關于小型化GIS設備產品現狀及對策的探討

蔡 蒂，洪海程

（廣州供電局有限公司，廣東廣州 510620）

關于小型化GIS設備產品現狀及對策的探討

蔡 蒂，洪海程

（廣州供電局有限公司，廣東廣州 510620）

在電力系統中，由GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）引發的設備故障對電網的安全穩定運行造成了不可忽視的危害。簡要介紹電網中GIS設備的發展現狀與趨勢，闡述了小型化GIS設備產品在生產運行中所造成的影響，在分析小型化GIS設備存在問題的基礎上，探討了提升GIS設備健康質量和運行可靠性的關鍵措施。

GIS；小型化；改進措施

0 引言

近年來小型化GIS設備產品在電網企業中運行狀況不佳，新投運的GIS設備平均故障率高于CIGRE統計的平均值。GIS設備的結構設計、生產和安裝工藝控制不嚴遺留的質量隱患，是誘發GIS設備故障的主要原因，加之設備采用全封閉設計，一旦發生故障損壞，事故處理和隱患排查尤為困難，需要耗費大量人力、物力，嚴重影響了電網企業的正常安全生產工作。

為此，有必要對GIS設備的現狀和發展趨勢進行調查，對小型化GIS現存的問題進行分析，以期找出對策，降低GIS設備故障率，提高GIS設備的運行可靠性。

1 存在的問題與分析

1.1 GIS設備的發展趨勢

1.1.1 國內GIS設備發展史

1971年，西安高壓開關廠研制出了國內第一臺110 kV GIS樣機，斷路器為單壓、定開距雙斷口。1973年西安高壓開關廠生產出我國首臺110 kV GIS，并在湖北丹江口水電站投入試運行；1980年又成功研制我國第一臺220 kV GIS設備，并于1982年在江西南昌斗門變電站投入試運行。

1.1.2 GIS設備發展趨勢

隨著GIS設備的不斷完善和電力系統發展的快速需要，高壓開關設備選用GIS組合電器已成為全球電網設備的發展趨勢，與此同時，GIS設備則沿著共筒化、復合化、小型化、智能化、超高壓大容量化的方向迅速發展[1]。

（1）三相共筒化

在72.5～300 kV級，GIS設備明顯趨向于三相共筒化。歐洲和日本都在大力發展三相共筒化結構。日本設備生產廠商將參數設計得很高，做到了300 kV GIS全三相共筒化結構，550 kV GIS母線三相共筒化結構[2]。德國西門子公司的8DN8型GIS為三相共筒式結構，其占地面積僅為分相式的50%，間隔寬度僅為0.8 m。

（2）功能復合化

所謂復合化是將斷路器、電壓互感器、隔離開關、接地開關等置于同一個罐內。如采用三工位隔離／接地開關，使幾個功能部件共用一個罐體，可以使GIS結構更合理，體積更小，經濟性更強，可靠性更高。日本三菱公司新開發的全新概念超小型復合化GIS，其安裝面積僅為原來的40%，體積約為原來產品的30%。

（3）結構簡化

相對發展初期，GIS已廣泛采用單斷口斷路器，使得GIS結構大為簡化。另一方面，在結構不斷優化的基礎上，GIS設備零件數大幅減少，促進了GIS小型化、輕量化的發展[3]。

（4）新技術應用

現代光電及數字測控技術的應用使GIS的測控系統得到了突飛猛進的發展。特別是光電壓互感器(OPT)與光電流互感器(OCT)用于GIS已研制成功。日本東芝公司研制的OPT，只相當于線繞型互感器的1／3，而OCT的安裝空間則只有原來的1／24。

隨著高電壓技術和工業制造水平的發展，GIS設備小型化結構是一種必然趨勢，同時設備生產廠家出于壓縮成本等方面的考慮，也進一步促進了GIS設備的小型化發展。據有關文獻統計，目前，進口或合資廠商126 kV產品間隔寬度最小可達到800 mm，252產品間隔寬度最小1 200 mm，國產生產廠家126 kV產品間隔寬度最小為1 200 mm。

