變電站GIS設備全天候柔性檢修室系統

胡卡，徐燦，肖文凱，韓煦，潘章達，張明祥，翟顯

（1.國網湖北省電力公司檢修公司，湖北 武漢 430077；2.武漢大學 動力與機械學院，湖北 武漢 430072）

城市化進程的推進，使得城市人口數量急劇增長，電力負荷與日俱增，在電力設備中，GIS設備已逐漸取代其他開關設備成為主流產品，因此GIS組合電器在220KV及以上電網中使用越來越廣泛。因此對電網的輸送安全穩定性及其品質有了更加嚴格、更加高的要求和期待。基于此，GIS設備的體積小、占地面積少、運行安全可靠等優點能夠完美符合上述要求，其節約用地、簡化運維的優越性彰顯無疑，所以被廣泛應用于電網的建設中。但是GIS變電站多分布于工業基地和城市居民中心、商貿中心，一旦發生故障就會對電網安全穩定運行和社會造成很大影響，因此發生故障后的檢修效率至關重要。本文著重從GIS設備應用存在的問題、故障后所面臨的檢修環境以及模塊化檢修室系統的研究與應用三個方面，從GIS設備問題產生、問題分析、問題解決一整套科學的解決方法進行分析，從而防止或者減少GIS設備事故和重大缺陷，保證電網穩定運行和可靠供電。

1 GIS設備應用存在的問題

目前GIS最高工作電壓已達特高壓范圍，如俄羅斯的1150KVGIS已投運多年東芝公司制造的GIS其額定電流可高達12000A。GIS在我國各電壓等級電網中也獲得了良好的應用，隨著GIS設備廣泛投運，一些存在的問題也逐步凸顯出來，主要存在以下問題。

GIS的全部元件封閉在金屬箱內，一旦箱內出現故障，如局部放電、微粒在電場中運動、導體連接處異常溫升等，在箱外難以被及時發現，故障發現和定位都非常困難。

結構緊湊，內部電器元件多，易使故障擴大，形成擊穿而波及相鄰電器元件結構復雜，不易拆卸，并對檢修現場的要求非常高，出現故障后，現場維護艱難，并且維護時停電時間長。

各個制造廠商因產品特點而具有不同的安裝工藝，導致的一個變電站內有幾種不同類型的GIS設備，其形狀和布置有差別，給后期檢修工作帶來很大困難。

2 故障后GIS設備檢修環境

從已有的經驗來看，最常使用的是自然環境下的直接進行檢修的方式，但這種方式存在著很多的不足：如天氣情況決定施工進度、安裝環境影響檢修質量等。然而GIS設備故障后只能通過解體檢修的方式進行，在檢修完畢后需要對GIS設備內抽真空以及要防止空氣中的雜質進入，因此只能在天氣晴朗的時才能展開作業，天氣情況又是一個不能確切掌握的因素，在南方雨雪較多，濕度很難保證；在北方天氣較為寒冷，溫度很難保證 。并且即便是在晴朗露天施工時，由于現在霧霾頻發，空氣中的雜質或灰塵容易沉集吸附在GIS設備內壁，造成持續放電，引起極大的安全事故。

從現有GIS設備故障遇到惡劣天氣情況下，通常采用搭建臨時的簡易帳篷、局部遮蓋GIS故障處等方式避免惡劣天氣，GIS設備故障檢修一般所花時間較長，且需要吊運檢修設備工具，因此傳統的規避惡劣天氣的措施不能保證GIS設備處在干燥的環境中。同時，GIS設備主要的絕緣氣體六氟化硫容易泄漏，現場需要有相應的檢測設備，保證檢修人員的安全。

3 GIS設備全天候柔性檢修室系統

為了更好的進行對GIS設備進行及時檢修，以及避免造成更大的經濟損失，提出建造一個GIS設備全天候柔性檢修室，但是由于現場GIS設備形狀和現場會由于高壓產生靜電的要求，所以一般的鋼鐵結構材質存在極大的安全隱患。如圖1所示現場不同類型GIS設備。

圖1 GIS設備現場圖

我們所建造的檢修室不同于平時我們所見到的常規的房屋式或者是帳篷式，存在以下技術難點：

（1）GIS設備檢修的部位下方有橫向的母線，是必須要穿過所建造的檢修室。

（2）在母線的左側部分，會有橫向BSG（充氣套管），在進行檢修時也是需要包含在內部。

（3）在橫向BSG的左側還有縱向的BSG，在進行檢修時需要從上部突出檢修室。

（4）檢修工作都是在輸電線的下方進行，高壓輸電線會產生極大的靜電，因此鋼鐵結構支撐件會存在較大的安全隱患。為了解決上述的局限性以及現場檢修時的難點問題，我們提出以下實施方案。

