GIS組合電器安裝后必須要做的試驗
GIS（gas insulated substation）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱。GIS由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設(shè)備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。GIS設(shè)備自20世紀(jì)60年代實(shí)用化以來，已廣泛運(yùn)行于世界各地。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用。與常規(guī)敞開式變電站相比，GIS的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，維護(hù)工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。
目前，GIS國外生產(chǎn)廠家主要有ABB、東芝、三菱、日立、西門子、阿爾斯通等，國內(nèi)生產(chǎn)廠家有西開、沈高、平高等。我國通過技術(shù)引進(jìn)，消化吸收，目前已掌握500千伏GIS的設(shè)計制造技術(shù)。自主研發(fā)的1000千伏GIS（包括核心部件滅弧室和操動機(jī)構(gòu)）將完全自主設(shè)計制造，預(yù)計2009年6月可提供產(chǎn)品。
GIS制造技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，40多年來，各GIS生產(chǎn)廠家圍繞著提高經(jīng)濟(jì)性和可靠性這兩個主要目標(biāo)，在元件結(jié)構(gòu)、組合形式、制造工藝以及使用和維護(hù)方面進(jìn)行了大量研究、開發(fā)。隨著大容量單壓式SF6斷路器的研制成功和氧化鋅避雷器的應(yīng)用，GIS的技術(shù)性能與參數(shù)已超過常規(guī)開關(guān)設(shè)備，并且使結(jié)構(gòu)大大簡化，可靠性大大提高，為GIS進(jìn)一步小型化創(chuàng)造了十分有利的條件。
關(guān)于GIS安裝、試驗及設(shè)計的思考
1 GIS概述
GIS的定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。它是由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，全稱為gas insulated substation。GIS采用的是絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中，因此與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比，GIS具有占地面積小、元件全部密封不受環(huán)境干擾、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長、維護(hù)工作量小、安裝迅速、運(yùn)行費(fèi)用低、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過30多年的研制開發(fā)，GIS技術(shù)發(fā)展很快并迅速被應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)。目前，隨著全球電力系統(tǒng)自身的發(fā)展以及對系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求的日益提高，GIS技術(shù)必將持續(xù)發(fā)展，并將成為本世紀(jì)高壓電器的發(fā)展主流。
2 GIS的安裝
為了保證GIS安裝的順利進(jìn)行，在施工設(shè)計階段，設(shè)計人員需要認(rèn)真考慮以下兩個方面的問題，否則會給GIS的安裝帶來許多困難。
首先是GIS的起吊方式。目前戶內(nèi)GIS的安裝及起吊的荷載條件大多采用電動單梁橋式起重機(jī)。起重機(jī)起吊速度有兩檔，低速檔主要用于設(shè)備就位時的調(diào)整。兩檔協(xié)調(diào)應(yīng)用。如公伯峽 330kV GIS工程、棉花灘220kV GIS工程及一些電壓等級更高的電站均采用這種起吊方式，實(shí)踐證明是行之有效的。
其次是GIS設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋方式。通常GIS的載荷條件、留孔及預(yù)埋要求均由制造商提供，但基礎(chǔ)的預(yù)埋方式是由設(shè)計方根據(jù)制造商提供的基本資料來確定的。目前較常用的基礎(chǔ)預(yù)埋件有槽鋼和螺栓兩類。其中預(yù)埋螺栓的施工較簡單，但調(diào)節(jié)性差，若螺栓遇到樓板鋼筋，則需要調(diào)整螺栓位置，并在需要與之連接固定的設(shè)備支架上重新開孔，然后對開孔進(jìn)行防銹處理。而預(yù)埋槽鋼則不存在上述問題，因此應(yīng)用較多。
