关于小型化GIS设备产品现状及对策的探讨

蔡 蒂，洪海程

（广州供电局有限公司，广东广州 510620）

关于小型化GIS设备产品现状及对策的探讨

蔡 蒂，洪海程

（广州供电局有限公司，广东广州 510620）

在电力系统中，由GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）引发的设备故障对电网的安全稳定运行造成了不可忽视的危害。简要介绍电网中GIS设备的发展现状与趋势，阐述了小型化GIS设备产品在生产运行中所造成的影响，在分析小型化GIS设备存在问题的基础上，探讨了提升GIS设备健康质量和运行可靠性的关键措施。

GIS；小型化；改进措施

0 引言

近年来小型化GIS设备产品在电网企业中运行状况不佳，新投运的GIS设备平均故障率高于CIGRE统计的平均值。GIS设备的结构设计、生产和安装工艺控制不严遗留的质量隐患，是诱发GIS设备故障的主要原因，加之设备采用全封闭设计，一旦发生故障损坏，事故处理和隐患排查尤为困难，需要耗费大量人力、物力，严重影响了电网企业的正常安全生产工作。

为此，有必要对GIS设备的现状和发展趋势进行调查，对小型化GIS现存的问题进行分析，以期找出对策，降低GIS设备故障率，提高GIS设备的运行可靠性。

1 存在的问题与分析

1.1 GIS设备的发展趋势

1.1.1 国内GIS设备发展史

1971年，西安高压开关厂研制出了国内第一台110 kV GIS样机，断路器为单压、定开距双断口。1973年西安高压开关厂生产出我国首台110 kV GIS，并在湖北丹江口水电站投入试运行；1980年又成功研制我国第一台220 kV GIS设备，并于1982年在江西南昌斗门变电站投入试运行。

1.1.2 GIS设备发展趋势

随着GIS设备的不断完善和电力系统发展的快速需要，高压开关设备选用GIS组合电器已成为全球电网设备的发展趋势，与此同时，GIS设备则沿着共筒化、复合化、小型化、智能化、超高压大容量化的方向迅速发展[1]。

（1）三相共筒化

在72.5～300 kV级，GIS设备明显趋向于三相共筒化。欧洲和日本都在大力发展三相共筒化结构。日本设备生产厂商将参数设计得很高，做到了300 kV GIS全三相共筒化结构，550 kV GIS母线三相共筒化结构[2]。德国西门子公司的8DN8型GIS为三相共筒式结构，其占地面积仅为分相式的50%，间隔宽度仅为0.8 m。

（2）功能复合化

所谓复合化是将断路器、电压互感器、隔离开关、接地开关等置于同一个罐内。如采用三工位隔离／接地开关，使几个功能部件共用一个罐体，可以使GIS结构更合理，体积更小，经济性更强，可靠性更高。日本三菱公司新开发的全新概念超小型复合化GIS，其安装面积仅为原来的40%，体积约为原来产品的30%。

（3）结构简化

相对发展初期，GIS已广泛采用单断口断路器，使得GIS结构大为简化。另一方面，在结构不断优化的基础上，GIS设备零件数大幅减少，促进了GIS小型化、轻量化的发展[3]。

（4）新技术应用

现代光电及数字测控技术的应用使GIS的测控系统得到了突飞猛进的发展。特别是光电压互感器(OPT)与光电流互感器(OCT)用于GIS已研制成功。日本东芝公司研制的OPT，只相当于线绕型互感器的1／3，而OCT的安装空间则只有原来的1／24。

随着高电压技术和工业制造水平的发展，GIS设备小型化结构是一种必然趋势，同时设备生产厂家出于压缩成本等方面的考虑，也进一步促进了GIS设备的小型化发展。据有关文献统计，目前，进口或合资厂商126 kV产品间隔宽度最小可达到800 mm，252产品间隔宽度最小1 200 mm，国产生产厂家126 kV产品间隔宽度最小为1 200 mm。

