浅析GIS在变电站的应用

摘　要：简述了GIS设备在城市负荷中心应用的优越性，并根据变电站设计和运行的经验，对GIS设备在变电站中主接线的接线方式、布置的特点以及GIS设备故障维护等应用提出了若干建议。

    关键词：GIS 
变电站  设计  建议

1 GIS设备的应用及其优越性

　　SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)具有体积小、技术性能优良的特点。目前，广州除了天河、鹿鸣、伍仙门等变电站外，近期珠江新城220 kV潭村变电站、老城区10 kV升压站、220 kV荔湾变电站、芳村220 kV花地变电站均采用了GIS设备。广州城区110 kV终端变电站为了减少建筑面积和控制建筑高度，满足城市规划的要求，并与周边环境相协调，利于城市景观的美化，已开始考虑采用GIS设备的方案，如待建的宝岗、较场、二沙
、西场、玉树、花穗、增窖等110 kV变电站。随着GIS设备使用的增多，应不断总结经验，在设计中充分考虑施工、运行、维护的方便，进一步优化和改进设计。GIS的主要优点在于：
 
　　a）占地面积小，一般220 kV GIS设备的占地面积为常规设备的37%；110 kV GIS设备占地面积为常规设备的46%左右，符合我国节约用地的基本国策，减少了征地、拆迁、赔偿等昂贵的前期费用。　

　　b）由于GIS设备的元件是全封闭式的，因此不受污染、盐雾、潮湿等环境的影响
。GIS设备的导电部分外壳屏蔽，接地良好，导电体产生的辐射、电场干扰、断路器开断的噪音均被外壳屏蔽了，而且GIS设备被牢固地安装在基础预埋件上，产品重心低，强度高
，具有优良的耐震性能，尤其适合在城市中心或居民区使用。与常规设备相比，GIS更容易满足城市环保的要求。

　　c）SF6气体作为绝缘介质，气体本身不燃烧，防火性能好，而且具有优异的绝缘性能和灭弧性能，运行安全可靠，维护工作量少，检修周期长，适合于变电站无人值班,达到减人增效的目的。

　　d）施工工期短。GIS设备的各个元件通用性强，采用积木式结构，组装在一个运输单元中，运到施工现场就位固定。现场安装的工作量比常规设备减少了80%左右。

2 GIS设备主接线的选择

　　GIS设备主接线的选择应遵守变电站电气主接线的设计原则———可靠性、灵活性及经济性。根据GIS设备具有故障少、检修周期长、运行可靠性高的特点，其主接线可以简化。例如110 kV和220kV配电装置一般可以不用旁路母线，但GIS设备发生故障时，其停电范围比常规设备大的特点。当GIS设备局部发生故障后，检修故障元件时，必须把故障气室的SF6气体全部抽出来，而GIS设备导电触头之间的距离是按充有一定压力的SF6气体设计的，距离比空气绝缘时小的多，因此该气室的母线必须停电才能进行检修。这就要求变电站运行维护和检修人员对GIS的工作原理和结构比较熟悉，否则极易发生误操作或人为内部短路事故，伍仙门的两起110
kV GIS内部短路事故就说明了在变电站运行维护中，应特别注意这一点，为此，GIS设备的主接线不能过分简单，110 kV母线和220 kV母线都应采用分段的接线方式，避免局部故障造成母线全停，扩大故障范围。
 
　　目前大型枢纽变电站110 kV，220 kV的GIS设备多数采用单母线分段或双母线分段的接线方式。单母线分段接线具有简单、经济、方便的特点，适用于110 kV，220 kV馈线为4回的变电站；双母线分段接线可以轮流检修母线，调度灵活，扩建方便，便于试验，适用于110 kV，220kV馈线在6回以上的变电站。对于一般的220 kV终端变电站，220 kV侧可采用线路变压器组接线方式，110 kV侧采用单母线分段的接线方式。110kV终端变电站的110 kV GIS设备仍考虑采用线路—变压器组的接线方式，终端变电站的10 kV部分采用单母线分段，互为备用。
   
