢查全部控制線路的聯(lián)鎖功能是否正確無(wú)誤。在設(shè)備集控柜上對(duì)全部聯(lián)鎖線路檢查滿足要求后，最后要在變電所的控制保護(hù)屏對(duì)全部斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作傳動(dòng)試驗(yàn)。

3 安全注意事項(xiàng)

安裝過(guò)程中對(duì)套管、管路、箱體等部位禁止重?fù)艋蚴┘宇~外的力，要特別小心，防止灰塵和潮氣進(jìn)入GIS內(nèi)部，應(yīng)用塑料布遮住法蘭孔，保護(hù)好充氣孔，不要使之損壞或沾污，切勿將罐體和管路上的蓋板隨意取下。

在抽真空前，迅速放置干燥劑，盡量縮短其在大氣中暴露的時(shí)間。使用真空泵時(shí)要防止因操作不正確導(dǎo)致真空泵中的油氣擴(kuò)散到管路及間隔，避免造成嚴(yán)重不良后果。

SF6開關(guān)設(shè)備的抽真空屬于粗真空范疇，在133 Pa左右時(shí)，擊穿電壓處于最低點(diǎn)。要求 GIS抽真空后充SF6氣體前不得測(cè)量主回路電阻，因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)品處于亞真空狀態(tài)，絕緣性能極差，測(cè)量試驗(yàn)可能引起盆式絕緣子因沿面放電而受到損害。

而直接安裝在母線上的電壓互感器、避雷器則應(yīng)在母線耐壓試驗(yàn)后再進(jìn)行安裝，否則會(huì)因試驗(yàn)增加額外的工作量。

當(dāng)需要打開已經(jīng)充氣的氣室時(shí)，應(yīng)采用SF6氣體回收裝置進(jìn)行回收，不得直接排放到大氣中。當(dāng)有大量SF6氣體外逸時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)迅速撤離，并立即投入通風(fēng)裝置。在低洼的電纜溝或電纜夾層作業(yè)時(shí)要加強(qiáng)通風(fēng)，嚴(yán)防SF6氣體引起人員窒息事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

220 kV GIS的安裝調(diào)試方法對(duì)于 27.5 kV、10 kV的GIS安裝同樣具有指導(dǎo)作用。

綜上所述，認(rèn)識(shí)到安裝、試驗(yàn)流程關(guān)鍵工序的重要性，嚴(yán)格按照工藝流程對(duì)GIS進(jìn)行安裝、調(diào)試，對(duì)于減少牽引供電系統(tǒng)維護(hù)的工作量，確保供電系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

[1]尹小平.GIS設(shè)備安裝中的有關(guān)問題[J].冶金動(dòng)力，2006，117（5），12-14.