1.2 国内主流厂家GIS产品调查

为进一步了解国内主流GIS产品小型化问题，对部分厂家的结构尺寸和绝缘裕度进行了调查，详见表1。

表1 GIS绝缘裕度调查统计表

因部分生产厂家未反馈统计数据，据不完全统计，国内220 kV GIS最大尺寸的产品为新东北电气ZF6-252型GIS，间隔宽度为3.3 m，最小产品为厦门ABB ELK-14 GIS产品，间隔宽度为1.68 m；110 kV GIS最大尺寸的产品为宏达日新GFBN12A型GIS，间隔宽度为1.45 m，最小产品为新东北的ZFW20-145型GIS和山东泰开的ZF10-126G型GIS产品，间隔宽度为0.8 m。

同一电压等级GIS产品中，不少厂家同时生产大尺寸和小尺寸的产品。总体而言，设备尺寸的减少将造成设备最小绝缘距离的减少，最大设计场强将增大，必然会牺牲设备的绝缘裕度。但GIS设备的外部尺寸与设备的最小绝缘距离和设计最大场强之间无必然联系，例如新东北两种型号的220 kV GIS产品：ZFW20-252型宽度为1.8m，断路器气室最小绝缘距离为135 mm，而ZF6-252型宽度为3.3 m，断路器气室最小绝缘距离为105 mm。因此，不应仅从设备尺寸上考虑GIS设备小型化对绝缘裕度的影响，更应关注其设计最大场强和最小绝缘距离。

1.3 小型化设备主要问题

虽然GIS设备小型化是行业的发展趋势，但近年连续出现了小型化GIS设备质量问题，反映出GIS小型化后，其设备可靠性值得引起关注。小型化GIS的质量问题可归结为以下几点。

（1）GIS的小型化，牺牲了设备的有效绝缘距离，提高了产品的设计最大场强，导致绝缘裕度低于常规产品，必然降低了设备抗扰动能力。

（2）小型化产品对气室洁净度、导体表面光滑度，电场均匀度均有更高的要求，因此对制造工艺和安装质量有更高的要求，但通过对行业内各设备厂家了解情况来看，大部分设备厂家的工艺控制、粉尘控制均存在漏洞，造成近年的GIS设备出厂质量总体下降趋势明显。另一方面，工程实施环节中设备的安装工艺、安装环境把控不严，也导致入网设备质量堪忧。

（3）小型化产品对绝缘盆子、绝缘拉杆等零配件也有更高的质量要求，设备厂家对外协购件的质量管控也是影响小型化GIS运行可靠性的一个重要因素。

由于GIS小型化牺牲了有效绝缘距离，降低了绝缘裕度，且国内制造行业的工艺质量跟不上技术的发展，造成近几年来电网企业GIS设备质量问题频发的现象。在GIS设备出厂监造环节，关键试验项目均能够发现重大质量问题；在GIS设备安装验收环节，多次出现耐压击穿和其他的设备质量问题，严重影响基建工程、技改工程的按时保质投产。在运行维护环节，GIS小型化导致GIS设备的运行可靠性降低，设备故障率居高不下，严重影响电网安全稳定运行和供电可靠性。

2 改进措施与成效

鉴于小型化GIS产品在目前存在的诸多问题，考虑从以下几个方面改变目前的局面。

2.1 设计选型

因行业内对小型化GIS无明确的界定，且国标、行标和电力企业标准标书对产品尺寸、绝缘裕度均无明确要求，设备选型阶段无法对小型化GIS设备做出限制。因此，建议进一步研究GIS小型化绝缘裕度问题，明确小型化GIS的界定，在设备设计选型阶段提出GIS设备合理的绝缘裕度要求，同时将GIS设备绝缘裕度要求写进设备标准技术规范书，以期在设备采购环节明确GIS产品的绝缘裕度，从技术标准上要求设备制造厂家提供绝缘裕度宽裕的产品。

