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(jīng)濟的迅猛發(fā)展，國家電網(wǎng)對電網(wǎng)建設進行了大量的投資。2022 年，國家電網(wǎng)安排電網(wǎng)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(wǎng)計劃投入2.4萬億元，這一巨額投資標志著我國電網(wǎng)事業(yè)實現(xiàn)了顯著的突破，同時對加快現(xiàn)代化電網(wǎng)建設有了更高要求。用電需求的持續(xù)增長導致電網(wǎng)承載能力日益緊張，這反映了電網(wǎng)建設與經(jīng)濟增長之間的不同步，也顯示了電網(wǎng)建設相對于經(jīng)濟發(fā)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(wǎng)的效能。因此，要高度重視GIS 設備的安裝質量，并持續(xù)提升其安裝技術，提高電力系統(tǒng)的傳輸效率和穩(wěn)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(qū)發(fā)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(tǒng)。在GIS 中，斷路器負責控制和保護電網(wǎng)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(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，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(tǒng)的110kV 出線間隔寬度約為8m，而采用GIS 設備后，這一數(shù)值可縮減至0.8 ～1m，這種節(jié)省空間的特點使GIS 在城市密集區(qū)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(tǒng)的運行效率。GIS 設備的電磁輻射水平較低，防污性能優(yōu)良，可以減少對周圍電子設備的干擾，降低環(huán)境健康風險，還可在多種復雜環(huán)境中穩(wěn)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(tǒng)可靠性方面有著非常顯著的作用。與傳統(tǒng)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(qū)域尤為適用，極大地節(jié)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(shù)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(wǎng)中斷風險，這種設計優(yōu)勢在保障電力供應的連續(xù)性和可靠性方面發(fā)揮著關鍵作用[2]。GIS 的高絕緣性能減少了各種環(huán)境因素對設備的影響，使其在惡劣天氣條件下也能穩(wěn)定運行，在風暴或極端溫度條件下尤為重要。從環(huán)境保護的角度來看，由于GIS 設備封閉式結構，對環(huán)境的影響較小。它的電磁輻射水平較低，減少了對周圍環(huán)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(huán)境影響已經(jīng)成為電力行業(yè)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(tǒng)的絕緣裝置相比，其安裝不僅可以節(jié)省時間，還能減少施工期間對環(huán)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(qū)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(qū)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(shù)據(jù)規(guī)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(jù)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(shù)，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(huán)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(guī)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(yè)。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(xiàn)后期使用的泄漏問題。在安裝過程中，使用專業(yè)的檢測儀器對氣體的壓力進行實時監(jiān)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)會產(chǎn)生的金屬碎片和靜電放電現(xiàn)象，應進行適當?shù)那鍧嵐ぷ鳎绻┕r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(huán)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(xù)安裝。確保O 型環(huán)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(xiàn)位移現(xiàn)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(yè)扭矩扳手采取作業(yè)，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(huán)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(fā)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(shù)量在2 至40 瓶的，至少抽檢2 瓶；每批次氣瓶數(shù)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(huán)節(jié)，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(yōu)先選用專業(yè)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(xiàn)精確的彎曲操作[4]。

3.5 接地安裝

接地系統(tǒng)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(yè)儀器測試接地系統(tǒng)的電阻，確保其滿足設計參數(shù)。每一個接地點的安裝都應嚴格遵循設計圖紙和安裝規(guī)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(guī)劃、敷設及連接，需根據(jù)負載需求和傳輸距離選擇合適類型和規(guī)格的電纜，電纜路徑規(guī)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(huán)節(jié)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(yè)標準，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)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(tài)。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(fā)現(xiàn)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(xù)穩(wěn)定保持其絕緣性能，要檢測SF6氣體的含水量。根據(jù)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(huán)節(jié)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(wěn)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(tǒng)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(tài)。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(shù)據(jù)。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(guī)定的標準。

4 結語

變電站作為電力系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，其運行狀況對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率有著顯著影響，直接關聯(lián)到社會生產(chǎn)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(xiàn)場技術人員需認真執(zhí)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(huán)境條件，并嚴格遵循相關的規(guī)范和標準，以保證GIS 設備安裝的準確性和高效性。