变电站GIS设备安装过程的控制要素

谢奎

摘 要：变电站GIS设备为全部或部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。GIS的安装过程本身就是控制GIS运行质量的最后一个关键阶段。变电站GIS设备安装过程中的存在三大要素：即清洁度、密封性和真空度。保证清洁度是GIS现场安装过程中最首要的任务，若在GIS内部有金属微粒存在导体有划痕、凸凹不平之处，都将破坏GIS内部的电场结构的性能，使得电场畸变，产生过电压而击穿绝缘，而施工现场要保持清洁的工作环境，是保证GIS设备安装质量的关键。密封性是GIS绝缘性能的关键，SF6气体泄露会造成GIS致命的故障，GIS安装过程中的密封效果主要取决于法兰盘接口密封圈的安装调整情况，密封性检查应贯穿于整个安装过程中。真空度的要求是控制SF6含水量的重要保证措施，它不仅能减少SF6气体本身的水分，也减少了罐内其他物质（绝缘体、密封体等）内所含的水分。

关键词：变电站；GIS设备；施工工艺；控制要素；清洁度；密封度；真空度

经过30多年的研制开发，变电站GIS技术发展很快并迅速被应用于全世界范围内的电力系统。目前，随着全球电力系统自身的发展以及对系统运行可靠性要求的日益提高，GIS技术必将持续发展，并将成为本世纪高压电器的发展主流。

变电站GIS设备为全部或部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它是由短路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、套管7种高压电器组合而成的高压配电装置，其采用的是绝缘性能和灭弧性能优异的六氟化硫（SF6）气体作为绝缘和灭弧介质，并将所有的高压电器元件密封在接地金属筒中，GIS与传统敞开式配电装置相比具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量小、运行费用低、无电磁干扰等优点。

GIS将变电站中除变压器以外的所有一次设备优化设计成一个有机组合的整体，一般为积木式结构。由GIS的结构特点可以看出，GIS的安装过程本身就是控制GIS运行质量的最后一个关键阶段。而在变电站GIS设备安装过程中的存在三大要素：即清洁度、密封性和真空度。

1 清洁度的控制

保证清洁度是GIS现场安装过程中最首要的任务。若在GIS内部有金属微粒存在导体有划痕、凸凹不平之处，都将破坏GIS内部的电场结构的性能，使得电场畸变，产生过电压而击穿绝缘。

施工现场要保持清洁的工作环境，是保证GIS设备安装质量的关键。现时GIS安装现场的场地情况通常较差，为了防止起灰尘，安装前第一次清洁时应在场地洒水并用水揩净，在空气静止48h后才能开始安装。安装人员需更换工作服和鞋才能进入工作区，其他人员未经允许不得进入工作区；有专人负责工作区的吸尘工作；凡工作区与其他区域连通的孔洞须加以封堵，同时保持通风；对交叉施工面应采用塑料布加以隔离等措施，保证工作区符合环境清洁的要求。

GIS元件的金属表面和绝缘件表面都要进行详细检查和清洁，首先检查表面有无划痕、凹凸不平之处，若有则用刮刀将凸出之处刮平，然后用5/0号金刚砂布将此处磨光。有划痕时用5/0金刚砂布仔细磨光，用吸尘器吸去表面金属粉末，绝不能用吹去和抹掉的方法，因为尘埃、金属粉末到处飞扬将扩大污染范围。金属粉末吸净后，用清洁的细白布沾无水酒精将表面抹干净，然后用清洁的塑料薄膜盖好，安装时再揭开。金属或绝缘件表面有油渍（包括内表面）污物，用沾有无水酒精的白细布抹干净，然后用清洁的塑料薄膜盖上。清理绝缘件时，工作人员要戴塑料手套以防汗水。清理好的元件不要用手去摸，否则会第二次污染。在打开气室之前，用吸尘器对安装区域进行清洁；打开气室之后，就要清洁GIS部件，清洁所有要安装的金属部件和密封面，如法兰的密封面和“0”型槽、导体连接面、连接体以及保护罩等。注意在清洗时，要选用工业乙醇（99.7%）和不起绒毛的棉布。

作为电极的铝管在加工过程中难免会存在着表面毛刺和铝屑，这些微粒都是耐压实验中放电的来源，因此要特别注意保证铝管导体的清洁。对于表面平整度比较差的铝管电极，可以在安装前对其做局部放电试验以检查残留的铝屑和金属丝。法兰的连接分密封面和“0”型面连接两种，当密封面有擦伤或类似损伤的情况，需要用细砂纸磨光擦伤处，然后清洁密封面后才能进行安装。“O”型面安装前必须清洁，安装时将“O”型圈均匀压入密封槽。安装拼接过程中要注意密封胶圈不能移位和法兰面的清洁一定要到位，任何的疏忽都可能导致大量的返工工作。