2.2 出厂监造

小型化GIS对零配件质量、装配工艺有更高的要求，对小型化GIS设备应加强设备装配工艺和零配件质量控制，保证出厂设备质量。

推广对GIS设备的自主监造工作，通过加强设备制造过程见证、提高设备出厂试验标准等一系列措施，改善GIS设备出厂质量。对小型化GIS产品出厂监造进行提级管控，加强装配过程见证和质量检验；对关键部件进行抽检；执行更为严格的设备出厂试验标准，对220 kV及以上GIS产品进行雷电冲击试验；对试验项目不合格的情况应进行追踪，查明原因，研究处理措施并评估是否属于共性设备质量问题。

2.3 安装验收

加强安装和验收质量管控工作，把好设备入网关。严格控制安装环境，加强安装过程检查和清洁；试点由设备厂家负责完成关键点安装，引入厂家专业技术量来保证设备的安装质量；严格执行厂家制订的安装验收作业指导书，规范安装作业行为和检验标准。

进一步规范现场绝缘试验，除进行交流耐压试验外，还应进行局部放电测量。对耐压试验时发生放电，或老练阶段局部放电检测发现信号异常的GIS设备，必须进行开盖检查和处理后方可投入运行。

2.4 运行维护

持续提升GIS状态监测技术的应用，继续探索GIS状态监测新技术，提高突发性缺陷预判和分析能力。强化反事故措施执行力，做好设备缺陷（故障）的跟踪、分析和回顾。另外，将运行中对GIS缺陷及隐患处理好的做法和经验写入设备技术条件书或反事故措施要求。

针对GIS设备投运初期故障缺陷高发的现象，应加强小型化GIS设备投运初期状态监测，例如在小型化GIS设备投运后一个月、半年内开展局部放电、气体成分分析和红外测温等带电测试项目。

3 结论

与传统GIS产品相比，小型化GIS具备较好的经济性、安装灵活性以及环保性，是目前GIS设备发展的一个趋势。但目前国内的制造工艺发展相对滞后于高电压绝缘技术的发展，因此而产生的GIS制造和安装工艺控制不良等问题，导致了GIS产品故障率升高的现象。

电网企业生产运行部门应在设备全生命周期中的四个环节提出措施来提升GIS设备健康质量和运行可靠性：一是明确小型化GIS的界定，研究GIS小型化绝缘裕度问题，将GIS设备绝缘裕度要求写进设备标准技术规范书，从技术要求上要求设备制造厂家提供绝缘裕度宽裕的产品；二是推广GIS设备的自主监造工作，保证产品出厂质量；三是加强安装和验收质量管控工作，把好设备入网关；四是做好存量小型化GIS设备的状态监测，力争及时发现并消除设备隐患。

［1］汪沨，邱毓昌.气体绝缘开关装置（GIS）的近期发展动向［J］.电网技术，2003，27（2）：54-57.

［2］李建基.日本GIS技术的进步［J］.电器工业，2007（2）：31-36.

［3］王琦，邱毓昌.SF6气体绝缘开关装置的小型化和智能化［J］.电力设备，2003，4（4）：28-31.

［4］陈飞.GIS设备的发展和应用研究［D］.杭州：浙江大学，2007.

Discussion on the Status Quo and Improvement of Minimized GIS Equipment

CAI Di，HONG Hai-cheng
（Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou510620，China）

Equipment faults generated by gas insulated switchgear have a serious negative influence on the safe and reliable function of high-voltage devices in power grid.A brief introduction is made to the development and trend of GIS equipment in this paper.And by expounding the minimized GIS’effect upon equipment running and maintenance，the available improvements for GIS running reliability have been analyzed and discussed according to the shortcomings of GIS equipmentminiaturization.

gas insulated switchgear；miniaturization；improvements

TM59

：A

：1009－9492(2014)12－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.032

蔡 蒂，男，1983年生，重庆人，硕士，工程师。研究领域：变电高压设备。

(编辑：向 飞)

2014－07－29