微正壓與環(huán)境控制技術(shù)在GIS設(shè)備安裝中的應(yīng)用研究

劉 軍，肖 遙，王震海

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230071)

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulated Switchgear，以下簡(jiǎn)稱GIS設(shè)備)由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，在其內(nèi)部充有絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。近年來，GIS設(shè)備在電網(wǎng)中應(yīng)用越來越廣泛。GIS設(shè)備的應(yīng)用能大大減少變電站征地面積，降低建設(shè)成本，而且GIS設(shè)備運(yùn)行可靠、操作安全性高、維護(hù)工作量小、檢修周期長(zhǎng)，從電網(wǎng)設(shè)備的全壽命周期成本來看，效益更優(yōu)，是未來電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向。

GIS設(shè)備是變電站的最重要的設(shè)備之一，該設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行非常重要。實(shí)踐表明，GIS設(shè)備的安全運(yùn)行不僅與產(chǎn)品的自身質(zhì)量有關(guān)，安裝設(shè)備時(shí)的環(huán)境濕度、空氣質(zhì)量等也非常重要。相關(guān)研究指出，約40%的GIS設(shè)備故障問題與安裝時(shí)質(zhì)量控制不嚴(yán)有關(guān)[1]。

國內(nèi)主流GIS設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)安裝時(shí)的環(huán)境都有明確要求，一般為：無雨雪、溫度10℃～25℃、環(huán)境濕度≤80%、粉塵度≤20CPM。安裝過程中，空氣濕度過大、空氣中粉塵度過大，都會(huì)導(dǎo)致部分部件絕緣強(qiáng)度降低，影響GIS設(shè)備的安全運(yùn)行。所以GIS安裝時(shí)，優(yōu)化安裝環(huán)境，非常重要。

在上述環(huán)境要求中，粉塵度的控制最為困難。在目前的條件下，GIS的安裝過程中普遍存在粉塵度難以控制等問題。本文在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，探索使用微正壓與環(huán)境控制技術(shù)構(gòu)建GIS設(shè)備安裝環(huán)境控制系統(tǒng)，同時(shí)建立環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保GIS在溫度適宜、低濕度、低粉塵度的環(huán)境下安裝。

1 GIS設(shè)備安裝環(huán)境控制系統(tǒng)

為達(dá)到GIS安裝環(huán)境條件，本文在總結(jié)已有工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[1,2]，探索研究出了一套GIS安裝環(huán)境控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采取抑制粉塵、隔離粉塵、清除粉塵等方式減少粉塵量，結(jié)合保持安裝環(huán)境微正壓、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)等措施，保證安裝環(huán)境一直在要求范圍內(nèi)。

1.1 抑制粉塵

對(duì)變電站內(nèi)GIS安裝區(qū)域采取臨時(shí)封閉措施，搭建圍墻對(duì)其他施工區(qū)域進(jìn)行隔離，GIS本體對(duì)接前對(duì)安裝區(qū)域及周圍道路進(jìn)行清掃和灑水，安裝區(qū)域外可配備移動(dòng)式降塵噴霧機(jī)定期對(duì)工作區(qū)周圍空氣降塵；GIS安裝期間，對(duì)GIS區(qū)域四周設(shè)置圍欄，布置密布網(wǎng)。在安裝區(qū)域周圍采用鋼管及扣件搭設(shè)圍欄，通過防塵圍網(wǎng)將安裝區(qū)域與周圍場(chǎng)地隔離，達(dá)到擋塵的效果。

1.2 隔離粉塵

GIS設(shè)備安裝前，對(duì)設(shè)備區(qū)域內(nèi)非基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行硬化處理，設(shè)備區(qū)域四周敷設(shè)密實(shí)防塵網(wǎng)，防止地面灰塵上揚(yáng)，達(dá)到抑塵的效果。

