变电站GIS设备全天候柔性检修室系统

胡卡，徐灿，肖文凯，韩煦，潘章达，张明祥，翟显

（1.国网湖北省电力公司检修公司，湖北 武汉 430077；2.武汉大学 动力与机械学院，湖北 武汉 430072）

城市化进程的推进，使得城市人口数量急剧增长，电力负荷与日俱增，在电力设备中，GIS设备已逐渐取代其他开关设备成为主流产品，因此GIS组合电器在220KV及以上电网中使用越来越广泛。因此对电网的输送安全稳定性及其品质有了更加严格、更加高的要求和期待。基于此，GIS设备的体积小、占地面积少、运行安全可靠等优点能够完美符合上述要求，其节约用地、简化运维的优越性彰显无疑，所以被广泛应用于电网的建设中。但是GIS变电站多分布于工业基地和城市居民中心、商贸中心，一旦发生故障就会对电网安全稳定运行和社会造成很大影响，因此发生故障后的检修效率至关重要。本文着重从GIS设备应用存在的问题、故障后所面临的检修环境以及模块化检修室系统的研究与应用三个方面，从GIS设备问题产生、问题分析、问题解决一整套科学的解决方法进行分析，从而防止或者减少GIS设备事故和重大缺陷，保证电网稳定运行和可靠供电。

1 GIS设备应用存在的问题

目前GIS最高工作电压已达特高压范围，如俄罗斯的1150KVGIS已投运多年东芝公司制造的GIS其额定电流可高达12000A。GIS在我国各电压等级电网中也获得了良好的应用，随着GIS设备广泛投运，一些存在的问题也逐步凸显出来，主要存在以下问题。

GIS的全部元件封闭在金属箱内，一旦箱内出现故障，如局部放电、微粒在电场中运动、导体连接处异常温升等，在箱外难以被及时发现，故障发现和定位都非常困难。

结构紧凑，内部电器元件多，易使故障扩大，形成击穿而波及相邻电器元件结构复杂，不易拆卸，并对检修现场的要求非常高，出现故障后，现场维护艰难，并且维护时停电时间长。

各个制造厂商因产品特点而具有不同的安装工艺，导致的一个变电站内有几种不同类型的GIS设备，其形状和布置有差别，给后期检修工作带来很大困难。

2 故障后GIS设备检修环境

从已有的经验来看，最常使用的是自然环境下的直接进行检修的方式，但这种方式存在着很多的不足：如天气情况决定施工进度、安装环境影响检修质量等。然而GIS设备故障后只能通过解体检修的方式进行，在检修完毕后需要对GIS设备内抽真空以及要防止空气中的杂质进入，因此只能在天气晴朗的时才能展开作业，天气情况又是一个不能确切掌握的因素，在南方雨雪较多，湿度很难保证；在北方天气较为寒冷，温度很难保证 。并且即便是在晴朗露天施工时，由于现在雾霾频发，空气中的杂质或灰尘容易沉集吸附在GIS设备内壁，造成持续放电，引起极大的安全事故。

从现有GIS设备故障遇到恶劣天气情况下，通常采用搭建临时的简易帐篷、局部遮盖GIS故障处等方式避免恶劣天气，GIS设备故障检修一般所花时间较长，且需要吊运检修设备工具，因此传统的规避恶劣天气的措施不能保证GIS设备处在干燥的环境中。同时，GIS设备主要的绝缘气体六氟化硫容易泄漏，现场需要有相应的检测设备，保证检修人员的安全。

3 GIS设备全天候柔性检修室系统

为了更好的进行对GIS设备进行及时检修，以及避免造成更大的经济损失，提出建造一个GIS设备全天候柔性检修室，但是由于现场GIS设备形状和现场会由于高压产生静电的要求，所以一般的钢铁结构材质存在极大的安全隐患。如图1所示现场不同类型GIS设备。

图1 GIS设备现场图

我们所建造的检修室不同于平时我们所见到的常规的房屋式或者是帐篷式，存在以下技术难点：

（1）GIS设备检修的部位下方有横向的母线，是必须要穿过所建造的检修室。

（2）在母线的左侧部分，会有横向BSG（充气套管），在进行检修时也是需要包含在内部。

（3）在横向BSG的左侧还有纵向的BSG，在进行检修时需要从上部突出检修室。

（4）检修工作都是在输电线的下方进行，高压输电线会产生极大的静电，因此钢铁结构支撑件会存在较大的安全隐患。为了解决上述的局限性以及现场检修时的难点问题，我们提出以下实施方案。

3.1 模块化的柔性单元

根据上述难点和GIS设备检修时的特点，在恶劣天气情况下，如雨雪等恶劣天气环境下对新型的GIS设备进行检修。首先在现场搭建一个可根据现场施工需求的检修室。难点在于现场GIS设备的形状非常规，并且有穿出检修室的部分，常规日常使用帐篷不能满足现场检修时所需要满足的温度、湿度、清洁度等等要求，因此需根据现场GIS设备状态研制对应简便、快捷的检修室。本文提出的理论模型为柔性材料机构单元和模块化设计生产以达到对不同类型GIS的覆盖。