1.2 國內主流廠家GIS產品調查

為進一步了解國內主流GIS產品小型化問題，對部分廠家的結構尺寸和絕緣裕度進行了調查，詳見表1。

表1 GIS絕緣裕度調查統計表

因部分生產廠家未反饋統計數據，據不完全統計，國內220 kV GIS最大尺寸的產品為新東北電氣ZF6-252型GIS，間隔寬度為3.3 m，最小產品為廈門ABB ELK-14 GIS產品，間隔寬度為1.68 m；110 kV GIS最大尺寸的產品為宏達日新GFBN12A型GIS，間隔寬度為1.45 m，最小產品為新東北的ZFW20-145型GIS和山東泰開的ZF10-126G型GIS產品，間隔寬度為0.8 m。

同一電壓等級GIS產品中，不少廠家同時生產大尺寸和小尺寸的產品。總體而言，設備尺寸的減少將造成設備最小絕緣距離的減少，最大設計場強將增大，必然會犧牲設備的絕緣裕度。但GIS設備的外部尺寸與設備的最小絕緣距離和設計最大場強之間無必然聯系，例如新東北兩種型號的220 kV GIS產品：ZFW20-252型寬度為1.8m，斷路器氣室最小絕緣距離為135 mm，而ZF6-252型寬度為3.3 m，斷路器氣室最小絕緣距離為105 mm。因此，不應僅從設備尺寸上考慮GIS設備小型化對絕緣裕度的影響，更應關注其設計最大場強和最小絕緣距離。

1.3 小型化設備主要問題

雖然GIS設備小型化是行業的發展趨勢，但近年連續出現了小型化GIS設備質量問題，反映出GIS小型化后，其設備可靠性值得引起關注。小型化GIS的質量問題可歸結為以下幾點。

（1）GIS的小型化，犧牲了設備的有效絕緣距離，提高了產品的設計最大場強，導致絕緣裕度低于常規產品，必然降低了設備抗擾動能力。

（2）小型化產品對氣室潔凈度、導體表面光滑度，電場均勻度均有更高的要求，因此對制造工藝和安裝質量有更高的要求，但通過對行業內各設備廠家了解情況來看，大部分設備廠家的工藝控制、粉塵控制均存在漏洞，造成近年的GIS設備出廠質量總體下降趨勢明顯。另一方面，工程實施環節中設備的安裝工藝、安裝環境把控不嚴，也導致入網設備質量堪憂。

（3）小型化產品對絕緣盆子、絕緣拉桿等零配件也有更高的質量要求，設備廠家對外協購件的質量管控也是影響小型化GIS運行可靠性的一個重要因素。

由于GIS小型化犧牲了有效絕緣距離，降低了絕緣裕度，且國內制造行業的工藝質量跟不上技術的發展，造成近幾年來電網企業GIS設備質量問題頻發的現象。在GIS設備出廠監造環節，關鍵試驗項目均能夠發現重大質量問題；在GIS設備安裝驗收環節，多次出現耐壓擊穿和其他的設備質量問題，嚴重影響基建工程、技改工程的按時保質投產。在運行維護環節，GIS小型化導致GIS設備的運行可靠性降低，設備故障率居高不下，嚴重影響電網安全穩定運行和供電可靠性。

2 改進措施與成效

鑒于小型化GIS產品在目前存在的諸多問題，考慮從以下幾個方面改變目前的局面。

2.1 設計選型

因行業內對小型化GIS無明確的界定，且國標、行標和電力企業標準標書對產品尺寸、絕緣裕度均無明確要求，設備選型階段無法對小型化GIS設備做出限制。因此，建議進一步研究GIS小型化絕緣裕度問題，明確小型化GIS的界定，在設備設計選型階段提出GIS設備合理的絕緣裕度要求，同時將GIS設備絕緣裕度要求寫進設備標準技術規范書，以期在設備采購環節明確GIS產品的絕緣裕度，從技術標準上要求設備制造廠家提供絕緣裕度寬裕的產品。

