HGIS现场安装调试技术及质量控制方法

李贤初

摘  要：为总结变电系统电气工程现场施工安装经验，以HGIS设备为引，首先介绍了国内外HGIS的现状以及技术经济概况，充分结合HGIS现场安装施工、HGIS验收调试经验，说明了HGIS在实际工程施工时，其在安装施工效率、安全性等方面的显著优势。随后结合我国南方地区某HGIS变电系统电气工程施工建设经验，系统梳理了HGIS现场安装、现场调试应注意的技术问题以及如何避免相应的技术隐患，为同类型变电系统电气工程施工提供可靠参考借鉴。

关键词：变电系统  电气工程  技术管理  施工技术  HGIS

中图分类号：TM63                           文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）12（c）-0031-03

HGIS Site Installation and Debugging Technology and Quality Control Methods

LI Xianchu

（Chongqing Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Chongqing， 400039  China）

Abstract： In order to summarize the on-site construction and installation experience of the electrical engineering of the substation system， the current status and technical and economic overview of HGIS at home and abroad are firstly introduced under the guidance of HGIS equipment. During project construction， it has significant advantages in installation and construction efficiency and safety. Then， combined with the construction experience of the electrical engineering of a HGIS substation system in southern China， the technical problems that should be paid attention to in the installation and commissioning of HGIS and how to avoid the corresponding hidden technical dangers.The paper hopes to provide a reliable reference for the electrical engineering construction of the same type of substation system.

Key Words： Substation system; Electrical engineering; Technical management; Construction technology; HGIS

自20世紀60年代起，气体绝缘全封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）技术在国内外开始发展，变电系统电气工程建设也因此有了长足的进步，变电站的占地面积大幅度减小，可靠性也大幅度提升。时至今日，部分西方国家在某些电压等级的电气工程项目建设中，只允许采用GIS方案，但因GIS的安装施工造价较高，在变电系统中仍旧没有得到全方位应用，因此，有必要对现有GIS进行进一步研究，以提升系统稳定性的同时并降低安装维护成本。

日本是地震多发国，其研发的罐式断路器具有良好的抗震性能，以此为基础，将550 kV罐式单断口断路器结合敞开式母线，混合式气体绝缘开关设备（Hybrid Gas Insulated Switchgear，HGIS）应运而生。HGIS是一种介于GIS和空气绝缘开关设备（Air Insulated Switchgear，AIS）之间的新型高压开关设备。HGIS内的隔离开关、断路器、TA等设备并无太大变化，和传统的GIS基本一致，这些设备大多设计在SF6气体绝缘金属保护金属体系内部，设备出线通过套管保护引出，故障率相对低的母线则采用外露式的导线，使接线清晰、简洁、紧凑。实践证明，HGIS在运行时具有更高的可靠性，相较于AIS，其维修费用更低，维修工作量更少。在占地方面，若采用HGIS，可节约40%设备安装空间。另外，因HGIS采用单断口断路器，故分压电容较少，其他的电气配件也随之减少，结构相对简单，维护也更加便捷。

1  HGIS设备构成

文章着重分析的500 kV HGIS设备，配置国内目前较为成熟的单断口断路器，采用OM操作机构体系，该机构优化了传统的油路系统，性能较好，失压问题发生概率较低，500 kV HGIS的一次结构。所以不会出现因为压力失衡导致的自动分闸问题。合闸操作、分闸操作均采用常规液压动力，淘汰传统的弹簧部件，可避免机械疲劳问题。完全安装在导电性良好的铝制金属保护层内，该保护层中注入有一定量的SF6气体，设置有多个SF6气室，各个SF6气室电路完全相同，但是气路却完全隔离。HGIS设备因结构简化，故套管结构也更加简便，为典型的中空结构，绝缘介质采用SF6气体，不会发生意外失火事故，且老化速度极为缓慢，绝缘维护工作量因此大幅度降低[1]。目前，国内生产的HGIS的开关并不能完全封锁到一个保护层中，如图1所示，国产500 kV HGIS设备各个气室安装有监控装置，监控装置和LCP直接连接，每一个气室设置有单独的截止阀、气体填充口、带压力表温度补偿气体开关等配件[2-3]。

