微正压与环境控制技术在GIS设备安装中的应用研究

刘 军，肖 遥，王震海

（1.国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230009；2.国网安徽省电力公司建设分公司，安徽 合肥 230071）

0 引言

近年来，气体绝缘全封闭组合电器（Gas Insulated Switchgear，以下简称GIS设备）的应用越来越广泛，其应用能大大减少变电站征地面积，降低建设成本，而且GIS设备运行可靠、操作安全性高、维护工作量小、检修周期长，是未来电网建设的发展方向。

GIS设备是变电站最重要的设备之一，该设备的安全运行不仅与产品的自身质量有关，安装设备时环境的湿度、空气质量等也非常重要。相关研究表明，约40%的GIS设备故障问题与安装时质量控制不严有关［1］。

国内主流GIS设备生产厂家对安装环境都有明确要求，一般为：无雨雪、温度 10～25℃、环境湿度≤80%、粉尘度≤20 CPM。安装过程中，空气湿度过大、空气中粉尘度过大，都会导致部分部件绝缘强度降低，影响GIS设备的安全运行。所以GIS安装时，优化安装环境，非常重要。

在上述要求中，粉尘度的控制最为困难。在目前的条件下，GIS安装过程中普遍存在粉尘度难以控制等问题。本文探索使用微正压与环境控制技术构建GIS设备安装环境控制系统，同时搭建环境参数监测系统，确保GIS在低湿度、低粉尘度的环境下安装。

1 GIS设备安装环境控制系统

为达到GIS安装环境条件，可采取隔离粉尘、抑制粉尘、清除粉尘等方式减少粉尘量，结合保持安装环境微正压、环境参数监测等措施，保证安装环境在要求范围内。

1.1 隔离粉尘

对变电站内GIS安装区域采取临时封闭措施，搭建围墙对施工区域进行隔离，GIS本体对接前对安装区域及周围道路进行清扫和洒水，安装区域外可配备移动式降尘喷雾机定期对工作区周围空气降尘。GIS安装期间，对GIS区域四周设置围栏，布置密布网。在安装区域周围采用钢管及扣件搭设围栏，通过防尘围网将安装区域与周围场地隔离，达到挡尘的效果。

1.2 抑制粉尘

GIS安装前，对设备区域内非基础区域进行硬化处理，设备区域四周敷设密实防尘网，防止地面灰尘上扬，达到抑尘的效果。

500 kV及以下变电站工程的户外GIS设备布置，绝大部分为“一字型”成列布置，对接面大多在同一平面上。针对此种情况，经过技术经济比较，如表1所示，可以在GIS两侧铺设轨道搭建拼装可移动式防尘棚，实现全方位隔尘，如图1所示。防尘棚内底部铺设地板革，防止基础灰尘进入防尘棚内，而且每天进行清扫。

水泥窑协同处置垃圾技术实际上是垃圾焚烧技术（机械炉排炉技术、流化床技术、热解气化技术、水泥窑协同处置技术）中的一种，是将水泥窑生产水泥熟料的过程与固体废弃物处理的过程结合到一起，使二者的优势能够互补，提高水泥生产效率与废弃物处理效果。与传统的焚烧处理方法不同，水泥窑协同处置技术在利用废弃物热值的基础上，还能够将废弃物中残存的难以热分解的物质固定在生产的水泥之中，减少这些物质在环境中渗出的可能性[1]。

表1 防尘棚类型及比较

图1 拼装可移动式防尘棚示意图

1.2.1 拼装可移动式防尘棚参数

防尘棚长宽高选择原则如下：

长度：保证GIS对接面施工安装要求。

宽度：大于等于GIS基础宽度。

高度：大于等于GIS设备就位后最大高度，并留一定裕度。

1.2.2 硬化方案

假设防尘棚及附属设施质量为M，轨道长度为L，宽度为D，并考虑一定安全裕度A，则防尘棚及附属设施对地面的荷载为：

因此，在选择硬化方案时，承载力应大于等于P1值。

1.3 清除粉尘

在防尘棚设置更衣室及风淋过渡间，施工及外来人员需穿防尘服及戴防尘帽，穿鞋套经风淋过渡间处理后方可进入防尘棚内，防止外部灰尘进入防尘棚内。配备空气净化器，对防尘棚内实时除尘，棚内安装视频监控系统，对GIS安装过程进行监测，达到控尘的效果。

2 微正压技术

微正压系统是通过干燥空气发生器，在相对封闭的空间内持续补充干燥气体，保证防尘棚内空气压力始终保持在微正压状态。微正压系统还能同时降低环境湿度。

干燥空气发生器广泛适用于变压器、电抗器等大型电力设备检修时供应干燥空气［3］。将微正压系统应用在GIS安装中，在防尘棚内配备干燥空气发生器，持续补充干燥气体，保持安装环境微正压状态，进一步保障防尘棚内湿度、粉尘度在达标范围内。

假设干燥空气发生器供气量为 Vg（m3／h），防尘棚长宽高分别为a、b、c，因密闭不严导致的防尘棚空气泄漏为 α（m3／h），施工准备时间为 t，微正压值取MPP（大气压力与标准大气压比值）。根据气体状态方程：PV=nRT（P是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T则表示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数），气体压强与气体物质的量成正比：P=（RT／V）n。

干燥空气发生器供气量为 Vg（m3／h）应满足：

3 GIS安装环境监测

GIS安装过程中要保证环境参数时刻在达标范围内，因此在防尘棚内采用环境参数在线监测装置，主要包括粉尘浓度测定仪、干湿温度计，对防尘棚内的粉尘度、温湿度等参数进行全面的监测，便于安装人员实时掌握监测棚内环境，随时调整干燥空气发生器等机器输出参数。具体环境控制流程如图2所示。

图2 环境控制流程图

4 GIS安装环境控制与监测系统应用效果分析

在某变电站中应用文中所提的GIS安装环境控制与监测系统。

将GIS安装工区临近区域进行隔离，并进行清扫洒水处理。

根据GIS设计图及厂家提供的图纸，按照选择要求，防尘棚的外形尺寸选择结果为：长度8 m，宽度9 m，高度 5.1 m。

经计算与统筹规划，硬化方案为C30混凝土在地面硬化10cm，且安装完成后在硬化面上铺设石子。

4.1 使用微正压与环境控制技术前后对比

采用标智GM1360A电子温湿度计对防尘棚内外的湿度进行测量，结果如图3所示。

图3 湿度变化对比图

采用P-5L2C粉尘仪对防尘棚内外的粉尘度进行测量，结果如图4所示。

图4 粉尘度变化对比图

从上述图形中可以看出：文中所采取的控制措施能有效降低粉尘度和湿度，且能保持在要求范围内。

4.2 微正压与环境控制技术实施后GIS设备安装质量提升

此变电站工程HGIS及GIS安装均采用拼装式移动防尘棚，安装过程中环境控制效果良好，施工过程便捷，均一次通过耐压试验和启动带电试验，并且运行安全稳定。

5 结束语

本文对GIS设备安装方法进行了研究，系统地提出了应用微正压与环境控制技术的GIS无尘化安装控制方法。该方法已在安徽省内电网建设中得到应用，有效地提高了GIS设备安装质量工艺水平，为电网安全稳定运行发挥了重要作用。