廣東電網GIS設備應用現狀與缺陷應對策略

李普明，朱 林，黃 偉

（1.廣東電網公司，廣東 廣州 510600；2.華南理工大學電力學院，廣東 廣州 510640；3.佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引言

SF6氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulted Switchgear，GIS)具有尺寸體積小、受外界環境的影響較小、配置靈活的特點，在110 kV及其以上各電壓等級的電網中得到了良好的應用。尤其伴隨近年來的城網改造工程，GIS已成為主導開關設備，占據了重要的地位。

依據多年的運行經驗，GIS的全密封結構會使得其故障定位和檢修工作較困難。一旦出現故障，其平均檢修時間要比敞開式的變電站長，所造成的停電范圍更大，也更容易波及與之相連的非故障設備[1]。因此，GIS設備的隱患和事故將會直接影響到電力系統的供電可靠性，嚴重情況下甚至會影響到整個電網的安全穩定運行。

目前，對GIS設備的主要工作重點集中在狀態檢測、帶電檢修和絕緣監督等方面，大量的成功經驗也見諸報端[2-6]。但對GIS設備的運行狀況評估以及缺陷分析卻相對較為薄弱，尤其是缺乏從設備結構層面上的缺陷產生根源分析、影響因素特征以及作用途徑上的解釋。

隨著廣東電網GIS設備總量的增多，近年來也多次發生了GIS設備重大設備缺陷或事故，例如香山站GIS事故導致主變跳閘，潭村站GIS母線微水超標缺陷迫使設備停運檢查等。因此，對GIS設備的運行狀況評估和缺陷對策研究將具有重要意義。本文首先對近年來廣東電網GIS設備運行情況進行了全面的統計，然后從設備結構組成上尋找GIS設備缺陷的產生原因與關鍵影響因素，最后對缺陷增長的趨勢提出了從設計、制造、運輸、吊裝、驗收到運行維護底全方位解決對策。

1 廣東電網GIS設備應用情況

伴隨廣東經濟的快速發展和廣東電網建設速度的加速提升，GIS設備在廣東電網中的應用增長迅速。從1984年廣東電網開始投入GIS設備，在近30年時間，GIS的應用強有力的支持廣東電網的發展。其應用情況，可以歸納為以下幾點。

GIS設備總量增長迅速，在變電站配電裝置中所占比例在全國范圍內屬于位列前茅。以220 kV等級的GIS設備為例，2002年廣東電網220 kV GIS共122個間隔，其中進口GIS設備共38個間隔，國產GIS設備占84個；而2008年GIS設備總數間隔就已達到848個，其中進口45個，國產585個，合資218個。根據廣東電網統計資料顯示，截至到2008年在110 kV及以上電壓等級電網中，配電裝置間隔中GIS設備3530個，在配電裝置間隔總數中所占比例接近32%，遠高于其他電網中的應用水平[7]。

GIS設備的國產化程度加大，出現了西高、平高和沈高等具有核心競爭力的廠家，相應的產品在廣東電網中均得到廣泛應用。受限制價格成本，近10年來進口GIS設備的應用顯著低于國產設備。

多年來廣東電網的GIS設備總體運行情況平穩，整體事故率較低，未發生嚴重的、大面積影響的設備缺陷。從數據上看，2000年至2004年間國產220 kV GIS設備共發生設備事故7起，其中4起是安裝調試不當造成，3起是制造不良所造成。且發生的位置相對集中，4起發生在母線連接部，2起發生在母線避雷器盤式絕緣子，1起在CT氣室。

GIS設備事故和重大缺陷有上升趨勢，需要重點關注。進入二十一世紀后，伴隨著GIS設備應用的顯著增多以及設備的國產化，GIS設備事故和重大缺陷總數及缺陷率在各級電網中有一定的上升趨勢，在220 kV等級電網中較為明顯。以廣州情況為例，2009年共發生緊急（重大）缺陷15次，緊急（重大）缺陷率為2.80次/百間隔·年。其中，220 kV等級的GIS設備缺陷率為6.12次/百間隔·年，而110 kV等級中的設備缺陷率僅為1.59次/百間隔·年。2010年度共發生緊急（重大）缺陷31次，緊急（重大）缺陷率為3.19次/百間隔·年。

針對設備的缺陷次數和設備總體缺陷率有上升趨勢，需要從技術和管理兩個層面入手，通過雙管齊下跳出被動局面。一方面，要從技術上加強對GIS電氣設備結構的了解，能結合產品設計挖掘可能存在的缺陷與隱患缺陷；另一方面則要從設備質量、性能上加強設監督，同時做好設備的安裝與調試，注重維護經驗的積累與及時總結。