2.2 出廠監造

小型化GIS對零配件質量、裝配工藝有更高的要求，對小型化GIS設備應加強設備裝配工藝和零配件質量控制，保證出廠設備質量。

推廣對GIS設備的自主監造工作，通過加強設備制造過程見證、提高設備出廠試驗標準等一系列措施，改善GIS設備出廠質量。對小型化GIS產品出廠監造進行提級管控，加強裝配過程見證和質量檢驗；對關鍵部件進行抽檢；執行更為嚴格的設備出廠試驗標準，對220 kV及以上GIS產品進行雷電沖擊試驗；對試驗項目不合格的情況應進行追蹤，查明原因，研究處理措施并評估是否屬于共性設備質量問題。

2.3 安裝驗收

加強安裝和驗收質量管控工作，把好設備入網關。嚴格控制安裝環境，加強安裝過程檢查和清潔；試點由設備廠家負責完成關鍵點安裝，引入廠家專業技術量來保證設備的安裝質量；嚴格執行廠家制訂的安裝驗收作業指導書，規范安裝作業行為和檢驗標準。

進一步規范現場絕緣試驗，除進行交流耐壓試驗外，還應進行局部放電測量。對耐壓試驗時發生放電，或老練階段局部放電檢測發現信號異常的GIS設備，必須進行開蓋檢查和處理后方可投入運行。

2.4 運行維護

持續提升GIS狀態監測技術的應用，繼續探索GIS狀態監測新技術，提高突發性缺陷預判和分析能力。強化反事故措施執行力，做好設備缺陷（故障）的跟蹤、分析和回顧。另外，將運行中對GIS缺陷及隱患處理好的做法和經驗寫入設備技術條件書或反事故措施要求。

針對GIS設備投運初期故障缺陷高發的現象，應加強小型化GIS設備投運初期狀態監測，例如在小型化GIS設備投運后一個月、半年內開展局部放電、氣體成分分析和紅外測溫等帶電測試項目。

3 結論

與傳統GIS產品相比，小型化GIS具備較好的經濟性、安裝靈活性以及環保性，是目前GIS設備發展的一個趨勢。但目前國內的制造工藝發展相對滯后于高電壓絕緣技術的發展，因此而產生的GIS制造和安裝工藝控制不良等問題，導致了GIS產品故障率升高的現象。

電網企業生產運行部門應在設備全生命周期中的四個環節提出措施來提升GIS設備健康質量和運行可靠性：一是明確小型化GIS的界定，研究GIS小型化絕緣裕度問題，將GIS設備絕緣裕度要求寫進設備標準技術規范書，從技術要求上要求設備制造廠家提供絕緣裕度寬裕的產品；二是推廣GIS設備的自主監造工作，保證產品出廠質量；三是加強安裝和驗收質量管控工作，把好設備入網關；四是做好存量小型化GIS設備的狀態監測，力爭及時發現并消除設備隱患。

［1］汪沨，邱毓昌.氣體絕緣開關裝置（GIS）的近期發展動向［J］.電網技術，2003，27（2）：54-57.

［2］李建基.日本GIS技術的進步［J］.電器工業，2007（2）：31-36.

［3］王琦，邱毓昌.SF6氣體絕緣開關裝置的小型化和智能化［J］.電力設備，2003，4（4）：28-31.

［4］陳飛.GIS設備的發展和應用研究［D］.杭州：浙江大學，2007.

Discussion on the Status Quo and Improvement of Minimized GIS Equipment

CAI Di，HONG Hai-cheng
（Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou510620，China）

Equipment faults generated by gas insulated switchgear have a serious negative influence on the safe and reliable function of high-voltage devices in power grid.A brief introduction is made to the development and trend of GIS equipment in this paper.And by expounding the minimized GIS’effect upon equipment running and maintenance，the available improvements for GIS running reliability have been analyzed and discussed according to the shortcomings of GIS equipmentminiaturization.

gas insulated switchgear；miniaturization；improvements

TM59

：A

：1009－9492(2014)12－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.032

蔡 蒂，男，1983年生，重慶人，碩士，工程師。研究領域：變電高壓設備。

(編輯：向 飛)

2014－07－29