上述兩方面應(yīng)在設(shè)計中注意。在GIS安裝期間，往往需要設(shè)計方代表在現(xiàn)場，此時設(shè)計人員應(yīng)該了解GIS安裝過程中的三大要素：即清潔度、密封性和真空度。因為GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了安裝過程本身就是控制GIS運(yùn)行后質(zhì)量的最后一個關(guān)鍵階段。
大量的安裝實(shí)踐證明，保證清潔度是GIS總裝和現(xiàn)場安裝中最首要的任務(wù)。國內(nèi)GIS安裝現(xiàn)場的場地情況通常較差，為了防止起灰塵，安裝前第一次清潔時應(yīng)在場地灑水并用水揩凈，在空氣靜止48h后才開始安裝。作為電極的鋁管在加工過程中難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓實(shí)驗中放電的來源，因此要特別注意保證鋁導(dǎo)體的清潔。這就要求一方面強(qiáng)化對導(dǎo)體加工過程的清潔檢查，防止出現(xiàn)死區(qū)；另一方面在總裝前制造商應(yīng)增加導(dǎo)體振動清潔的新手段，盡量把空心體內(nèi)部死角的殘留物清理出來，或者對安裝前的導(dǎo)體做類似局部放電試驗以檢查出殘留的鋁屑和金屬絲。某些國產(chǎn)GIS產(chǎn)品由于管理不嚴(yán)，出廠時GIS內(nèi)還殘留有雜物，加之許多安裝現(xiàn)場管理不嚴(yán)，灰塵漫天，更增加了確保清潔度的難度，所以必須嚴(yán)格要求，精心施工。萬家寨GIS就是因為GIS內(nèi)雜物引起試驗時三次放電，不得不又拆開進(jìn)行局部清理，既增加了工作量，又影響了工期，這個教訓(xùn)值得引以為戒。
密封性是GIS絕緣的關(guān)鍵，SF6氣體泄露會造成GIS致命的故障。因此密封性檢查應(yīng)貫穿于整個制造和安裝的始終。密封效果主要取決于罐體焊接質(zhì)量，其次是密封圈的制造、安裝調(diào)整情況。
除上述兩個關(guān)鍵因素外，真空度的要求是總裝和安裝過程中的第三個控制因素，是控制SF 6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也可減少罐內(nèi)其它物體( 絕緣體、密封體)內(nèi)所含的水分，一般要求在充入SF6氣體之前真空度要達(dá)到133Pa，再繼續(xù)抽真空30min。水分對GIS運(yùn)行的影響關(guān)鍵在于：如果沒有將SF6氣體控制在0℃以下，則在溫度變化時絕緣體表面會形成凝露，所附著的水珠和SF6電弧產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成HF等低氟化物，從而導(dǎo)致沿面的絕緣材料和金屬表面劣化。如果將SF6露點(diǎn)的允許值控制在較低值，則在溫度變化時絕緣體表面凝結(jié)的不是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響。因此，在IEC及國際上均有規(guī)定：充入GIS的新氣體在額定密度下其露點(diǎn)不應(yīng)超過－5℃。
3 GIS的試驗
GIS的試驗包括型式試驗、出廠試驗及現(xiàn)場試驗。其中型式試驗是檢驗產(chǎn)品的正確性，驗證GIS裝置的各項性能；出廠試驗是在每一間隔上進(jìn)行的，以檢驗加工過程中是否存在缺陷；現(xiàn)場試驗是檢查GIS配電裝置在包裝、運(yùn)輸、儲存和安裝過程中是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象行之有效的監(jiān)測方法，是GIS在投運(yùn)之前必須進(jìn)行的，也是前兩種試驗無法替代的。
大量的現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：(1)現(xiàn)場絕緣試驗中往往會發(fā)生零件松動、脫落、導(dǎo)電表面刮傷；(2)強(qiáng)烈的振動造成絕緣子開裂；(3)安裝錯位引起電極表面缺陷；(4)安裝過程中造成導(dǎo)電微粒進(jìn)入；(5)由于疏忽將工具遺忘在裝置內(nèi)；(6)原來潛伏在裝置內(nèi)的導(dǎo)電微粒在工廠試驗時未能檢測出來，后來在運(yùn)輸和安裝過程中被振蕩出來或漂浮在裝置內(nèi)等。這些因素都會導(dǎo)致絕緣故障。這些絕緣缺陷一般分為兩大類：一是由自由微粒和灰塵誘發(fā)的絕緣事故，稱為活動絕緣缺陷(A類)；二是由于安裝運(yùn)輸中的意外造成的固定絕緣缺陷(B類)。