3 变电站GIS设计及运行中应注意的问题

3.1 总体布置

　　室内布置时，GIS室的宽度由GIS设备的宽度和通道宽度决定。工作通道宽度应考虑当采用电缆作为进出线时，由于GIS设备与高压电缆的交流耐压试验的标准值不同，现场耐压试验需要装设临时SF6空气套管，必须注意带电体与墙壁之间的安全距离，同时还要考虑移动式SF6气体回收装置的宽度及转弯半径，检修和搬运GIS组件所需要的宽度。GIS室的高度必须考虑设备运输、安装、大修和试验的可能性，检修时应可以整体起吊断路器及其他组件，并注意现场耐压试验时带电体与房顶的安全距离。户外布置GIS时，通道的宽度和通道上架空跳线的高度应考虑开进汽车起吊等作业，一般距GIS外缘不得小于3.5 m。
 
　　进行GIS总体布置时还必须考虑电力电缆敷设、架空线走向、控制和继电保护盘的布置等因素。

3.2 GIS室的通风

　　有关标准规定：GIS室里的SF6气体的体积分数≤1000 mL/m3，空气中的含氧量不得低于18%，所以在GIS室内必须装设通风设备，其通风量为GIS室空间体积的3～5倍。一方面考虑正常情况下运行人员进入GIS室前对室内进行换气，另一方面在GIS外壳发生爆裂后应能可靠排出SF6气体。根据发热通风的要求，室内通风通常将出风口布置于室内的上部，但由于SF6气体的比重约为空气的5倍，SF6气体沉积于电缆沟或接近地板的底层空间
，所以通风设备的出风口应考虑设在GIS室的下部，以便迅速可靠地排出外逸的SF6气体。
  
3.3 GIS设备的土建设计

　　GIS设备是由刚性的各个元件用螺栓连接起来的，为了防止SF6气体泄漏，母线管法兰连接时的垂直误差不能超过0.5 mm，基础预埋槽钢之间的水平误差不能超过2 mm。
 
　　为了施工安装的方便，应在GIS室的两端和适当位置预埋地锚钩，以便GIS设备的就位。GIS室的室内装饰目的是以防潮、防尘为主，在GIS现场安装、检修过程中，空气中含尘量一般不得超过0.1 mg/m3，空气的相对湿度不宜超过70%。因此GIS室不宜采用容易起灰的水泥地面和石灰墙面，并应尽量减少不必要的门窗。
  
3.4 GIS设备的故障

　　GIS是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备，其故障率只有常规设备的20%～40%，但GIS也有其固有的缺点，由于SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。

　　GIS设备的内部闪络故障通常发生在安装或大修后投入运行的一年内，根据统计资料，第一年设备运行的故障率为0．53次/间隔，第二年则下降到0.06次/间隔，以后趋于平稳。根据运行经验，隔离开关和盆型绝缘子的故障率最高，分别为30%及26.6%；母线故障率为15%；电压互感器故障率为11.66%；断路器故障率为10%；其他元件故障率为6.74%。因此在运行的第一年里，运行人员要加强日常的巡视检查工作，特别是对隔离开关的巡视，在巡查中主要留意SF6气体压力的变化，是否有异常的声音(音质特性的变化、持续时间的差异)、发热和异常气味、生锈等现象。如果GIS有异常情况，必须及时对有怀疑的设备进行检测。

4 结束语

　　随着城市的发展，GIS在变电站的应用会越加广泛，因此，从设计、安装、运行维护、检修等各方面不断地加以总结，才能使GIS设备发挥更大的作用。
 
参考文献  
［1］黎明，黄维枢．SF6气体及SF6气体绝缘变电站的运行［M］．北京：水利电力出版社，1993．

［2］罗学琛．SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)［M］．上海：上海为卓科技有限公司，1999