2 GIS設備缺陷分析

2.1 GIS設備功能結構

GIS設備由斷路器、隔離開關、接地開關、母線、電流互感器、電壓互感器、避雷器、就地控制柜、電纜終端等元件組成。從功能上可劃分為：（1）內部傳動系統；（2）密封系統；（3）接地系統；（4）SF6絕緣系統；（5）儲能系統；（6）電氣控制系統等。

2.2 各組成單元的隱患缺陷分析

GIS設備的各組成單元，其面臨的工作場景、分擔的任務與實現功能上具有明顯的差異性，例如內部傳動系統關系到GIS設備的正常運轉，而密封系統更多是涉及SF6氣體泄漏與滲漏氣隔。在本節中，將重點依據GIS設備的組成單元，從結構上分析易導致缺陷的原因及缺陷的體現形式。

2.2.1 傳 動系統

傳動系統主要考慮與自身的機械性能相關因素。其隱患缺陷可重點體現在下述幾個方面：

（1）傳動部件所選的材質應當合理，可使傳動部件不易受到氧化和在并保證持續拉伸等運動過程中不易碎裂；

（2）在考慮負荷頻繁增長、頻繁動作的情況下，傳動系統的性能應高效優越，連接件的機械壽命長與支撐能力強；

（3）傳動部件與容器的密封性、傳動部件與外部關聯部件之間的接觸應均保持良好。

2.2.2 密 封系統與SF6絕緣系統

密封系統與SF6絕緣系統主要是與SF6氣體密封性、絕緣性密切相關。這兩類的潛在缺陷可整理為：

（1）設備密封容器的性能不佳，例如密封部位、焊接部位存在砂眼，導致密封容器內的氣體壓力顯著下降；

（2）設備投運后老化或缺乏足夠的維護，從閥門、閥芯及底座等部位，使SF6氣體泄漏；

（3）SF6連接管道受到機械張力而變形、開裂等，致使設備漏氣；

（4）設備氣隔之間存在滲漏，一旦發生氣隔絕緣降低，滲漏氣隔間會相互影響；

（5）密封容器的內部與GIS設備帶電部位之間可能存在放電；

（6）SF6絕緣系統中SF6氣體微水超標、氣體純度不合格或SF6吸濕劑容器老化后產生雜質，從而導致絕緣性能下降；

（7）SF6氣體繼電器的二次接線端子受潮誤發信，導致直流系統接地；

（8）SF6氣體繼電器的指示錯誤，誤發閉鎖。2.2.3接地系統

接地系統的潛在缺陷主要涉及接地刀閘上。主要體現在：

（1）部分接地刀閘的內部合閘位置無法直接觀察，需要輔助外部的聯動拉桿進行判斷；

（2）部分接地刀閘的輔助接點切換不到位，可能產生虛切換；

（3）接地開關應具有線路側檢修接地和開合空載線路感應電流的多重作用。

2.2.4 儲 能系統

儲能系統，主要是氣壓彈簧機構、液壓彈簧機構，潛在缺陷體現在壓力容器是否完整，是否可保證相關的管道不出現泄漏，在長時間運轉過程中使用壽命是否可以保障。

2.2.5 電 氣控制系統

電氣控制系統的潛在缺陷涉及工作電源、線圈及繼電器部件，其潛在缺陷主要體現在：（1）工作交流電源消失，影響儲能元件工作；（2）反復分合閘的情況下出現誤動作，需要進行手動復歸；

（3）分閘線圈、合閘線圈和繼電器發生硬件損壞。

3 缺陷應對策略

上一節中的各種潛在缺陷將會成為限制設備可靠穩定運行的約束條件，一旦演化成事故就會對電網造成巨大的損失。為了確保GIS設備的可靠與安全運行，需要有從設計與制造、運輸、吊裝、驗收，運行維護等各個階段有具體的應對策略。

3.1 產品設計與制造階段

在產品的設計上，應當有針對性的考慮可能對產品性能造成不利影響的因素。對內部傳動系統而言，滿足傳動系統的電氣要求是首要因素。同時，還有器件材質、加工工藝、器件配合精度等因素。要防止在某個關鍵環節損壞，而導致產品功能無法實現。對于廣東地區的典型地質特征及天氣狀況也應在產品設計階段加以考慮。譬如，廣州春季潮濕，晝夜溫差較大，粵北地區可能出現寒冷天氣，設計階段均需要考慮相應的氧化、腐蝕及熱脹冷縮因素，保留一定的支撐裕度。

