浅析抽水蓄能电站GIS出厂试验及现场安装质量控制

吕鑫昌，宫 攀，韩文福，赵晓琳，杨 柳

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161；2.国网国际发展有限公司，北京 100031）

浅析抽水蓄能电站GIS出厂试验及现场安装质量控制

吕鑫昌1，宫 攀2，韩文福1，赵晓琳1，杨 柳1

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161；2.国网国际发展有限公司，北京 100031）

随着电网规模不断扩大，用电负荷和峰谷差持续加大，对抽水蓄能电站发展提出了更高要求。气体绝缘金属封闭开关设备GIS（Gas-Insulated metal-enclosed Switchgear）以其诸多优点，成为抽水蓄能电站高压配电设备的首选。为了保障GIS的安全稳定运行，本文从建设单位角度出发，阐述了抽水蓄能电站GIS出厂试验的质量控制要点以及GIS现场安装流程、安装过程中应重点关注的问题等。继而介绍了某抽水蓄能电站GIS现场安装过程中出现的问题及相关处理措施。对抽水蓄能电站GIS出厂试验和现场安装，具有一定的参考意义。

抽水蓄能电站；GIS；出厂试验；现场安装；质量控制

1 引言

随着我国经济社会的发展，电力系统规模不断扩大，用电负荷和峰谷差持续加大，电力用户对供电质量要求不断提高，随机性、间歇性新能源大规模开发，对抽水蓄能电站发展提出了更高要求［1-2］。《国家发展改革委关于促进抽水蓄能电站健康有序发展有关问题的意见》中明确提出把抽水蓄能电站作为优化能源结构、促进新能源开发利用和保护生态环境的重要手段。到2025年，全国抽水蓄能电站总装机容量达到约1亿kW，占全国电力总装机的比重达到4%左右。

限于抽水蓄能电站地下厂房洞室空间，气体绝缘金属封闭开关设备GIS（Gas-Insulated metal-enclosed Switchgear）以其占地面积小、运行安全、可靠性高、适应恶劣环境能力强等诸多优点［3］，成为抽水蓄能电站高压配电设备的首选。

抽水蓄能电站运行工况较为复杂，潮流变化频繁，而且抽水蓄能电站基本都采用地下厂房型式，在建设期厂房环境差、湿度大、粉尘多，对GIS绝缘性能等提出了更高的要求。本文从建设单位角度出发，阐述了抽水蓄能电站GIS出厂试验的质量控制要点以及GIS现场安装流程、安装过程中应重点关注的问题等。继而介绍了某抽水蓄能电站GIS现场安装过程中出现的问题及相关处理措施。

2 抽水蓄能电站GIS出厂试验

GIS出厂试验，是验证GIS制造质量的主要手段［4］。本文总结了GIS出厂试验中的质量控制要点和容易引发争议的情况，列举如下。

2.1 整组组装试验

GIS整组组装试验，尤其是整组工频耐压和局部放电试验等，是非常重要的出厂试验项目。特别对部分缺乏抽水蓄能电站GIS制造业绩、或是产品曾出现过制造质量问题的厂家，更应要求其完成该试验，以验证GIS制造质量。目前，多数主要GIS制造厂家都会在出厂试验中安排整组试验，例如江苏国信溧阳抽水蓄能电站以5个间隔为单元进行整组试验。但也存在部分厂家以试验设备容量不够，试验场地空间不足，试验周期过长影响其他产品生产等为由拒绝执行该试验项目。针对这类情况，建议在GIS设备的招标文件和采购合同的条款中明确相关要求，或协商根据厂家试验场地大小和试验设备容量，组装尽可能多的间隔进行三相整组试验。

2.2 气密性试验

首先要明确GIS出厂和现场安装气密性试验的目的。GIS出厂气密性试验目的为检验密封设计的合格性，GIS现场安装后气密性试验目的为检验安装质量。对于存在密封设计缺陷的GIS设备，仅靠现场安装后的修补处理将无法满足设备长期运行要求。因此，如果在出厂试验中检测到SF6气体泄漏率超标，应拒绝设备出厂并进行处理，必要时须修改密封设计。GIS气密性试验一般采取包扎检漏法。对GIS每个密封面用聚乙烯塑料薄膜进行包扎，边缘粘贴密封，包装24 h后进行检查，漏气率应满足合同和规范要求。另外，有条件时还应在GIS出厂试验中进行气体压力异常报警试验。

