淺述GIS在城市變電站中的應用

摘 要:GIS是把整個變電站的設備(除變壓器外)全部封閉在一個接地的金屬外殼內，殼內充以0.3～0.4Mpa的SF6氣體，保證對地、相間以及斷口間的可靠絕緣。本文從GIS設備的結構特性和使用優缺點出發，淺要敘述了GIS在城市變電站的應用。

關鍵詞:GIS絕緣變電站應用

中圖分類號:TM1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0127-01

1 GIS絕緣結構特性

1.1 GIS的內部結構

GIS有單相封閉式和三相封閉式兩種結構，三相封閉式比單相封閉式的總體尺寸小、部件少、安裝周期短，但額定電壓高時制造比較困難。GIS中的絕緣氣體通常采用SF6氣體或SF6混合氣體(SF6/N2、SF6/CO2等)。SF6氣體本身無毒，但其分解物有毒，對材料有腐蝕作用，因此必須采取措施，以保證人身和設備的安全可靠。

1.2 GIS中常見的三種放電形式會引起SF6氣體分解，這三種放電形式是

大功率電弧放電、火花放電、電暈或局部放電。SF6主要放電生成物有:SF4、SOF2、SO2F2、SO2、S2F10和粉末固體生成物，這些分解物均是有毒的，有的如S2F10則是劇毒。氣態分解物的主要破壞作用在于對固體材料的腐蝕，而固態生成物落在絕緣支撐表面而又吸收氣體中的水分時，會使閃絡電壓下降。

水分是SF6氣體中危害最大的雜質，SF6氣體中水分造成的危害一方面是高溫下發生化學反應產生HF等腐蝕性的劇毒物，另一方面使絕緣件表面出現凝露降低絕緣性能，產生放電。固體絕緣介質表面吸附水膜時會使沿面電壓分布不均勻，因而使閃絡電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓，介質表面粗糙，也會使電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低，在高氣壓時易發生凝露現象，表現更為明顯。

2 GIS在變電站中使用的優點

GIS的顯著特點是集成化、小型化、美觀化和省力化。GIS的故障比傳統的敞開式設備低一個數量級，而且設備的檢修周期大大延長，這就是大型重要變電站也開始普遍采用GIS的原因。具體來說，GIS使用中的優點有:

(1)GIS大大縮小了電氣設備的占地面積和空間體積。由于SF6氣體有很好的絕緣性能，因此絕緣距離大為減小，通常電氣設備的占地面積與絕緣距離成平方關系。隨著電壓等級的提高，減小絕緣距離對減小面積和空間的意義就更大，它不僅為大城市、人口稠密地區的變電所建設以及城市電網的改造提供了有力條件，也為建設地下變電所創造了有利條件。GIS還適用在嚴重污穢、鹽霧地區及高海拔地區，某些水電站的變電所如果空間受到限制，也可采用GIS。

(2)GIS運行安全可靠，維修也很方便。由于全部電氣設備都封閉起來，減小了自然環境對設備的影響，而且對保證運行人員的安全大有好處。

(3)SF6斷路器的性能較好，觸頭燒傷輕微，加上SF6氣體絕緣性能穩定，又無氧化問題。因此斷路器的檢修周期可以延長。如法國D.A公司和M.G公司生產的SF6斷路器允許的累計開斷電流能達2000kA。日本富士公司的HR90系列SF6斷路器，其額定開斷電流為50kA，能經受70次開斷的考驗，累計開斷電流為3500kA。西安高壓開關廠生產的EF1-110-D型SF6斷路器，其額定開斷電流達1700kA，相當于在額定開斷電流31.5kA下開斷50次。由此可見，GIS的檢修周期一般可達5～8年，長者可達20～25年。

(4)GIS安裝方便，GIS以整體形式或者把它分開若干部分運往現場，因此，可大大縮減現場安裝的工作量，縮短工程周期。其次，由于封閉式組合電器的外殼是接地的，可以直接安裝在地面上，又節省了水泥和鋼材。

3 GIS在城市變電站的應用

GIS變電站目前已推廣到電力系統所有電壓等級，并在許多領域得到單獨應用，而且還能夠與氣體絕緣(AIS)沒備及其它先進設備一起形成完美協調的設計。

在過去二十多年中，世界各地設計了為數眾多的800kV以下及不同電壓組合的GIS變電站。由于SF6氣體的優良特性，可以使相間距離，乃至整個變電站做得很緊湊。由于各種GIS設備是在制造廠組裝成單元或組件再運往現場，因此現場裝配時間可縮短，裝配成本也低。根據需要，各種各樣母線均可應用GIS。由于GIS技術的優越性，使得不可能用AIS技術建造變電站的地方建成變電站。開始時，GIS技術僅用于空間有限、場地狹窄、或使用常規空氣絕緣開關設備(AIS)有困難的特定環境條件下。如今由于GIS的可靠性高，GIS在越來越低的電壓等級中得到推廣應用，這使得把變電站建在大負荷的城市中成為可能。

另一方面，GIS正在向更高電壓等級推廣應用。我國巖灘水電站工程中使用了550kVGIS。該工程位于沿紅水河的山谷中，4臺變壓器放在廠房外面，與廠房延伸部分中的550kVGIS設備直接相容。

由于GIS技術發展很快，致使AIS和GIS的成本之差逐漸縮小。雖然GIS的初期投資比AIS高，但綜合考慮許多輔助投資困素，則前者工程遣價更富有競爭力。由于GIS技術提高了可靠性、減少了維修工作量、結構緊湊、適應性強，使該項技術在各種新產品開發和技術改造等方面得到進一步的發展。通常，在使用GIS的變電站中，其它部分則是空氣絕緣的。在某些情況下，包括聯絡母線在內的多數設備都是氣體絕緣的。有時在一個變電站里聯合運用氣體絕緣和空氣絕緣開關(這兩種技術的適當結合)可以使設備得到優化。

GIS技術的另一個快速發展的領域是把電力進到負荷中心，由于幾方面的原因，如空間緊缺和美學方面的要求及市政公眾關心的熱點問題，使用AIS一般是不可能做到這一點的。而GIS為變電站設計師和規劃師從事設計工作提供了更大的自由度。采用多種方法使GIS設備與周圍景色融合為一體，是當今電力建設的時尚。如今許多中大型變電站的設計均采用了GIS和真空斷路器的緊湊組合，從而節省了空間布局，與周圍的環境達到協調一致，以往桿塔林立的老式變電站與現代城市優美的環境格格不入的情形已成為了過去。

4 結束語

贊譽之余，也必須指出GIS潛在的問題:一旦出現事故，危害后果比分離式敞開設備嚴重的多，故障的修復周期大約要兩周，故障修復甚為復雜。鑒于此，人們提出了發展對GIS在線監測的要求。即在設備運行中不間斷地監測其狀態，及時發現各種可能的異常或故障預兆，以便及時作出處理。一旦出現故障，如內部放電等，要能準確地判斷故障部位，立即處理，防止高密度的相鄰元件受到波及。

GIS的在線監測技術，近年來有了很大的發展，傳統的設備運行檢修制度，正在逐步變革。即從定期停運檢修制度，正在逐漸向預警式檢修制度發展。由于在線監測與判斷故障技術的逐步完善，可以在設備出現異常預兆時，立即安排進行檢修或更換，這就大大減小了檢修工作的盲目性，對提高電力系統的安全水平和經濟效益都是很有意義的。

參考文獻

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