2  HGIS安装施工过程简述

变电系统采用HGIS可大幅度提高施工效率，一般500 kV常规变电系统设备安装调试需要40 d左右，而HGIS的安装调试工作在24 d内就可完成。HGIS设备安装、调试的具体过程为：HGIS安装准备→HGIS设备基础检查→安装施工放线→HGIS设备开箱检查→HGIS对接→套管安装→更换吸附剂→检查HGIS本体内部是否存在遗漏部件→抽取真空→填充气体→安装汇控柜→敷设电缆→接线→现场交接→调试验收→正式投运[4-5]。

变电系统电气工程施工第一步是全面检查工程施工场地，要求基础高差控制在3 mm以内，同时检查设备，确认无误后，开始现场放线，然后根据工作要求进行本体对接。本体对接是施工过程中的关键要点，也是质量控制难点，在具体安装过程中，需要根据实际放线位置，确定CB单元本体位置，确定水平标准，在定位基本完成后，开始固定支架体系，随后安装下一个单元。因对接安装会直接受到周围的环境因素影响，故在安装过程中，需灵活应用手动葫芦等设备。建议，为保证牵拉定位作业的正常推进，被牵拉单元表明应适度涂抹润滑剂，在对接过程中注意控制牵拉葫芦，注意控制牵拉方向、牵拉速度等。在实际施工中，往往需要进行多次调试才可完成。对接完成后开始进行法兰连接，拧紧法兰螺栓，所有螺栓紧固完成后，焊接CB本体支架。施工过程中，需注意各个接口尺寸，注意导体尺寸，考虑实际情况，将设备表面的金属微粒、灰尘等清除干净，工作暂停后，用塑料薄膜做好成品保护，避免空气中的灰尘污染设备内部。在实际施工中，受多种因素影响，赶工情况较为普遍，土建工程和电气安装工程交叉进行的情况尤为常见，故需高度重视成品保护问题[6]。

对接施工结束后开始安装套管，套管安装技术要点和本体对接类似，但是应注意在吊装过程中，避免套管接线端子板受到横向力度，应尽量保证其受到纵向力，从而避免套管受到损伤。所有对接法兰需要采用酒精或者丙酮进行处理，并涂抹专用密封胶，绝缘子表面只能够采用酒精擦拭，不可采用丙酮擦拭。清洁后，注意检查法兰表面是否存在划痕、污渍、油脂等，干燥剂放入设备干燥笼，在2 h内必须合理密封，使用过的干燥剂不可重复使用。

抽取真空的过程中，设备主回路不允许增加电压，应保证接地开关（Earthing Switch，ES）有效闭合，套管端子有效关闭，抽取真空的管路应正确连接，所有管导切忌出现弯折问题，建议选择带有电磁阀的真空泵，避免突发停电导致油、水银被倒吸进设备内部，若真空抽取气压降低至133 Pa以下，应保持真空状态30 min以上，确保设备本体内部水分完全消失，在充气的过程中，技术工作人员应尽量站在上风口，充气效率需要严格控制，避免发生结露现象，若是出现结露问题，应采用专用加热器辅助安装。

3  HGIS交接試验以及验收

变电系统电气工程HGIS交接试验应根据国家现行标准进行，因部分进口HGIS生产厂家提供的规范高于国家规范标准，故在实际操作中，可考虑实际情况，直接采用生产厂家提供的数据内容，外观检查验收应满足以下4条标准：（1）所有套管端子的方向正确无误;（2）HGIS所有气室压力保持正常;（3）设备本体以及设备套管表面无损伤;（4）所有连接螺栓的力矩符合规范要求。