2.3 主回路电阻测量试验

与气密性试验类似，GIS主回路电阻测量试验在出厂试验和现场安装后交接试验中均要完成，制造厂家应尽量根据工地现场条件，在出厂试验中采取与现场试验相同的试验方法和试验条件（测量方法、温度、测量部位等），使数据具有可比性。应特别注意连接部件、带有伸缩节的部分等重要部位主回路电阻值，满足试验要求方可出厂。主回路电阻测量试验一般采用直流压降法实现，测得的回路电阻值及三相不平衡度应满足要求。

2.4 开关装置机械操作试验

为了保证断路器、隔离开关、接地开关等GIS开关装置满足规定的开关条件且机械联锁工作正常，应进行机械操作试验。试验应采取三相联动的方式进行，所以也要求制造厂家进行GIS整组组装。同时，应在试验中测量开关装置的行程-时间特性曲线，保证特性曲线在规定的范围内。

2.5 雷电冲击试验

对于GIS雷电冲击试验，按照国家电网公司《关于加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施》要求，国网系统内252 kV及以上GIS出厂试验应进行雷电冲击试验。有观点认为GIS雷电冲击试验包含相对地雷电冲击试验和断口雷电冲击联合耐压试验，出厂试验中均应进行。但考虑到断口雷电冲击联合耐压试验电压等级较高，容易使设备在试验中受损，且依据国标《额定电压72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》（GB 7674-2008），断口雷电冲击联合耐压试验属型式试验，故不推荐在GIS出厂试验中进行断口雷电冲击联合耐压试验。

2.6 盆式绝缘子性能试验

按照国家电网公司《关于加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施》要求，国网系统内252 kV及以上GIS每只盆式绝缘子均应进行工频耐压和局放试验，并逐只进行X光探伤检查。

3 抽水蓄能电站工程GIS安装流程和质量控制要点

3.1 安装流程

GIS典型安装流程如图1所示。

图1 GIS典型安装流程图

3.2 GIS安装质量控制要点

3.2.1 防潮

抽水蓄能电站GIS安装通常包含地下洞室部分，而建设期电站地下洞室由于深处山体内部且通风不畅，湿度较大，对GIS安装质量是一个严峻的考验。可以通过以下几方面措施来防潮。

（1）设备包装出厂前充入微正压SF6气体或氮气（一般要求现场不再开盖的封闭气室出厂前预充SF6气体；现场需要开盖的气室预充氮气）。

（2）安装过程中尽量缩短安装单元在空气中的暴露时间。在处理罐体两侧法兰对接面时，用塑料布套在安装面上，安装人员进入塑料布内工作。

（3）向设备充气前，测定每瓶SF6气体微水含量是否合格；充气前将充气管路打开后在50～70℃下烘干2 h，并用高纯N2气吹洗管路2～3 min。

（4）关于吸附剂：不在湿度大于80%时进行更换吸附剂作业；从密封装置取出到装入产品时，空气中暴露时间不超过10 min，如一个隔室有多处吸附剂安装，宜分组同时施工；吸附剂装入后尽快密封罐体开始抽真空工作。

（5）充气完成并静置24 h后，测SF6气体微水含量是否合格。

3.2.2 保证清洁度

保证清洁度也是GIS现场安装的重要任务。抽水蓄能电站GIS安装现场附近通常伴有土建施工作业等，应采取措施将GIS安装室封闭起来，尽量减少外界灰尘进入，并清扫室内地面杂物等。同时限制无关人员进出，进入安装室需穿戴鞋套。

对准备组装的单元，用喷过无水酒精的专用擦拭纸清洁绝缘件表面，杜绝异物残留。用无水酒精彻底清洁壳体法兰的气体密封面。用喷过酒精的针丝布清洁导体表面，擦去附着在导体接触表面的导电脂，并重新涂上新的薄薄一层导电脂。使用过的密封圈，拆开后都进行重新更换，装入新密封圈时用喷过酒精的专用擦拭纸清洁密封圈。对接时，常用吸尘器吸去金属碎屑、脱落的漆皮和其他异物。

3.2.3 现场试验

GIS现场安装完毕后应当对各个气室进行气密性试验，检测的结果应符合相关标准和技术要求值，以保证设备运行安全。重点检查各联结气管、各机构传动密封处、所有壳体焊缝及现场所有对接面。气密性试验通常应在充气后的24～48 h进行，可采取定性检漏和定量检漏等方法［5］。

主回路电阻测量目的是检查主回路中的连接和触头接触情况。现场测量的数据，主要用于与出厂时的测量数据作比较，以判断设备安装后的质量状况。在GIS间隔数多的情况下，应尽可能分段测量。

交流耐压试验是现场验收中的重要项目。通过耐压试验，可以有效地检查GIS现场安装时因外界杂质进入设备内部导致绝缘强度下降，及设备运输过程中可能出现的电极位移和其他损坏等内部故障。一般要求交流耐压值应不低于出厂值的80%［6］，国网公司文件要求不低于90%。

