GIS設備在電力系統中的應用及狀態檢修

趙桐

【摘 要】隨著經濟的高速發展，電力負荷急劇增長，電力用戶對電網的運行可靠性和供電質量的要求越來越高。然而由于線路通道和土地資源緊張，新建電源點比較困難。因此能夠有效解決以上問題的新型GIS設備以其獨特的優勢在電網中得到普遍的應用。

【關鍵詞】GIS設備；電力系統；應用；狀態檢修；

隨著經濟的高速發展，電力負荷急劇增長，電力用戶對電網的運行可靠性和供電質量的要求越來越高。但是，因為輸電通道及建設用地的限制，電源控制點的建設較為滯后，基于此，通過運用GIS控制系統可以圓滿實現上述目的。GIS設備本身的特性又使得其故障的診斷與分析變得困難，其引發事故也不足為奇。

一、GIS設備的特點

GIS設備是氣體絕緣全封閉組合開關電器的高壓電器集合設備，以氣體SF 6為絕緣介質，將快速接地開關、隔離開關、斷路器、電壓電壓互感器、母線、避雷器、電纜終端和進出線套管通過一定的方式組合成成套系統，通過液壓/氣動、彈簧機構操動等控制GIS設備斷路器的開關與閉合。相當于傳統的電氣設備，GIS成套設備具有下述的有點和缺點。

1.GIS成套設備的優點。（1）GIS成套設備體積小，占地面積少。通常情況下220kV電壓等級GIS成套設備占用地面積是常規設備的40%左右，110kV及其以下電壓等級GIS成套設備占地面積大概是普通設備的50%左右。因此，相對與傳統的電氣設備，使用GIS設備能大大節約用地，減少設備總體的投資費用。（2）GIS成套設備的可靠性較高，受周圍環境的影響較小。由于GIS設備內采用SF6氣體作為絕緣氣體，同時設備中的器件是全封閉的，設備中的元件與室外的煙霧、潮濕等環境隔離開來，受他們的影響非常小。同時由于成套設備外殼的存在，能屏蔽設備外輻射、電場干擾對內部元件的影響。此外，GIS成套設備運行過程中產生的噪聲也被外殼屏蔽了，噪聲污染小。（3）GIS成套設備防火性能好、安全可靠性高。SF6氣體絕緣性質本身不燃燒，防火性能高。同時SF6氣體具有優異的滅弧性能，運行的可靠性高，檢修的周期較長。（4）GIS成套設備的施工周期短。GIS成套設備的各個器件通用性強，器件的組裝在生產車間完成，同時所有期間的組裝在一個運輸單元中，因此可以直接運輸到施工現場安裝，現場工作量比常規設備大大減少。

2.GIS成套設備的缺點。（1）GIS成套設備的期間封閉在密閉的金屬箱內，一旦金屬箱內元件發生故障，由于故障在金屬箱內，故障很難被及時發現，并且故障的定位也非常困難。（2）GIS成套設備內的器件結構比較緊湊，當某一個器件發生故障時，容易使相鄰或者其他器件發生故障，造成故障范圍擴大，進一步惡化設備的健康狀態。（3）GIS成套設備是由斷路器、隔離開關等一系列期間在生產車間組裝的，對于運行人員來說，GIS成套設備結構比較復雜，不易拆卸，發生故障之后，故障的定位比較困難，而且檢修需要的時間比較長。

二、GIS設備狀態檢修

GIS成套設備與常規電力設備相比，雖然具有體積小和運行安全可靠的特點，但是由于其結構復雜，對質量要求高，一旦GIS成套設備內部某個元件故障，就有可能引起其他元件發生故障，進而導致整個GIS設備不能正常工作的嚴重故障。因此，GIS成套設備的狀態監測與狀態檢修是一項十分迫切和重要的工作。狀態檢修是采用傳感器和測量手段對反映GIS運行狀態的物理量和化學量進行檢測。根據這些監測量判斷設備的運行狀態、健康狀態，并且初步判斷設備的可能故障。在此基礎上制定GIS成套設備的檢修計劃和檢修項目。