某些国产GIS产品由于生产制造过程中管理不严，出厂时GIS内还残留有杂物，更增加了确保清洁度的难度，所以必须要严格要求，精心施工。

2 密封度的控制

密封性是GIS绝缘性能的关键，SF6气体泄露会造成GIS致命的故障。GIS安装过程中的密封效果主要取决于法兰盘接口密封圈的安装调整情况。

GIS设备的法兰盘接口都是用密封环密封。首先应检查法兰盘的表面有无油渍、污物，有无划痕、凹凸不平之处，应按前述保持清洁度的方法处理。在法兰槽的外侧，即与空气接触的那一侧涂上一层密封胶，以防潮气和污物进入内部。涂密封胶时，不得使其流入密封环内侧，防止与SF6气体接触。检查密封环的尺寸是否与密封槽配合，有没有损伤之处，用过的密封环不得再使用。检查都符合要求后，用白布沾无水酒精将密封环洗干净，靠近空气的那一侧密封槽用密封胶涂抹一层。用两根定位销对准上、下法兰螺栓孔插入，然后用吊车徐徐靠拢，一对法兰将相遇时，用四根法兰螺栓对称地插入法兰孔，用手拧紧螺帽，将其拧平，然后将其余法兰螺栓插进去，用手拧平螺帽，再用固定扳手收紧，最后用力矩扳手紧固，其力矩值应符合产品技术规定。紧固螺栓时应遵循，左、右、上、下再顺序地中心对称紧固的原则，当拧紧二个及以上螺栓时螺栓不能一次拧紧，应反复多次，依次紧固最后达到规定力矩。如装有伸缩节，适当调节伸缩节上的螺杆，改变金属伸缩节两法兰间的距离，以满足安装的要求，在安装调整结束后应将法兰里侧的螺母松开。

密封性检查应贯穿于整个安装过程中。为了检查设备气室的接头、阀门、表计、法兰面接口等部位的密封性，发现安装工艺或密封材料所存在的问题，需要用HALOTECK 检漏仪对安装完毕的GIS 进行定性检漏试验，设备充气后，将检漏仪探头沿着设备各连接口表面缓慢移动，根据仪器读数或其声光报警信号判断接口的气体泄露情况。对气路管道的各连接处必须细致检查，一般探头移动速度l0mm/s左右为宜。GIS安装过程中或安装结束后，对每个有密封件的地方进行两次定性检查。也可以用塑料薄膜包扎检漏的方法进行检漏，用SF6气体检漏仪检查所有密封连接部分，通常可采用聚乙烯塑料布局部包扎积累法测定，还要结合经常检查SF6压力表读数来作为密封性的辅助检查。气密性积累时间通常取24h较为方便，每个局部包扎仓内经过24小时的积累所测值应小于34ppm（它完全可以满足年漏气率小于1%的要求）。

3 真空度的控制

真空度的要求是继清洁度、密封性之后的第三个控制关键，是控制SF6含水量的重要保证措施，它不仅能减少SF6气体本身的水分，也减少了罐内其他物质（绝缘体、密封体等）内所含的水分。水分对GIS运行的影响关键在于：如果没有将SF6气体控制在0℃以下，则在温度变化时绝缘体表面会形成凝露，所附着的水珠和SF6电弧产物发生反应生成HF等低氟化物，从而导致沿面的绝缘材料和金属表面劣化。如果将SF6露点的允许值控制在较低值，则在温度变化时绝缘体表面凝结的不是水珠而是冰晶，它对绝缘性能几乎没有影响。

气室在充气前必须对气室抽真空。通常情况下，一个模块为一个独立的气室。在模块拼接后，可以立即对气室抽真空。气室真空处理完后，向气室内充入SF6气体；抽真空能够充气过程可以参考厂家技术标准。抽真空时应认真检查充气装置和真空泵设备状况，保护设备处于良好工作状态。关于抽真空的真空度标准、各阶段维持时间应参照各厂家GIS出厂说明。一般要求在充入SF6气体之前真空度要达到133Pa，再继续抽真空30min。应尽量避免在湿度大于80%气候条件下进线GIS安装，无法避免时，为避免水分侵入，抽真空时间应长一些，真空度要求应高一些。

为保证GIS设备安装质量，安装完成后需更换干燥的吸附剂，尽快进行抽真空工作。吸附剂是用来吸收SF6气体中的水分，以及在电弧作用下产生的气态分解物。GIS组合电器用的吸附剂是合成沸石，是淡棕色的直径约5毫米的颗粒，吸附剂极容易吸潮，因此安装在封闭组合电器内的吸附剂一定要经过烘干处理才可装入，烘干温度为200℃，烘干时间为12小时，烘干的吸附剂应放在密封干燥的容器内冷却到室温后立即装入封闭式组合电器内。空气中暴露不得超过10分钟，如果装入封闭式组合电器内，又不密封，则超过4小时后应重新处理再放入。

抽真空完成后，充入SF6气体前，每瓶SF6充注前要经试验合格后，才能充入GIS。对GIS各气室充SF6气体工作，均应确认气室密封良好后方可进行。充气完毕，关闭进气阀门和钢瓶减压阀，每次检查压力表，指示是否正常，如无异常情况尽快回收充气胶管里的SF6气体，并将进气口阀门关闭，充SF6气体即告结束。对气室充SF6气体压力表指示值，应根据各气室额定要求，并对照环境温度，查表再确定当时应充气的压力值，其中还应考虑加上0.2～0.3公斤/厘米2的测试泄漏量，以减小二次充气的工作。

为了保证GIS一次性成功安装，安装技术人员和施工人员要熟悉所安装GIS的各项技术要求和安装要求。根据安装现场实际情况编制好有针对性的施工方案，并对所有施工人员交底。安装前，要根据施工方案做好各项准备工作，如人员组织安排、机具准备等。只有充分的准备，才能保证安装的顺利进行。

GIS设备安装质量的好坏，直接影响着GIS设备的正运行和使用寿命。能否在安装过程中控制好这三大要素是保证变电站GIS设备安装质量的关键。

[参考文献]

[l]西门子公司GIS.设备现场操作手册.

[2]电力行业标准D13T596-1996.电力设备预防性试验规程1997.

[3]国家标准GB50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准2006.