首先采用柔性材料结构，即气柱框架式骨架，不仅能够满足承受检修室所需的力学性能，又能很好的避免产生静电；骨架气囊采用尼龙精编PVC双面涂层布高频热合成型，电动泵或脚踏泵充气即可快速成型并自动为骨架补气以维持骨架内气压平衡，在柔性状态下可以巧妙的绕过GIS设备复杂的形状。针对不同的GIS设备的特殊形状，单独设计、制造与其对应的柔性单元。

其次将上述柔性气柱骨架进行模块化设计和生产，可以利用已有的柔性材料的优势加以继承和发展。具体地说，将制作好的多个不同类型柔性单元结构进行选优、组合、变换，从而组合出新的满足GIS设备特殊形状的检修室。这样不仅使得检修室的安装、拆卸简便、快捷；设备量小，灵活性高、大量节省时间成本。而且保证了检修室单元的互换性和协作配合，可大大缩短检修室搭建的周期，很大程度上提高了检修的效率。

3.2 具体实施方案

（1）模块化单元。检修室骨架：采用三段式气柱框架式骨架，每一段根据现场GIS设备不同形状定制而成。不仅能够满足承受检修室所需的力学性能，又能很好的避免产生静电；骨架气囊采用尼龙精编PVC双面涂层布高频热合成型，电动泵或脚踏泵充气即可快速成型并自动为骨架补气以维持骨架内气压平衡，不仅可以连接成刚性大的骨架用于支撑，还可以以小单元的形式根据现场施工的需求而调整检修室的长度。

检修室面料使用透明PVC膜和牛津布，较之于其他材料不仅有利于工人施工时的可见度，还经久耐用，不易老化，具有防火阻燃，防风防雨，耐高温，寒冷等特点；检修室常用辅配件拉链、织带、拉绳、粘扣、松紧绳、pe泡海绵等。用于检修室面料的拼接、遇到GIS设备特殊结构时的处理，以及对整个检修室的进一步的固定。

现场施工图如图2所示。

图2 双体墙和单体门结构单元现场图

（2）总装示意图和现场图，见图3、4。

图3 检修室门单元和骨架现场图

图4 GIS检修室现场图

首先将可扩展的气柱框架式双层墙体单元在柔性状态下（未充气）绕过GIS设备的母线和横向障碍，然后用电动泵或脚踏泵充气即可在10min内快速成型；然后，通过连接紧固辅配件系统进行通用屋顶以及单层门结构单元的连接，在遇到GIS设备纵向突出时采用特制屋顶进行拼接。这样不仅能灵活避开即使在柔性状态下也避免不了GIS设备复杂的突出的结构，而且为检修人员创造一个更大检修的空间，还能解决GIS设备在检修过程中的吊装、检修人员和检修仪器进出问题。然后，采用可拼接拆卸的防雨面料结构进行多次拼接，并使用上下开合的圆筒结构牛津布进行包裹后再用橡皮绳缠绕紧，达到水汽不入的效果。且防雨面料拼接时，上部边沿多出5～10cm裙摆式重叠结构，能够有效的防止雨水从连接处进入检修室；最后，在检修室的四周底部放置防风沙箱，用橡皮拉绳将已布置固定环的骨架、防雨布料和防风沙箱进行固定，此目的是为了加强检修室的防风效果，通过将风能转化为橡皮拉绳的弹性势能，有效的化解风加到检修室的载荷，从而提高检修室的稳定性。然后在骨架的下方地面置入轻质高强度防刮地板，从而避免骨架被地面损坏，达到经久耐用。

4 结语

针对出现在雨雪等恶劣天气环境下对新型的GIS设备进行检修，本文创新性的提出了一整套科学的解决方案，采用柔性模块化的单元结构，利用其相对独立性、互换性、通用型强的优势进行组合拼接，实现检修室简便、快捷的安装、拆卸，使检修室有抗拉强度大、刚性大、稳定性好、防雨雪、成型快等特点，真正实现全天候进行检修，为变电站经济、便捷的解决GIS设备检修问题提供了有力可靠的新途径。

[1]代文章,陈海东,王松波. GIS设备在电力系统中的应用及状态检修[J]. 电气技术,2013,(05):115-117.

[2]钱峰. GIS设备检修技术常见问题探析[J]. 科技创新与应用,2015,(07):107.

[3]陈昊,吴健,王斌. 户外电力设备GIS检修间的研制[J]. 中国设备工程,2014,(07):51-53.

[4]陈曦. 广东电网GIS设备应用与状态检修分析研究[D].华南理工大学,2010.

[5]陈晓晖. 探讨GIS设备在电力系统中的应用及状态检修[J]. 中国新技术新产品,2014,(18):73-74.

[6]范娟,唐击. 220kvGIS设备运行存在问题分析及建议[J]. 中国新技术新产品,2011,(18):135.

[7]谢卫红,屈喜凤,李忠顺等. 产品模块化对技术创新的影响机理研究:基于组织结构的中介效应[J]. 科技管理研究,2014,(16):1-7.

[8]余波,姚进,薛江. 柔性机构简介[J]. 机械，2000,(S1):30-32.