现场还应做断路器合切空载长线试验、合切空载变压器试验，以考核断路器性能。必要时增加隔离开关切合空载母线试验，该试验中注意观察避雷器记数器的动作情况，检查操作过电压。

另外，大负荷情况下的外壳温升、外壳与支架上的悬浮电压也尽量进行测量，以掌握设备投运时的初始数据，为今后发现问题及时处理提供依据。

4 某抽水蓄能电站GIS安装实例

某抽水蓄能电站地处亚热带季风气候区，年平均气温18.3℃，全年无霜期240 d左右。雨量充沛，历年平均降水量2 000 mm左右。电站设有4台混流可逆式抽水蓄能机组，以两回500 kV线路接入电网。该电站电气主接线采用内桥接线方式。电站GIS分地面和地下部分，地面部分为3个断路器间隔，地下部分为2个联合单元间隔。本文将该电站GIS安装过程中出现的问题及处理措施总结如下。

4.1 地面GIS一次设备装反

设计院向GIS制造厂家提供的500 kV系统一次主接线图、布置图等未明确注明I回出线和II回出线位置，制造厂家在完成GIS设计后将图纸发给设计院进行确认，设计院未对制造厂家两回出线位置错误的一次设备基础图、总装图提出异议。

随后，500 kV地面GIS设备运抵现场并依照厂家安装图纸进行安装，直至地面GIS一次设备和二次设备安装完成后才发现厂家的安装图与设计院不符，500 kV I回出线、II回出线及桥I、桥II引线一次设备全部装反。GIS厂家提供安装图纸如图2所示。此时再重新安装设备将耽误工期，故采用其他方式处理。经查，两回出线一次设备完全一致，且与监控、保护系统接线也正确，只需修改设备本体标示即可；对桥引线闸刀DS31、DS32和桥引线地刀ES31、ES32、ES33、ES34，由监控系统厂家更改其在监控系统后台中的定义，并完成桥引线设备监控调试；为避免CB31处成为保护死区，由GIS制造厂家更改500 kV桥引线汇控柜内部CT端子，将CT1与CT6的端子互换、CT2与CT5的端子互换。另外，由GIS制造厂家将I回出线、II回出线、桥引线二次图纸结合现场实际安装情况进行修改。由设计院将涉及500 kV设备一次、二次设备及监控系统、保护系统的二次端子图、原理图纸进行修改。

4.2 GIS支架防涡流

该电站GIS支架采用Q235碳素结构钢，其典型GIS支架结构如图3所示。由于GIS运行时，导体中的大电流会在周围磁导率较大的碳钢框形支架上产生工频磁场，继而引起涡旋形流动的感应电流，称“涡流”［7］。涡流使得支架等设备发热，影响其使用寿命，对GIS正常运行带来一定的安全隐患。而该电站GIS制造厂家并未考虑其影响。为此，在GIS安装过程中，建设单位要求在每个支架横担与立柱连接处，增加了一片3 mm厚的磁导率较小的不锈钢板，并将此处的连接螺栓也改用不锈钢螺栓，通过这种方式来“截断”磁路，减小涡流，从而提高设备的运行可靠性。

图2 GIS制造厂家提供的安装图

图3 GIS支架防涡流处理措施

4.3 GIS基础整改

该电站主变压器高压侧与GIS通过一个油-SF6套管连接。

由于沟通问题，主变压器制造厂家修改图纸，使得主变高压升高座上端面高程比原图高程抬高100 mm，但GIS厂家并未收到此设计变更，参照主变厂家提供原图纸设计并制造了GIS支架，直至现场安装时才发现此问题。地下GIS室和主变室之间给GIS母线预留的穿墙孔洞设计有足够的空间裕量，母线高程抬高100 mm后仍可穿过，可不予变动。需将GIS基础整体升高100 mm，采用的方法为：①用10号槽钢将原GIS底板支撑起，将开孔对齐；②将GIS底板、槽钢、地基校平钢板接触处多段焊接；③采用加长（110 mm）化学螺栓固定；④将GIS底板以下浇筑Sika混凝土，并装修。