根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，SF6設(shè)備的絕緣事故有2/3都發(fā)生在未進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗的設(shè)備上。加拿大安大略水電局的運(yùn)行經(jīng)驗表明，GIS的事故不僅多發(fā)生在未做現(xiàn)場絕緣試驗的設(shè)備上，而且多發(fā)生在安裝后投入運(yùn)行的最初4個月內(nèi)，這類事故約占總事故的67%。第一年事故率為0.53次/年·間隔，之后為0.06次/年·間隔。北美地區(qū)的調(diào)查報告認(rèn)為，GIS運(yùn)行后頭一年事故率為4次/所·年，一年以后為0.1次/所·年。因此，GIS經(jīng)工廠裝配、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝之后，在投運(yùn)前進(jìn)行絕緣試驗是十分必要的。
GIS設(shè)備現(xiàn)場主要試驗項目有：(1)主回路絕緣試驗。(2)輔助回路絕緣試驗。(3)斷路器機(jī)械特性試驗。（4）氣體密封試驗。(4)分、合閘動作試驗。(5)必要時進(jìn)行耐壓試驗。(6)SF6氣體的水分含量、純度測定。(7)SF6氣體密度繼電器及壓力表校驗。（8）運(yùn)行中進(jìn)行局部放電超聲波檢查試驗。
GIS設(shè)備安裝完畢后，在施工現(xiàn)場做試驗，其目的是檢驗在安裝過程中是否符合國家規(guī)定的安裝規(guī)程，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)有《GB 50150－91電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》、《GB 7674－1997 72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》，作為GIS設(shè)備最后的一次檢驗，其項目不必全試，只選擇主要的項目，其項目如下：
①主回路電阻測量；
②元件試驗；
③SF6氣體含水量的檢測；
④密封試驗；
⑤互感器的變比測量；
⑥主回路的絕緣試驗；
⑦輔助回路的絕緣試驗；
⑧GIS設(shè)備的高電壓耐受試驗；
⑨局部放電和無線電干擾試驗；
⑩竣工試運(yùn)行試驗。
1.1 回路電阻
1.1.1回路電阻的測量
GIS設(shè)備安裝完畢后，在元件調(diào)試之前應(yīng)測量主回路電阻，以檢查主回路中的聯(lián)結(jié)和觸頭接觸情況，并采用直流壓降法測量，測試電流不小于100 A。測試電流可利用進(jìn)出線套管注入，也可以打開接地開關(guān)導(dǎo)電桿與外殼之間的活動接地片，關(guān)合接地開關(guān)后，從接地開關(guān)導(dǎo)電桿注入測試電流，當(dāng)被測回路各相長度相同時，測量的各相數(shù)據(jù)應(yīng)相同或接近。
1.1.2回路電阻大進(jìn)一步檢測的方法
一般回路電阻大主要是各接頭處接觸不良造成的。為便于確定具體故障，可以采取電流回路仍然在主回路(即兩接地開關(guān)導(dǎo)電桿上)，然后打開相關(guān)開關(guān)、刀閘的手孔蓋，分別抽取兩點(diǎn)電壓來測量電阻。
1.2 機(jī)械特性
必須對斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的機(jī)械特性進(jìn)行調(diào)試，其主要項目如下，測試電流同樣從接地開關(guān)導(dǎo)電桿注入。
1.2.1斷路器
①測量斷路器的分、合閘時間及合分時間；
②測量斷路器分、合閘同期性及配合時間；
③測量斷路器合閘電阻的投入時間；
④測量斷路器分、合閘線圈的絕緣電阻及直流電阻；
⑤斷路器操作機(jī)構(gòu)的試驗；
⑥檢查斷路器操作機(jī)構(gòu)的閉鎖性能；
⑦檢查斷路器操作機(jī)械的防跳及防止非全相合閘輔助控制裝置的動作性能；
⑧斷路器輔助和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。
1 2.2隔離開關(guān)和接地開關(guān)
①檢查操作機(jī)構(gòu)分、合閘線圈的最低動作電壓；
②操作機(jī)構(gòu)的試驗；
③測量分、合閘時間；
④測量輔助回路和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。
1.3 連鎖試驗
GIS元件調(diào)試過程中，應(yīng)注意檢查所有管路接頭的密封，螺釘端部的連接，以及接線和裝配是否符合圖紙和說明書的要求。元件試驗結(jié)束后，驗證電氣的、氣動的、液壓的和其它連鎖的功能特性，并驗證保護(hù)、操作和信號回路的動作特性是否正確。GIS不同元件之間的連鎖應(yīng)滿足以下要求：