目前，變電站的戶外GIS設(shè)備布置，絕大部分為“一字型”成列布置，對(duì)接面也基本都在同一平面上。針對(duì)此種情況，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可以在GIS兩側(cè)鋪設(shè)軌道搭建拼裝式可移動(dòng)式防塵棚[3]，實(shí)現(xiàn)全方位隔塵。防塵棚內(nèi)部底部鋪設(shè)地板革，防止基礎(chǔ)灰塵進(jìn)入防塵棚內(nèi)，而且每天進(jìn)行清掃。

表1 隔離粉塵措施比較

圖1 拼裝式可移動(dòng)式防塵棚示意圖

拼裝式可移動(dòng)式防塵棚長(zhǎng)寬高選擇原則如下：

長(zhǎng)度：保證GIS對(duì)接面施工安裝要求；寬度：大于等于GIS基礎(chǔ)寬度；高度：大于等于GIS設(shè)備就位后最大高度，并留一定裕度。

硬化方案：假設(shè)防塵棚及附屬設(shè)施質(zhì)量為M，軌道長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為D，并考慮一定安全裕度A，則防塵棚及附屬設(shè)施對(duì)地面的荷載為：

P1=A×(M×g/L×D)

(1)

因此，在選擇硬化方案時(shí)，承載力應(yīng)大于等于P1值。

1.3 清除粉塵

在防塵棚內(nèi)配置兩臺(tái)吸塵器，1臺(tái)高壓水槍、空壓機(jī)、抹布若干，安裝專人負(fù)責(zé)防塵棚內(nèi)衛(wèi)生，保證GIS安裝前設(shè)備及防塵棚內(nèi)清潔，達(dá)到除塵的效果。

在防塵棚設(shè)置更衣室及風(fēng)淋過渡間，施工及外來人員需穿防塵服及戴防塵帽，穿鞋套經(jīng)風(fēng)淋過渡間處理后方可進(jìn)入防塵棚內(nèi)，防塵外部灰塵進(jìn)入防塵棚內(nèi)，配備空氣凈化器，對(duì)防塵棚內(nèi)實(shí)時(shí)除塵，棚內(nèi)安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)GIS安裝過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到控塵的效果。

圖2 GIS安裝環(huán)境控制流程圖

2 微正壓技術(shù)

微正壓系統(tǒng)(Micro positive pressure system)是通過干燥空氣發(fā)生器，在相對(duì)封閉的空間內(nèi)持續(xù)補(bǔ)充干燥氣體，保證防塵棚內(nèi)空氣壓力始終保持在微正壓狀態(tài)。微正壓系統(tǒng)還能同時(shí)降低環(huán)境濕度。

干燥空氣發(fā)生器廣泛適用于變壓器、電抗器等大型電力設(shè)備檢修時(shí)供應(yīng)干燥空氣[5]。本文的GIS安裝環(huán)境控制系統(tǒng)將微正壓系統(tǒng)應(yīng)用在GIS安裝中，在防塵棚內(nèi)配備干燥空氣發(fā)生器，持續(xù)補(bǔ)充干燥氣體，保持安裝環(huán)境微正壓狀態(tài)，同時(shí)干燥空氣發(fā)生器有利于降低環(huán)境濕度，進(jìn)一步保障防塵棚內(nèi)濕度、粉塵度在達(dá)標(biāo)范圍內(nèi)。

干燥空氣發(fā)生器最重要的技術(shù)參數(shù)為供氣量，其選擇方法如下：

假設(shè)干燥空氣發(fā)生器供氣量為Vg(m3/h)，防塵棚長(zhǎng)寬高分別為a、b、c，因密閉不嚴(yán)導(dǎo)致的防塵棚空氣泄露為α(m3/h)，施工準(zhǔn)備時(shí)間為t，微正壓值取MPP(本文定義為大氣壓力與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓比值)。根據(jù)氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，P是指理想氣體的壓強(qiáng)，V為理想氣體的體積，n表示氣體物質(zhì)的量，而T則表示理想氣體的熱力學(xué)溫度；R為理想氣體常數(shù)[5]。