3.1 模塊化的柔性單元

根據上述難點和GIS設備檢修時的特點，在惡劣天氣情況下，如雨雪等惡劣天氣環境下對新型的GIS設備進行檢修。首先在現場搭建一個可根據現場施工需求的檢修室。難點在于現場GIS設備的形狀非常規，并且有穿出檢修室的部分，常規日常使用帳篷不能滿足現場檢修時所需要滿足的溫度、濕度、清潔度等等要求，因此需根據現場GIS設備狀態研制對應簡便、快捷的檢修室。本文提出的理論模型為柔性材料機構單元和模塊化設計生產以達到對不同類型GIS的覆蓋。

首先采用柔性材料結構，即氣柱框架式骨架，不僅能夠滿足承受檢修室所需的力學性能，又能很好的避免產生靜電；骨架氣囊采用尼龍精編PVC雙面涂層布高頻熱合成型，電動泵或腳踏泵充氣即可快速成型并自動為骨架補氣以維持骨架內氣壓平衡，在柔性狀態下可以巧妙的繞過GIS設備復雜的形狀。針對不同的GIS設備的特殊形狀，單獨設計、制造與其對應的柔性單元。

其次將上述柔性氣柱骨架進行模塊化設計和生產，可以利用已有的柔性材料的優勢加以繼承和發展。具體地說，將制作好的多個不同類型柔性單元結構進行選優、組合、變換，從而組合出新的滿足GIS設備特殊形狀的檢修室。這樣不僅使得檢修室的安裝、拆卸簡便、快捷；設備量小，靈活性高、大量節省時間成本。而且保證了檢修室單元的互換性和協作配合，可大大縮短檢修室搭建的周期，很大程度上提高了檢修的效率。

3.2 具體實施方案

（1）模塊化單元。檢修室骨架：采用三段式氣柱框架式骨架，每一段根據現場GIS設備不同形狀定制而成。不僅能夠滿足承受檢修室所需的力學性能，又能很好的避免產生靜電；骨架氣囊采用尼龍精編PVC雙面涂層布高頻熱合成型，電動泵或腳踏泵充氣即可快速成型并自動為骨架補氣以維持骨架內氣壓平衡，不僅可以連接成剛性大的骨架用于支撐，還可以以小單元的形式根據現場施工的需求而調整檢修室的長度。

檢修室面料使用透明PVC膜和牛津布，較之于其他材料不僅有利于工人施工時的可見度，還經久耐用，不易老化，具有防火阻燃，防風防雨，耐高溫，寒冷等特點；檢修室常用輔配件拉鏈、織帶、拉繩、粘扣、松緊繩、pe泡海綿等。用于檢修室面料的拼接、遇到GIS設備特殊結構時的處理，以及對整個檢修室的進一步的固定。

現場施工圖如圖2所示。

圖2 雙體墻和單體門結構單元現場圖

（2）總裝示意圖和現場圖，見圖3、4。

圖3 檢修室門單元和骨架現場圖

圖4 GIS檢修室現場圖

首先將可擴展的氣柱框架式雙層墻體單元在柔性狀態下（未充氣）繞過GIS設備的母線和橫向障礙，然后用電動泵或腳踏泵充氣即可在10min內快速成型；然后，通過連接緊固輔配件系統進行通用屋頂以及單層門結構單元的連接，在遇到GIS設備縱向突出時采用特制屋頂進行拼接。這樣不僅能靈活避開即使在柔性狀態下也避免不了GIS設備復雜的突出的結構，而且為檢修人員創造一個更大檢修的空間，還能解決GIS設備在檢修過程中的吊裝、檢修人員和檢修儀器進出問題。然后，采用可拼接拆卸的防雨面料結構進行多次拼接，并使用上下開合的圓筒結構牛津布進行包裹后再用橡皮繩纏繞緊，達到水汽不入的效果。且防雨面料拼接時，上部邊沿多出5～10cm裙擺式重疊結構，能夠有效的防止雨水從連接處進入檢修室；最后，在檢修室的四周底部放置防風沙箱，用橡皮拉繩將已布置固定環的骨架、防雨布料和防風沙箱進行固定，此目的是為了加強檢修室的防風效果，通過將風能轉化為橡皮拉繩的彈性勢能，有效的化解風加到檢修室的載荷，從而提高檢修室的穩定性。然后在骨架的下方地面置入輕質高強度防刮地板，從而避免骨架被地面損壞，達到經久耐用。

4 結語

針對出現在雨雪等惡劣天氣環境下對新型的GIS設備進行檢修，本文創新性的提出了一整套科學的解決方案，采用柔性模塊化的單元結構，利用其相對獨立性、互換性、通用型強的優勢進行組合拼接，實現檢修室簡便、快捷的安裝、拆卸，使檢修室有抗拉強度大、剛性大、穩定性好、防雨雪、成型快等特點，真正實現全天候進行檢修，為變電站經濟、便捷的解決GIS設備檢修問題提供了有力可靠的新途徑。

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