客运专线牵引供电系统220 kV GIS安装及调试

苏保卫

0 引言

气体绝缘金属封闭式开关设备（简称GIS）是将一座变电所中除变压器以外的一次设备，包括断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、隔离开关、接地开关、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。

GIS采用的是绝缘性能和灭弧性能都非常优异的六氟化硫（SF6）气体作为绝缘介质，并将上述的高压电器元件密封在接地金属筒中，因此与以往敞开式配电装置相比，GIS具有如下特点：占地面积小、运行的可靠性高、检修周期长、维护工作量小、无火灾危险、安装周期短、运行费用低、无电磁干扰等。自成昆电气化铁道首次引进3套GIS设备以来，GIS技术在电气化铁道牵引供电系统中发挥了明显的经济效益。随着GIS国产化装备技术的提高以及全国客运专线的高速发展，GIS必将成为牵引供电系统的主流设备。

武广客运专线在武汉新客站及广州新客站牵引变电所220 kV系统采用了二进四出加母联共计7个间隔。GIS安装和试验的工艺质量控制对日后设备的安全稳定运行至关重要，笔者全程参加新广州站GIS的安装施工，谈一些安装和试验的体会。

1 GIS现场安装流程

为了保证顺利进行GIS安装，在施工组织设计阶段认真考虑了多方面的问题。

GIS的结构特点决定了安装过程本身就是控制GIS运行质量的最后一个关键阶段。安装实践证明，保证清洁度、整体密封性、控制SF6含水量是GIS总体安装和现场安装中的关键点。安装流程图见图1。

户内 GIS的安装及起吊的荷载条件大多采用电动单梁桥式起重机。应考虑起重机起吊能力能满足最大整体运输单元的安装。新广州牵引所 GIS的最大运输单元重达12 t，而初装的起重机的额定起吊重量为10 t。经过起重机生产厂家安全改造后才得以使整体运输单元顺利就位。在现场组装中，应检测出厂前已经组装好的间隔所充SF6的压力，如果压力测量结果与出厂时的数值相接近，即可认为该间隔的密封性能基本良好。然后再测量该间隔SF6气体的含水量，如果测量结果在合格范围内，就可以将该间隔的SF6气体补充到满足额定压力。

现场需要做的是三相共筒式母线的连接以及同分支母线、套管、整体运输单元、电压互感器、避雷器等设备的连接。导电的管制母线在加工过程中难免会存在表面毛刺和屑沫，这些东西都对GIS的绝缘带来危害，因此要特别注意保证母线导体、密封管路的清洁。拆开管路之前要首先保证环境整洁，擦拭管路、母线等内部零器件时要用专用无毛纸蘸高纯度工业酒精，清洁完毕后要及时用一个塑料帽遮盖套管口。

GIS经现场安装，应对其拆装对接的每一处密封环节进行严格的密封试验，如果存在漏气则须返工处理，直至合格，以保证整个气室的年漏气率符合标准。新广州站GIS的密封检验是和水分处理相结合进行的。首先通过抽真空定性检漏来作为判断GIS气室是否漏气，然后采用定量检漏按标准要求对GIS的所有法兰密封面、管路接头处用检漏仪进行检测，判断GIS的漏气率是否超标。

图1 GIS设备安装流程图

现场水分处理方法采用抽真空、充高纯氮气吸收的方法（见图2）。GIS产品现场安装时，应避免将普通氮气当作 99.99%的高纯度氮气使用。可事先测量一下水分，当含水量在10 ppm左右，即可认为无误。

2 GIS现场试验

在现场安装过程中，GIS要进行的试验项目与出厂试验项目基本相同。具体有：SF6气体漏气量检测、SF6气体含水量测量、导电回路电阻测量、断路器机械特性试验、隔离开关和接地开关机械操作试验、高压工频耐压试验、联锁试验、互感器试验等。现场试验是检查GIS装置在包装、运输、储存和安装过程中是否出现异常现象的行之有效的检测方法，是GIS在投运之前必须进行的工作。

测量导电回路电阻的目的是验证在现场组装后GIS的导电系统性能是否满足要求。通过测量可以检查导电系统每个导电连接点的装配质量，防止发生错误装配和漏装。测量结果应小于技术文件中标明的导电回路电阻允许值。