1.GIS成套設備狀態檢修的優點。傳統的GIS成套設備的檢修存在許多缺點，如檢修工作頻繁，檢修工作安排不當可能造成設備的強迫停運，打亂電網的正常安全穩定運行；存在維修工作不足造成局部的故障不能完全排除或者維修過剩造成故障的進一步惡化；維修工作比較盲目，存在可能部分的維修是按照經驗制定。由于GIS成套設備的狀態檢修是簡歷在設備性能和健康狀態的監測與診斷的基礎上，因此相對于傳統檢修，其具有以下優點：（1）GIS設備狀態檢修能提高其安全性。由于狀態檢修能夠及時發現設備中存在的潛在故障和危險，指導檢修工作人員及時的安裝檢修工作以排除故障，提高了GIS成套設備的運行安全性。（2）GIS設備狀態檢修能提高其可用率。狀態檢修避免了檢修工作的頻繁，降低了由于強迫停運的事故檢修的概率和次數，因此提高了GIS成套設備的可用率。（3）GIS設備狀態檢修減少了其維修時間和費用。（4）GIS設備狀態檢修提高了設備的使用年限。

2.GIS成套設備狀態檢修的常用方法。GIS成套設備狀態檢修的核心在于及時準確的判斷的設備的健康狀態，因此需要首先研究設備各種運行狀態下的監測信息的狀態判據。目前，GIS成套設備過渡性狀態檢修常用方法如下：（1）單一分析方法。這類方法主要側重對設備某一確定狀態的檢修，如基于油色譜分析、神經網絡和模糊理論的故障狀態檢修方法。（2）基于多狀態信息的綜合分析方法。這類方法主要通過對GIS成套設備類的多種物理量和狀態量信息的監測，采用證據理論等方法將多種狀態參數進行綜合，進而判斷設備的狀態信息。（3）基于Internet、Intranet和地理信息系統等計算機技術的實時在線監測的檢修方法。

三、GIS設施在電力結構中的運用

1.GIS設施主接線選用。為了確保GIS成套設施的安裝檢修標準，GIS成套供電設備的兩邊一般均設了通道。其中，一個通道安置在斷路器的旁邊，另一個通道安裝主要符合運作巡視需要。GIS成套設施的主接線一般采取單母分段連線模式與雙目分段連線方式，防止GIS成套設施由于局部問題導致母線全停，增大故障面積。現階段，110kV、220kV變電所包含四回饋線時，GIS成套設施的主連線模式重點采取單母線分段方式，該種主連接模式具備簡潔、經濟與便捷等特征。當110kV、220kV變電所包含六回及以上饋線時，主連接形式是雙目分段連線，該種接線形式方便對母線進行檢修，而且具備調度便捷、擴建鄰國與方便實驗等特征。

2.GIS成套設施室的通風規劃。按照相關規范要求，GIS成套設施室中SF6的體積大小V≤1000mL/m?，空氣內的含氧量大于18%。這兩個規范需要GIS成套設施室一定要設置相關的通風裝置。通風裝置的通風體積是GIS成套設施空間體積的三到五倍。結合對GIS成套設施室發熱通風的規范標準，出風口一般選取在設施室的頂端。

3.GIS設施室土建規劃方法。針對GIS設施室土建規劃工作，要求主要思考如下幾點問題：①和設備母線螺栓連接的垂直偏差一定要控制在0.5毫米以內，槽鋼水平偏差要求控制在2毫米以內，如此方可以較好防止設施絕緣氣體的外泄問題。另外，為了符合設施建設的具體要求，應當在設施室內提前預設好地瞄鉤。②在安置設施時，要求把空氣含塵量保持在0.1mg/m?，空氣的實際濕度保證在70%以內，為了符合實際的設計標準，設施室需要防止創建石灰墻面，降低門窗的應用，防止大量的灰塵污染設施，確保空氣濕度可以符合設施運作要求。

總之。在社會經濟高速發展的環境下，電網負荷也越來越大，針對供電水平和電網運作性能也提出了較好的要求，面對這個環境，GIS設施在電網系統內開始獲得了普遍的應用。

參考文獻：

[1]代波.淺談GIS設備在電力系統中的應用及狀態檢修.2017..

（作者單位：天津海航東海岸發展有限公司）