變電站電氣施工中GIS 設備的安裝探討

陳 璐

（福建省送變電工程有限公司，福建福州 350013）

0 引言

隨著我國城市化的快速推進和市場經濟的迅猛發展，國家電網對電網建設進行了大量的投資。2022 年，國家電網安排電網投資額為5012 億元，已達歷史最高水平，同比增長約6%。“十四五”期間，國家電網計劃投入2.4萬億元，這一巨額投資標志著我國電網事業實現了顯著的突破，同時對加快現代化電網建設有了更高要求。用電需求的持續增長導致電網承載能力日益緊張，這反映了電網建設與經濟增長之間的不同步，也顯示了電網建設相對于經濟發展的滯后性。在變電站電氣工程中，GIS 設備的安裝與運行的質量直接關系到整個電網的效能。因此，要高度重視GIS 設備的安裝質量，并持續提升其安裝技術，提高電力系統的傳輸效率和穩定性。

1 變電站電氣施工中GIS 設備概述

1.1 含義

GIS 設備又被稱為氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear），是一種高電壓開關設備，它采用了六氟化硫（SF6）氣體作為絕緣介質，有效減小了設備體積，提高了安全性能，GIS 設備自20 世紀60 年代開始逐漸應用于變電站建設，特別是在城市和地形狹窄的地區發揮了顯著的作用。GIS 設備的主要組成部分包括斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器以及連接導體等，這些部件緊密配合，共同構成了一個完整的電氣控制和保護系統。在GIS 中，斷路器負責控制和保護電網安全，隔離開關則用于在維護時隔離電氣設備，確保維修人員的安全[1]。電流互感器和電壓互感器用于監測電網的運行狀態，而避雷器則保護設備免受雷電和過電壓的影響。在GIS 中，所有帶電部件都被封裝在一個充滿SF6氣體的金屬容器內，SF6氣體具有極高的電氣絕緣性能，使GIS 能夠在相對較小的空間內安全地處理高電壓。此外，GIS 的密閉結構也大大降低了外部污染對設備性能的影響，能夠非常明顯地提高設備的可靠性和壽命。

1.2 特性

GIS 設備的特點在于占地面積小。一般情況下，傳統的110kV 出線間隔寬度約為8m，而采用GIS 設備后，這一數值可縮減至0.8 ～1m，這種節省空間的特點使GIS 在城市密集區域的應用更加廣泛。此外，GIS 設備的維護工作量較低，檢修周期長，降低了運維成本，并提高了系統的運行效率。GIS 設備的電磁輻射水平較低，防污性能優良，可以減少對周圍電子設備的干擾，降低環境健康風險，還可在多種復雜環境中穩定運行，這對于城市變電站的可靠性和安全性至關重要。

1.3 作用

GIS 設備擁有先進的設計和技術特性，在提升變電站效率、降低運營成本及增強系統可靠性方面有著非常顯著的作用。與傳統的空氣絕緣開關設備（AIS）相比，GIS 在同等電壓等級下，占地面積僅為AIS 的10%左右，這一特點使GIS 在城市及地形受限的區域尤為適用，極大地節省了寶貴的土地資源。GIS 的維護要求低，可以大大降低運維成本和時間，這得益于其封閉式結構和少數活動部件。與此同時，GIS 設備的檢修周期長，并且可靠性高，降低了由設備故障導致的電網中斷風險，這種設計優勢在保障電力供應的連續性和可靠性方面發揮著關鍵作用[2]。GIS 的高絕緣性能減少了各種環境因素對設備的影響，使其在惡劣天氣條件下也能穩定運行，在風暴或極端溫度條件下尤為重要。從環境保護的角度來看，由于GIS 設備封閉式結構，對環境的影響較小。它的電磁輻射水平較低，減少了對周圍環境的影響。GIS 的密封結構可以有效減少六氟化硫（SF6）氣體的泄漏，這是一種強溫室氣體，其環境影響已經成為電力行業關注的焦點。在安裝和施工過程中，GIS 的模塊化設計使其安裝更為快速和靈活，與傳統的絕緣裝置相比，其安裝不僅可以節省時間，還能減少施工期間對環境的影響。

2 GIS 設備安裝時的注意事項

2.1 各氣室的起吊方式

在進行GIS 設備的安裝過程中，需要先在GIS 室內完成包裝箱的拆箱工作，逐一去除所有GIS 設備的包裝材料，隨后將其搬運至指定的安裝區域內。在使用起重機搬運設備時，要選擇較低的起重速度，需要嚴格注意避免對各氣室造成任何機械性損害。在開始安裝第一個密封組件前，務必確認安裝區域的空氣潔凈度是否達到施工標準要求。此外，中心斷路器作為GIS 安裝的關鍵參照點，必須先進行精確的測量和定位，基于測量數據規劃并繪制線路布局。