①斷路器合閘，隔離開關(guān)、接地開關(guān)不能動作；
②斷路器分閘，隔離開關(guān)合閘位置，接地開關(guān)不能動作；
③當(dāng)隔離開關(guān)分閘時，接地開關(guān)可以操作；
④當(dāng)接地開關(guān)合閘時，隔離開關(guān)不能操作；
⑤當(dāng)接地開關(guān)分閘時，隔離開關(guān)可以操作。
1.4 GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗
GIS設(shè)備現(xiàn)場安裝、調(diào)試完成，必須進(jìn)行耐壓試驗。其目的是檢查總體安裝后的絕緣性能是否完好，驗證是否存在各種隱患(如安裝錯誤，包裝、運(yùn)輸、儲存和安裝調(diào)試中的損壞，存在異物等)導(dǎo)致內(nèi)部故障。
1.4.1 交流耐壓時對試品的要求
①試品應(yīng)完全安裝好，充氣到額定密度，并進(jìn)行密封性試驗和氣體濕度測量合格后，才能進(jìn)行耐壓試驗；
②耐壓試驗前，應(yīng)對試品測量絕緣電阻；
③耐壓試驗前，GIS上所有電流互感器的二次繞組應(yīng)短路并接地；
④耐壓試驗前，應(yīng)隔離高壓電纜、架空線、電力變壓器和電磁式電壓互感器(如采用變頻電源，電磁式電壓互感器經(jīng)頻率計算不會引起磁飽和，也可以和主回路一起耐壓)、避雷器和保護(hù)火花間隙；
⑤GIS主回路的每一部分都應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗。
1.4.2 交流耐壓試驗電壓值及試驗電壓的施加
現(xiàn)場交流耐壓試驗電壓值為出廠試驗施加電壓值的80%。規(guī)定的試驗電壓應(yīng)施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，每次一相，其他相的導(dǎo)體應(yīng)與接地的外殼相連。試驗電源可接到被試相導(dǎo)體任一部位。選定的試驗程序應(yīng)使每個部件都至少施加一次試驗電壓。在制定試驗方案時，必須同時注意要盡可能減少固體絕緣的重復(fù)試驗次數(shù)。例如，應(yīng)盡量在GIS不同部位引入試驗電壓。如懷疑斷路器和隔離開關(guān)的斷口在運(yùn)輸、安裝過程中受到損壞或經(jīng)過解體，應(yīng)做斷口間耐壓試驗。
1.4.3 GIS交流耐壓試驗判據(jù)
GIS的每一部件均已按選定的試驗程序耐受規(guī)定的試驗電壓而無擊穿放電，則認(rèn)為整個GIS通過試驗。在試驗過程中，如果發(fā)生擊穿放電，可采取下列步驟：
①進(jìn)行重復(fù)試驗，如果該設(shè)備還能經(jīng)受規(guī)定的試驗電壓時，則認(rèn)為放電是自恢復(fù)放電，耐壓試驗通過；
②如果重復(fù)耐壓失敗，須將設(shè)備解體，打開放電間隔，仔細(xì)檢查絕緣損壞情況，采取必要的修復(fù)措施，再進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗。
GIS設(shè)備在制造廠做過各項嚴(yán)格的試驗，在運(yùn)輸過程中包裝嚴(yán)密，并充以0.5 MPa的
SF6氣體防潮。由于GIS在制造廠不一定每臺都做過整組試驗，即使做過，GIS設(shè)備還要拆下來進(jìn)行裝箱運(yùn)輸，在此過程中還可能出現(xiàn)連接不當(dāng)、型號不對、絕緣件受污染等情況，因此在現(xiàn)場安裝時還要進(jìn)行重新試驗，以確保運(yùn)行安全。另外，GIS的導(dǎo)電桿、觸頭在制造廠進(jìn)行過反復(fù)調(diào)試，導(dǎo)電桿與靜觸頭之間的開合次數(shù)近千次之多，由于金屬間的摩擦?xí)a(chǎn)生金屬微粒。留在GIS內(nèi)部，通電時這些金屬微粒易破壞電場結(jié)構(gòu)，使得電場不均勻，導(dǎo)致絕緣擊穿。在設(shè)備的運(yùn)輸過程中，還有可能出現(xiàn)機(jī)械損傷、受潮、腐蝕等現(xiàn)象。在安裝過程中，每個零件都要從包裝里拆開再安裝到元件中去，也有可能出現(xiàn)受潮，被油污染等問題，同時由于施工人員中個別人違反安裝規(guī)程，也可能造成零件損傷、遺失部件、刮傷金屬表面和安裝錯誤等問題，所以當(dāng)GIS安裝完畢后，必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗。
4 GIS的外殼接地問題