在相對(duì)封閉的空間內(nèi)，若溫度不變或變化范圍較小，氣體壓強(qiáng)近似與氣體物質(zhì)的量成正比：

P=(RT/V)×n

(2)

在施工準(zhǔn)備階段，干燥空氣發(fā)生器供氣量為Vg(m3/h)應(yīng)滿足：

(abc+Vg×t-α×t)/abc≥MPP

(3)

在作業(yè)階段，當(dāng)準(zhǔn)備階段已達(dá)到微正壓狀態(tài)后，干燥空氣發(fā)生器供氣量為Vg(m3/h)應(yīng)滿足：

Vg≥α

(4)

3 GIS安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)

GIS安裝過程中要保證環(huán)境參數(shù)時(shí)刻在達(dá)標(biāo)范圍內(nèi)，因此在防塵棚內(nèi)采用環(huán)境參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置，主要包括粉塵濃度測(cè)定儀、干濕溫度計(jì)，對(duì)防塵棚內(nèi)的粉塵度、溫濕度等參數(shù)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，便于安裝人員實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測(cè)棚內(nèi)環(huán)境，隨時(shí)調(diào)整干燥空氣發(fā)生器等機(jī)器輸出參數(shù)。

4 GIS安裝環(huán)境控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

在合肥地區(qū)某500千伏變電站建設(shè)過程中應(yīng)用文中所提的GIS安裝環(huán)境控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用情況與應(yīng)用效果如下。

在GIS安裝工區(qū)臨近區(qū)域進(jìn)行隔離，并清掃灑水。

圖3 GIS安裝臨近區(qū)域隔離清掃灑水 圖4 設(shè)備區(qū)域敷設(shè)防塵網(wǎng)

根據(jù)GIS設(shè)計(jì)圖及廠家提供的圖紙，按照選擇要求，防塵棚的外形尺寸選擇結(jié)果為：長(zhǎng)度8m，寬度9m，高度5.1m。

圖5 拼裝式可移動(dòng)式防塵棚實(shí)例

按式(1)計(jì)算后，并統(tǒng)籌規(guī)劃，硬化方案為C30的混凝土在地面硬化10cm，且安裝完成后在硬化面上鋪設(shè)石子，做到永臨結(jié)合，更經(jīng)濟(jì)。

4.1 使用微正壓與環(huán)境控制技術(shù)的環(huán)境情況前后對(duì)比

在此變電站安裝時(shí)，采用標(biāo)智GM1360A電子溫濕度計(jì)對(duì)防塵棚內(nèi)外的濕度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下：

圖6 濕度變化對(duì)比圖

采用CEM-DT968粉塵儀對(duì)防塵棚內(nèi)外的粉塵度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下：

圖7 粉塵度變化對(duì)比圖

從上述圖形中可以看出，文中所采取的控制系統(tǒng)能有效降低粉塵度和濕度，且能保持在要求范圍內(nèi)。

4.2 微正壓與環(huán)境控制技術(shù)實(shí)施后GIS設(shè)備安裝質(zhì)量工藝的提升

合肥地區(qū)此變電站工程HGIS及GIS安裝均采用上述環(huán)境控制系統(tǒng)，安裝過程中各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)控制效果良好，施工過程中便捷，均一次通過耐壓試驗(yàn)和啟動(dòng)帶電試驗(yàn)，截至目前運(yùn)行安全穩(wěn)定。

5 結(jié)語

本文首先介紹了GIS設(shè)備安裝環(huán)境要求，其次對(duì)GIS設(shè)備安裝方法進(jìn)行了研究，系統(tǒng)地提出了應(yīng)用微正壓與環(huán)境控制技術(shù)的GIS無塵化安裝控制方法，推導(dǎo)了干燥空氣發(fā)生器的選擇計(jì)算公式，結(jié)合環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保安裝環(huán)境達(dá)標(biāo)。該方法已在安徽省內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)中得到應(yīng)用，有效地提高了GIS設(shè)備安裝質(zhì)量工藝水平，為安徽電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。