2.2 仔細檢查GIS 基礎

在GIS 設備安裝工序啟動前，必須根據工程設計圖和安裝標準仔細核查GIS 基座，確認其符合預定設計參數，三相共一基礎標高誤差不大于2mm，每相獨立基礎時，同相誤差和相間誤差都不大于2mm，相鄰間隔基礎標高誤差不大于5mm。安裝前，為了有效避免灰塵積累，要對場地進行全面清潔，包括噴水和擦洗，并且保持場地在48 小時內無干擾，以確保安裝環境的潔凈度。

2.3 GIS 設備安裝過程中的密封性

在變電站的電氣施工中，GIS 設備的安裝人員要嚴格按照設計圖紙和相關施工規范進行操作，保證所有的步驟符合技術要求，并且還要特別注意密封墊圈、密封螺栓和接頭等重要位置的安裝作業。由于這種設備中密封了SF6氣體，一定要注意其密封性能，密封面必須是清潔并且沒有任何雜質的，用靈敏度不低于10-6（體積比）的六氟化硫氣體檢漏儀對外殼焊縫、接頭結合面、法蘭密封、轉動密封等部位進行檢漏，年漏氣率不得大于1%。精確控制氣體的壓力，避免因為壓力不達標出現后期使用的泄漏問題。在安裝過程中，使用專業的檢測儀器對氣體的壓力進行實時監控，并在安裝、維護以及定期檢查階段做好壓力測試工作[3]。

3 變電站電氣施工中GIS 設備的安裝工作

3.1 安裝準備

任何施工工作都要做好事前準備，GIS 設備的安裝也不例外，在啟動GIS 設備的安裝程序前，配備必要的工具和儀器，如吊車、真空處理裝置、氣體回收裝置、專用工器具、安全防護用具等，保證這些設備和儀器在安裝過程中得到有效利用。技術人員應查閱圖紙、廠家資料，編寫施工方案和書面技術交底，施工現場由工作負責人對所有工作人員進行技術交底，確保工作人員充分了解設備的安裝手冊，明確安裝步驟及安裝中的注意事項。GIS 設備安裝的一個關鍵要求是保持施工現場的高度潔凈，空氣質量需達到9 級標準。為降低塵埃，施工前可采取噴水處理，并在48 小時后開始實際操作。由于鋁合金管道的安裝作業會產生的金屬碎片和靜電放電現象，應進行適當的清潔工作，如果施工時室內的濕度超過80%，則應暫停施工活動。

3.2 法蘭連接

在進行法蘭連接操作時，正確地連接O 型環與密封面極為關鍵，在法蘭密封面安裝中，若檢測到表面存在刮擦或損傷，應首先用細粒度砂紙輕輕磨平這些缺陷，隨后徹底清潔處理過的表面位置，以便后續安裝。確保O 型環在安裝過程中完美匹配，填充密封槽是一項非常必要的操作，這樣可以避免法蘭在安裝時出現位移現象。在緊固法蘭螺栓時，要遵循一定的順序，如從左至右或從上至下，并且應按照既定的扭矩值使用專業扭矩扳手采取作業，以確保連接的一致性和可靠性。

3.3 抽真空及注汽

在進行氣室充氣前，必須先排出氣室內的所有氣體，使其形成真空環境。SF6開關設備在進行抽真空處理時，應檢查電磁閥，確保動作可靠，設備全部安裝完畢，將底座和基礎焊接后，再進行隔室充氣，避免充氣壓力的作用使設備發生不正常位移。充氣前應對同批次氣體進行抽樣送檢，每批次氣瓶數量在2 至40 瓶的，至少抽檢2 瓶；每批次氣瓶數量在41 至70 瓶的，至少抽檢3 瓶；70 瓶以上的抽檢4 瓶。合格后方可注入氣室，充氣量多少按照廠家設備技術文件要求，充氣結束24 小時后要進行氣室泄漏率測量。