GIS的外殼接地方式有兩種，一種是一點(diǎn)接地方式，另一種是多點(diǎn)接地方式。一點(diǎn)接地方式是在GIS外殼的每個分段中一端絕緣，另一端用一點(diǎn)接地的方式。在結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)的殼體之間一般是在法蘭盤處絕緣，對地之間是在殼體支座處緣絕緣。這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)是：因為長時間沒有外殼電流通過，故即使電流額定值大，外殼的溫升也較低，損耗也較??；因為沒有電流流入基礎(chǔ)部位，故土建鋼筋中沒有溫升。當(dāng)然它的缺點(diǎn)也很突出，即事故時不接地端外殼感應(yīng)電壓較高，外界的磁場也較強(qiáng)，當(dāng)導(dǎo)體中流過的電流較大時，往往會使外殼鋼筋發(fā)熱，由于只有一根接地線，因此可靠性較差。目前國內(nèi)GIS設(shè)計一般不采用這種外殼接地方式。
多點(diǎn)接地方式是在GIS的某個分段內(nèi)，用導(dǎo)體連接外殼和大地，并且采用兩點(diǎn)以上的多點(diǎn)接地。一般在結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)的法蘭盤之間不設(shè)絕緣，設(shè)備的支座不絕緣，并用固定螺栓導(dǎo)通，接地線也裝于殼體。多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)很多：外部磁漏少，感應(yīng)過電壓低；由于GIS外殼有兩點(diǎn)以上的接地點(diǎn)，因而可大大提高其可靠性及安全性；不需要使用絕緣法蘭等絕緣層，施工方便；外殼和導(dǎo)體電流幾乎抵消，因此外部磁場較小，使鋼構(gòu)發(fā)熱和流過控制電纜外皮的感應(yīng)電流都很小。由于外殼中有感應(yīng)電流流過，因此外殼中的溫升和損耗比一點(diǎn)接地方式大。但電站GIS工程中外殼損耗本身不大，因此在工程中可以忽略補(bǔ)給。例如：廣州抽水蓄能電站GIS外殼的功率損耗為2.43～3.79W/(m·ph)，可以略去不計。
5 GIS設(shè)計中有待完善的工作
根據(jù)近年來GIS工程的設(shè)計經(jīng)驗，筆者認(rèn)為在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化中尚有一些空白點(diǎn)亟待解決。因為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是整個設(shè)計過程的依據(jù)，設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)是制造商的制造依據(jù)。
首先是伸縮節(jié)的設(shè)置問題，尤其是在選用進(jìn)口GIS設(shè)備時對伸縮節(jié)的技術(shù)要求。伸縮節(jié)主要是用來吸收GIS母線熱脹冷縮、基礎(chǔ)伸縮縫的位移、設(shè)備間的安裝調(diào)整以及地震和操作引起的位移量，因此主要配置在母線與各設(shè)備、變壓器進(jìn)線、線路出線的連接等位置。而在水電站的廠房中，廠壩間的伸縮縫很多，每條伸縮縫的伸縮量無法準(zhǔn)確測出，因此在GIS的招標(biāo)設(shè)計中應(yīng)對伸縮節(jié)提出較高的要求。
如果采用進(jìn)口GIS設(shè)備，國外廠家對伸縮節(jié)的看法不一，某些廠家認(rèn)為完全可以滿足設(shè)計要求的水平位移和垂直位移，而有的廠家認(rèn)為土建伸縮縫與伸縮節(jié)關(guān)系不大。
我國國標(biāo)規(guī)定“制造廠應(yīng)根據(jù)使用的目的、允許的位移量等來選定伸縮節(jié)的結(jié)構(gòu)”，“在 GIS分開的基礎(chǔ)間允許的相應(yīng)位移(不均勻下沉)應(yīng)由制造廠和用戶商定”。為了確保在與外商的技術(shù)談判中有據(jù)可依，更為了確保GIS設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性，在我國的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)增加伸縮節(jié)方面的量化計算和要求。
其次是GIS接地線的材料和尺寸。這往往是與GIS外商談判中討論較多的問題。國外制造商都主張GIS室采用銅接地網(wǎng)和銅接地引線，因為銅的導(dǎo)電性和耐腐蝕性優(yōu)于鋼，但由于銅本身成本以及焊接成本都很高，因此我國電站大多采用鋼接地網(wǎng)和鋼接地線。目前國內(nèi)超高壓 GIS均采用銅接地引線。銅引線與鋼接地網(wǎng)之間的連接需采用特殊方式，以防止鋼與銅直接接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。