4.4 GIS避雷器交流耐压试验闪络

该电站GIS地下一单元避雷器安装图如图4所示，其中，A相避雷器由于受洞室空间限制，采取倒立安装方式。

图4 GIS地下一单元避雷器安装图

地下一单元GIS安装完成后进行现场交接试验，在A相交流耐压试验（不带电压互感器和避雷器）以及交流耐压和局放试验（带电压互感器，不带避雷器）顺利通过后，进行A相带避雷器的持续运行电压试验时，发生了闪络现象。该项试验需升压至318 kV保持30 min，第1次升压至302 kV左右时GIS发生了闪络，试验电源保护动作跳闸，第2次升压至214 kV左右闪络，第3次升压至216 kV左右闪络，现场听到较大放电声音，但受回音等影响，很难判断声音来源。另外，还注意到避雷器放电计数器数字并未增加。由于之前GIS其他部分电压等级较高的耐压试验等均顺利通过，所以试验人员怀疑是A相避雷器内部放电。打开A相避雷器与GIS母线连接的气隔，未在盆式绝缘子等易闪络的位置发现闪络痕迹。避雷器是由GIS厂家直接采购他厂的成品，需联系避雷器厂家人员参与继续拆卸。所以试验人员拆掉了避雷器与GIS设备连接的导电杆，然后重新在该气隔抽真空并充入SF6气体，再进行升压试验，升压至318 kV，未发生闪络，由此可以基本判定是避雷器内部闪络。

避雷器厂家人员赶往现场后，将A相避雷器的盆式绝缘子拆下，在盆式绝缘子上表面（避雷器一侧）发现了明显的闪络痕迹。分析闪络原因是该面清洁度不够所致。有观点认为A相避雷器倒立安装，使得盆式绝缘子表面容易沉积微小的灰尘、金属屑等杂质，且因为避雷器为成品采购，在安装过程中不会拆开进行清洁，容易导致闪络等情况的发生，建议今后其他电站GIS避雷器尽量避免倒立安装。

在更换备用清洁盆式绝缘子后重新进行本试验，顺利通过。

4.5 汇控柜柜门内壁凝露

该电站GIS在安装完成后不久，由于现场空气湿度较大，GIS汇控柜柜门内壁凝露严重，给GIS的安全运行带来极大考验。该汇控柜内部底层设有加热器，顶部设有排风扇，加热器和排风扇自动控制，在温度低于-5℃，或者湿度高于80%时自动启动。针对柜门内凝露情况，从两方面进行处理，①调整温湿度控制器的整定值，提高温度整定值、降低湿度整定值。②在GIS室内增加除湿机，改善汇控柜外部环境。通过上述两种方法，有效的避免了汇控柜内凝露情况。

4.6 其他细节问题

4.6.1 电缆、管路布置不够美观

该电站GIS安装过程中，曾出现线路、管路等连接不够美观的情况。例如GIS上安装的局放在线监测系统，其信号输出电缆沿支架绑扎敷设，不够美观，后协调该系统制造厂家将其电缆移至GIS的电缆槽盒中，并做好电缆屏蔽；GIS部分盘柜内部电缆敷设较为凌乱，没有达到横平竖直、排列整齐、避免交叉重叠等要求，建设单位设立了样板工程，组织对其进行了专项整治。

4.6.2 接地铜排连接不规范

该电站安装GIS接地铜排时，曾出现铜排连接处漆膜未清理干净、违规使用砂轮机打磨接触面、螺孔边缘未处理光滑等情况，这将严重影响接地铜排连接处的接地电阻，给GIS安全运行带来隐患。建设单位组织对这类问题进行了统一整改。

5 结论

要控制好抽水蓄能电站GIS设备质量，从建设单位的角度出发，首先要重视GIS出厂试验质量控制，以保证GIS的制造质量，将GIS制造缺陷消除在出厂前。其次要加强现场安装过程中的规范管理，强化质量控制意识，强化沟通协调，重点问题重点关注，发现缺陷及时处理。本文对今后抽水蓄能电站GIS出厂试验和现场安装，具有一定的参考意义。

［1］崔继纯.抽水蓄能电站规划及可持续发展研究［J］.水电能源科学，2008，26（3）：80-82，149.

［2］晏志勇，翟国寿.我国抽水蓄能电站发展历程及前景展望［J］.水力发电，2004，30（12）：73-76.

［3］兰 柏，汪波涛，陈 瑞，等.关于GIS试验的典型问题分析及解决措施探讨［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（3）：72-77，88.

［4］陈 就.提高GIS投运前验收质量方法分析与实践［J］.湖北电力，2012，36（2）：26-28.

［5］陈林东.GIS设备缺陷分析及检测技术研究［D］.广州：华南理工大学，2012.

［6］韩兴国.亭子口水利枢纽工程550 kV GIS安装技术［J］.水力发电，2013，39（6）：52-54.

［7］宋 帆.特高压GIS设备的涡流及其相关问题的研究［D］.沈阳：沈阳工业大学，2009.

TM595

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1672-5387（2016）10-0022-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.007

2016-04-03

吕鑫昌（1987-），男，工程师，从事抽水蓄能电站机电设备安装工作。