3.4 母線安裝

在母線安裝過程中，采用門架，以保持母線處于垂直位置，并且通過抱箍與M10×25 的六角螺栓的使用，使母線能夠在支架上被牢固安裝，使用緊固的壓力板結合M8×45 六角螺帽安裝水平方向的母線。對安裝人員來說，對母線接頭的保護是一個重要環節，通常需要用絕緣構件進行固定，以確保操作的安全性。在對母線進行調直操作時，優先選用專業的調直機設備；在不能使用調直機的情況下，可采用木槌進行人工調直。在處理需要彎曲的母線部分時，建議使用耐高溫彎管以實現精確的彎曲操作[4]。

3.5 接地安裝

接地系統的設計應考慮所有接地點的布局，包括接地電極和接地導線的配置。接地電極通常采用銅材或鍍鋅鋼材質，在進行接地導線的鋪設時，應確保導線與地面的接觸良好，并采取措施避免導線受到物理損害，同時還應考慮到土壤的導電性。如果土壤條件不充分，需要在土壤中添加導電材料，以降低接地電阻。安裝過程中，需要使用專業儀器測試接地系統的電阻，確保其滿足設計參數。每一個接地點的安裝都應嚴格遵循設計圖紙和安裝規范，確保所有連接牢固可靠[5]。

3.6 電纜安裝

電纜安裝的關鍵步驟有電纜選擇、路徑規劃、敷設及連接，需根據負載需求和傳輸距離選擇合適類型和規格的電纜，電纜路徑規劃應考慮最短距離和避免物理障礙，同時確保足夠的敷設空間。在敷設過程中，注意電纜的最小彎曲半徑不應小于電纜直徑的12 倍，應使用電纜滾輪或者導管，避免電纜直接與地面摩擦。連接環節需要使用專用接頭，如熱縮或冷縮接頭，確保電纜連接的可靠性和電氣性能。電纜的末端處理應使用終端套管，保證接口的絕緣和密封。在安裝完畢后，進行電纜的絕緣電阻測試和介電強度測試，整個安裝過程需符合國家電力行業標準，以確保系統的安全穩定運行。

3.7 其他設備安裝

在變電站電氣工程中，尤其是在GIS 設備的安裝階段，一定要先安裝斷路器，安裝前先對其進行質量檢查，并確保設備完全處于斷開狀態。整個安裝過程需嚴格遵循安裝手冊的指示。安裝絕緣開關時，要使用錐形連接方法，確保連桿轉動器與操作機構之間沒有轉動間隙。懸掛式管型母線的安裝則要求在正式安裝之前完成母線的焊接，并利用斜槽機對接頭進行細致的加工處理，以保障連接的精確度和安全性[6]。

3.8 安裝完成后的調試工作

3.8.1 電阻測試

當GIS 設備的安裝結束后，對主電路直流電阻的檢測成為保障設備安全運作的關鍵步驟,此測試主要是運用100A 的直流電流對導線的連接情況進行檢查，并確認連接點的正確性。在測試階段，所測量的電阻值應與GIS 設備的官方測試報告進行比較。如果發現電阻值超出了既定的安全標準，表明有必要對設備的配置或安裝進行重新調整，以解決潛在的安全問題。

3.8.2 微水測定

SF6氣體在GIS 設備中具有舉足輕重的地位，為了持續穩定保持其絕緣性能，要檢測SF6氣體的含水量。根據有關技術要求來看，GIS 設備中SF6氣體的含水量必須控制在1.5×10-4μL/L 以下，而在設備施工的環節中不得超過3.0×10-4μL/L。在開始微水含量的測試前，核實氣室內的氣體是否符合預定的標準，并且在氣體穩定后才開始進行測試。進行測試時，需要充分考慮變電站內的氣壓和溫濕度狀況，基于這些條件對SF6氣體中的含水量進行準確測量[7]。

3.8.3 抗壓性能測試

按照電力系統變電站的標準，GIS 設備的耐壓級別一般設置為其測試值的80%，測試值一定不能是滿壓的狀態。在耐壓測試過程中，推薦在1 ～3min 時間內，以3kV/s 的增速逐步讓測試的電壓提升起來，并且準確記錄所有相關數據。這些測試完成后，對設備的相電壓進行檢測，以驗證其耐壓能力是否達到規定的標準。

4 結語

變電站作為電力系統的核心環節，其運行狀況對整個電力系統的穩定性和效率有著顯著影響，直接關聯到社會生產和日常生活中的電力需求，GIS 設備的安裝質量成為確保變電站電氣施工質量的關鍵。因此，施工現場技術人員需認真執行GIS 設備的各項安裝工作，在安裝前做好準備，安裝后做好調試，控制安裝過程中的環境條件，并嚴格遵循相關的規范和標準，以保證GIS 設備安裝的準確性和高效性。