现场试验内容主要为：根据设备图纸，检查回路是否正常连接，重点检查汇控柜以及操作箱;主回路电阻测试，实际测试参数不得超过厂家设定值的±20%;气体检测应采用专业仪器进行气密性交叉，接头处建议采用塑料薄膜等密封材料进行包裹处理;在耐压试验前后测试设备主回路的绝缘电阻，绝缘电阻可考虑分别检测，也可考虑全站点一同测试，每一个单元的电阻值应控制在1 000 MΩ以上，辅助二次回路电阻值要控制在2 MΩ以上;辅助液压系统需进行模拟顺序测试;内部控制部件需进行连锁测试，判断其连锁关系是否符合技术要求;气体测试应满足一般厂家标准;设备工频耐压情况，根据设备出厂要求进行80%加压，加压时间控制在1 min以上;辅助二次回路加压2 kV，加压时间控制在1 min以上。

4  技术经济性分析

这里以传统变电系统电气工程中的半断路器接线项目为案例，在项目中，一个符合标准的完整串体系采用的HGIS设备横向尺寸和传统的设备横下那个尺寸基本一致，但是纵向尺寸可缩小50%及以上，故HGIS设备占地面积仅为传统设备的50%左右。并且变电系统电气工程HGIS设备实现模块化布置，支持标准化生产，安装过程相对简单，主设备只有基础部分没有配套支架，施工作业方法相对简单，现场施工作业量较小，施工周期较短，施工效率较高，在天气条件良好的状况下，一个HGIS设备安装周期可控制在24 d以内，传统设备最快也需要35 d左右。因变电系统在实际运作中，刀闸事故率普遍高于开关事故率，所以采用HGIS设备后，系统整体安全性可大幅度提升，若采用传统设备，以外露瓷套的方式进行安装，完成串多达54只，而HGIS完整串只有15只，这就大幅度降低了变电系统外绝缘闪络问题发生率。因此，我们可预见到，变电系统采用HGIS替代传统GIS设备是大势所趋，在特高压工程中，也只能够采用技术水平较高的HGIS设备，因HGIS设备的抗震性能相对卓越，且在重污染地区、高海拔地区有着较为突出的应用优势，HGIS设备繁琐的前期检查工作也可从变电系统施工现场转移到工厂内部。

5  结语

相较于传统设备，HGIS设备的施工效率更高、占地面积更小、运维可靠性更高，且对环境影响更小，尽管在可替代品方面相对弱于传统设备，但是考虑到现如今各地的500 kV变电站仍旧在推行无人化建设，这无疑对设备可靠性提出了更高的要求，故广大从业者务必要认识到这一发展趋势，并探寻相应的施工技术方法。尽管HIGS设备的造价仍旧较高，但是伴随国产HGIS质量的不断提升以及各地500 kV变电站的大规模建设，若大量采用HGIS，其造价水平也必然会得到有效控制。

参考文献

[1] 杨剑锋，姜爽，石戈戈.基于分段改进S变换的复合电能质量扰动识别[J].电力系统保护与控制，2019，47（9）：70-77.

[2] 葛银波，胡海涛，杨孝伟，等.模块化多电平变流器型中压直流牵引供电系统控制方法研究[J].电工技术学报，2018，33（16）：3792-3801.

[3] 陈金木，陈冠，蒋斯琪，等.变电站直流电源系统便携式电能质量检测仪研制[J].仪表技术与传感器，2019，434（3）：53-58.

[4] 曹庚赈.110kV变电站中电气工程安装及施工质量管理探析[J].工程技术研究，2019，4（9）：155-156.

[5] 阮康云.电气工程施工中的常见问题及安全质量控制研究[J].数字化用户，2019，25（8）：67.

[6] 何杰.试论电力电气工程的监理要点与施工质量控制[J].中国战略新兴产业：理论版，2019（17）：1.