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.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 230022；2.国网安徽省电力有限公司经济技术研究院，安徽 合肥 230071)

0 引言

气体绝缘全封闭组合电器(Gas Insulated Switchgear，以下简称GIS设备)由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，在其内部充有绝缘性能和灭弧性能优异的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。近年来，GIS设备在电网中应用越来越广泛。GIS设备的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，从电网设备的全寿命周期成本来看，效益更优，是未来电网建设的发展方向。

GIS设备是变电站的最重要的设备之一，该设备的安全运行对电网运行非常重要。实践表明，GIS设备的安全运行不仅与产品的自身质量有关，安装设备时的环境湿度、空气质量等也非常重要。相关研究指出，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时的环境都有明确要求，一般为：无雨雪、温度10℃～25℃、环境湿度≤80%、粉尘度≤20CPM。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。

在上述环境要求中，粉尘度的控制最为困难。在目前的条件下，GIS的安装过程中普遍存在粉尘度难以控制等问题。本文在工程实践的基础上，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，同时建立环境参数监测系统，确保GIS在温度适宜、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，本文在总结已有工程经验的基础上[1,2]，探索研究出了一套GIS安装环境控制系统，控制系统采取抑制粉尘、隔离粉尘、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，保证安装环境一直在要求范围内。

1.1 抑制粉尘

对变电站内GIS安装区域采取临时封闭措施，搭建围墙对其他施工区域进行隔离，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 隔离粉尘

GIS设备安装前，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。

目前，变电站的户外GIS设备布置，绝大部分为“一字型”成列布置，对接面也基本都在同一平面上。针对此种情况，经过技术经济比较，可以在GIS两侧铺设轨道搭建拼装式可移动式防尘棚[3]，实现全方位隔尘。防尘棚内部底部铺设地板革，防止基础灰尘进入防尘棚内，而且每天进行清扫。

表1 隔离粉尘措施比较

图1 拼装式可移动式防尘棚示意图

拼装式可移动式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。

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：

P1=A×(M×g/L×D)

(1)

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

在防尘棚内配置两台吸尘器，1台高压水枪、空压机、抹布若干，安装专人负责防尘棚内卫生，保证GIS安装前设备及防尘棚内清洁，达到除尘的效果。

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，防尘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。

图2 GIS安装环境控制流程图

2 微正压技术

微正压系统(Micro positive pressure system)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[5]。本文的GIS安装环境控制系统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，同时干燥空气发生器有利于降低环境湿度，进一步保障防尘棚内湿度、粉尘度在达标范围内。

干燥空气发生器最重要的技术参数为供气量，其选择方法如下：

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露为α(m3/h)，施工准备时间为t，微正压值取MPP(本文定义为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，而T则表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数[5]。

在相对封闭的空间内，若温度不变或变化范围较小，气体压强近似与气体物质的量成正比：

P=(RT/V)×n

(2)

在施工准备阶段，干燥空气发生器供气量为Vg(m3/h)应满足：

(abc+Vg×t-α×t)/abc≥MPP

(3)

在作业阶段，当准备阶段已达到微正压状态后，干燥空气发生器供气量为Vg(m3/h)应满足：

Vg≥α

(4)

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。

4 GIS安装环境控制与监测系统应用效果分析

在合肥地区某500千伏变电站建设过程中应用文中所提的GIS安装环境控制与监测系统，应用情况与应用效果如下。

在GIS安装工区临近区域进行隔离，并清扫洒水。

图3 GIS安装临近区域隔离清扫洒水 图4 设备区域敷设防尘网

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8m，宽度9m，高度5.1m。

图5 拼装式可移动式防尘棚实例

按式(1)计算后，并统筹规划，硬化方案为C30的混凝土在地面硬化10cm，且安装完成后在硬化面上铺设石子，做到永临结合，更经济。

4.1 使用微正压与环境控制技术的环境情况前后对比

在此变电站安装时，采用标智GM1360A电子温湿度计对防尘棚内外的湿度进行测量，结果如下：

图6 湿度变化对比图

采用CEM-DT968粉尘仪对防尘棚内外的粉尘度进行测量，结果如下：

图7 粉尘度变化对比图

从上述图形中可以看出，文中所采取的控制系统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设备安装质量工艺的提升

合肥地区此变电站工程HGIS及GIS安装均采用上述环境控制系统，安装过程中各项环境参数控制效果良好，施工过程中便捷，均一次通过耐压试验和启动带电试验，截至目前运行安全稳定。

5 结语

本文首先介绍了GIS设备安装环境要求，其次对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，推导了干燥空气发生器的选择计算公式，结合环境参数监测系统，确保安装环境达标。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，为安徽电网安全稳定运行发挥了重要作用。