互感器一般处在GIS的中心位置，如果存在任何质量问题现场处理非常麻烦。现场要对电流互感器的极性、变比、伏安特性、二次接线的正确性进行检测。该项检测应在其他试验项目之前进行，以免影响安装进度。

断路器是 GIS的核心部分。断路器里的 SF6气体补充到额定压力后要对断路器进行机械操作，测量其合闸时间、分闸时间和三极同期时间等机械特性参数。测量断路器时间特性的连接测量线是利用变压器单元套管出线端，将主回路中的隔离开关、断路器全部合闸，在相邻的2个单元间进行。

据有关资料统计，SF6设备的绝缘事故大多发生在未曾进行现场耐压试验的设备上。因此，投运前进行绝缘项目的检验是十分必要的。交流耐压试验前，应检查SF6气体已达额定密度，微水含量和检漏试验均合格，所有电流互感器二次绕组已短封接地，高压电缆、电磁式电压互感器、避雷器已与GIS隔离开。试验电压施加到每相导体和外壳之间，试验时分相进行，其他非试相与外壳连接接地，从每相进出线套管进行加压，试验中应使GIS每个部件都至少施加一次试验电压。由于GIS的绝缘介质对地容量比较大，在现场进行高压工频试验时，采用高压工频试验变压器往往达不到试验容量的要求，一般采用高压串联谐振装置，其优点是在相同容量下设备体积小，重量轻，要求的电源容量也较小。

图2 GIS气室水分处理工艺流程图

GIS现场交流耐压试验的第一阶段是“老练净化”，其目的是将设备中可能存在的活动微粒杂质迁移到低电场区域里去。通过放电烧掉细小的微粒或电极上的毛刺、附着的尘埃等。逐级升压时，在低电压下可保持较长时间，在高电压下则不许长时间耐压。施加电压的幅值和持续时间见图3。

图3 现场交流耐压加压过程图

现场测量避雷器的泄漏电流比较困难，可利用电压互感器做伏安特性的方法在100%额定电压下检查避雷器的泄漏电流。但要注意防止电压互感器过载而导致故障。

工程的最后阶段要检查全部控制线路的联锁功能是否正确无误。在设备集控柜上对全部联锁线路检查满足要求后，最后要在变电所的控制保护屏对全部断路器、隔离开关和接地开关进行远方操作传动试验。

3 安全注意事项

安装过程中对套管、管路、箱体等部位禁止重击或施加额外的力，要特别小心，防止灰尘和潮气进入GIS内部，应用塑料布遮住法兰孔，保护好充气孔，不要使之损坏或沾污，切勿将罐体和管路上的盖板随意取下。

在抽真空前，迅速放置干燥剂，尽量缩短其在大气中暴露的时间。使用真空泵时要防止因操作不正确导致真空泵中的油气扩散到管路及间隔，避免造成严重不良后果。

SF6开关设备的抽真空属于粗真空范畴，在133 Pa左右时，击穿电压处于最低点。要求 GIS抽真空后充SF6气体前不得测量主回路电阻，因为此时产品处于亚真空状态，绝缘性能极差，测量试验可能引起盆式绝缘子因沿面放电而受到损害。

而直接安装在母线上的电压互感器、避雷器则应在母线耐压试验后再进行安装，否则会因试验增加额外的工作量。

当需要打开已经充气的气室时，应采用SF6气体回收装置进行回收，不得直接排放到大气中。当有大量SF6气体外逸时，现场人员应迅速撤离，并立即投入通风装置。在低洼的电缆沟或电缆夹层作业时要加强通风，严防SF6气体引起人员窒息事故。

4 结束语

220 kV GIS的安装调试方法对于 27.5 kV、10 kV的GIS安装同样具有指导作用。

综上所述，认识到安装、试验流程关键工序的重要性，严格按照工艺流程对GIS进行安装、调试，对于减少牵引供电系统维护的工作量，确保供电系统的可靠性具有重要意义。

[1]尹小平.GIS设备安装中的有关问题[J].冶金动力，2006，117（5），12-14.