對密封系統而言，在結構設計上應更加合理和科學，制作工藝必須達標，并根據用戶的反饋意見，在關鍵的密封面以及密封件上苦下功夫，選好密封材料，從整體上降低產品的連接面，減少設備焊接的長度和難度，從設計的角度減少泄漏的可能。而對于SF6絕緣系統，一方面，要重視微水超標問題，考慮可循環利用的又不會老化分解雜質的新型干燥劑；另一方面，還需要考慮在日常維護工作中更換、補充氣體的工作流程，進一步降低現場人員的工作強度。

對于接地系統，除了重點注意產品接地的可靠性，還要注意增加觀察窗后，觀察窗對氣室內分布電場的要求，以及窗體的密封性和防爆性能。

儲能系統在設計過程應考慮壓力容器或管道的滲漏，設計好壓力容器及管道的密封性能，注重密封件的選材、密封面的加工精度等問題。

電氣控制系統在設計時應當注意分、合閘線圈的熱穩定性，應選用質量好、抗老化強度合適的元件，在斷路器經過多次試驗時能夠防止因頻繁操作而燒毀線圈，同時保證在設計生命周期內能可靠動作。

3.2 運輸、吊裝、驗收階段

首先，強調質量把關，消除制作過程中產生的毛刺、金屬微粒等，防止出現盲區。例如，連接母線和設備導體的鋁管，制造過程中，難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓試驗中放電的來源。

其次，在搬運、運輸、裝卸過程中，做好防止刮傷、夾傷、氣體泄露的保障措施，防止碰撞或運輸過程中降低產品的光潔度，應提高對重要部件的安放及運行要求，例如選用正確的焊接方法、精湛的焊接工藝和高質量的焊劑，現場拼裝中對壓力容器保持高真空度靜置，保證產品在總裝后的質量可靠。

再次，裝配過程中保證裝配環境，避免安裝現場灰塵漫天加大部件的清潔難度。同時強化現場裝配管理，注重密封質量。對于外部暴露在空氣中的轉動部件，應做好防腐蝕的措施。通過將部件安裝的責任落實到每個工作人員，嚴格遵照裝配流程，并及時完善裝配日志和做好連接部件的裝配標記、防松標記等。

最后，對于長型連接件，如管型導電桿，做好活動接觸深度記錄，確保在氣溫急劇變化時，不會導致設備在運行過程中意外脫落。

3.3 運行維護階段

一方面，積極探討GIS設備的特高頻、超聲波等多項檢測技術，及早對潛在缺陷進行預警；另一方面，逐步實施在線監測系統，加強對設備的監視。同時，注重對GIS設備的跟蹤測量和綜合分析，提高設備狀態監測的可靠性。結合日常的巡視、維護和缺陷管理工作，力爭及早發現并處理缺陷，避免事故的發生。

4 結論

本文對GIS設備在廣東電網中的應用情況進行了總結，分析了近30年間GIS的發展與應用情況。針對GIS設備缺陷總數與缺陷率上升的趨勢，從設備功能結構入手挑出了缺陷產生的高危地帶，從各個功能組成單元上分析了可能產生缺陷的根源和容易受到的影響因素。為了確保GIS設備的安全可靠運行，本文從設計、制造、運輸、吊裝、驗收及運維等多環節提出了具有明確針對性的防范措施。本文的工作將對GIS設備的運行管理以及日常維護工作具有重要的現實意義。

［1］朱正國，江健武，鐘建靈，等.深圳220 kV梧桐站110 kV GIS梧鹽Ⅰ線間隔缺陷分析［J］.高壓電器，2010（5）：98-102.

［2］嚴玉婷，王亞舟，段紹輝，等.GIS局部放電帶電測試原理研究及現場缺陷分析［J］.電瓷避雷器，2012（3）：51-56.

［3］王衛東，趙現平，王達達，等.GIS局部放電檢測方法的分析研究［J］.高壓電器，2012（8）：13-17，23.

［4］左新宇.利用SF_6分解物檢測GIS內部局部放電故障［J］.電氣應用，2012（7）：74-76.

［5］李海波，萬榮興，方勇.蘭州東變電站750kV GIS母線筒缺陷原因分析［J］.高壓電器，2010（11）：12-15.

［6］李華斌.GIS電壓互感器振動的在線檢測與診斷［J］.機電工程技術，2012（7）：247-249.

［7］黃金劍，韋巍，田樹軍.廣西電網GIS設備運行缺陷分析［J］.廣西電力，2012（3）：64-67.