另外，國外廠家根據(jù)GIS的熱穩(wěn)定電流來計算接地線截面，并有具體的計算公式和曲線，計算的參數(shù)包括接地的短路電流、故障的持續(xù)時間、接地線相應(yīng)的允許溫升值，其中接地線熔斷相應(yīng)的允許溫升值起決定作用，有些廠家采用的允許溫升值為100℃，這樣選出的接地線截面就小一些，而有些廠家采用的允許溫升值為200℃，這樣選出的接地線截面就大一些。我國的規(guī)范要求采用流經(jīng)接地線的短路電流、導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)、故障持續(xù)時間進(jìn)行接地導(dǎo)體的截面計算，因此，常常會出現(xiàn)接地截面不符合制造商要求的情況。對此我國規(guī)范中應(yīng)就接地線的規(guī)格和尺寸作出相關(guān)規(guī)定。
上述問題是在GIS設(shè)計過程中不可避免的，也是亟待完善的，只有盡快制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，才可以保證設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，并盡可能減少設(shè)計中的不完善環(huán)節(jié)及運(yùn)行中的隱患。在標(biāo)準(zhǔn)制定之前，希望廣大設(shè)計人員能了解這些問題，在設(shè)計過程中予以充分考慮，并借鑒其它電站的解決措施，盡可能保證設(shè)計質(zhì)量。
GIS廠商介紹
近年來，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)在國內(nèi)受到用戶青瞇，特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、大都市、大型電力用戶及水電工程。GIS的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，形成生產(chǎn)熱點(diǎn)，國企、合企、民企一齊上，目前已經(jīng)有許多企業(yè)生產(chǎn)GIG。據(jù)不完全統(tǒng)計，有西安西開高壓電氣股份有限公刮、平高集團(tuán)、上海華通開關(guān)廠有限公司、西安高壓電器研究所電器制造廠、泰開集團(tuán)有限公司、正泰電氣股份有限公司、上海西安高壓電器研究所有限公司、如高高壓電器有限公司、平高一東芝高壓開關(guān)有限公司、上海西門子高壓開關(guān)有限公司、益和電氣集團(tuán)股份有限公司、上海平開華明高壓開關(guān)有限公司、北京華東電氣股份有限公司、廈門ABB華電高壓開關(guān)有限公司、山東魯能思翼帕瓦電機(jī)有限公司、維奧輸配電(廣州)有限公司、江蘇現(xiàn)代南自電氣有限公司、泰山恒信開關(guān)集團(tuán)、湖北永鼎開關(guān)有限公司、阿?，m(Areva)集團(tuán)、天水長城開關(guān)廠等。
在這20多個生產(chǎn)廠家中，首先都生產(chǎn)126kV GIS。在生產(chǎn)550kv GIS廠家中，外企(合企)主要有ABB、Siemens、Areva、東芝、AEPawer等企業(yè)；國企主要有西開高壓電氣和新沈高。在2006年中國名牌產(chǎn)品中，西開高壓電氣和新沈高的“72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備”(GIS)被授予“中國名牌產(chǎn)品”。目前合企生產(chǎn)的GIS占國內(nèi)市場相當(dāng)人的份額，如占550kV斷路器和GIS市場的80％，占252kV斷路器和GIS市場的50％，占126kv斷路器和GIS市場的30％。但隨著國企實(shí)力的增強(qiáng)和民企的崛起，這種局面將會很快扭轉(zhuǎn)。
大容量、高電壓的GIS耐壓試驗通常采用變頻電壓諧振的方法，通過調(diào)節(jié)變頻電源輸出頻率使回路中發(fā)生電壓諧振，再調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試驗電壓達(dá)到試驗電壓值，試驗頻率可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，品質(zhì)因數(shù)高，無"試驗死區(qū)"，而且試驗設(shè)備保護(hù)功能完善，可以有效地保護(hù)試品。
1 試驗要求和選擇試驗方案
在GIS現(xiàn)場試驗過程中，試驗天氣的狀況對品質(zhì)因數(shù)Q值影響很大，品質(zhì)因數(shù) Q = (L/C)1/2/R，但是隨著試驗電壓值的慢慢升高，試驗回路中發(fā)生電暈，有功損失R也會增加，造成品質(zhì)因數(shù)Q下降。在陰天或空氣濕度較大的情況下，品質(zhì)因數(shù)Q值將減少30%左右，使得勵磁變壓器輸入電壓增大，因此GIS的耐壓試驗一定要選擇晴天或空氣較干燥的情況下進(jìn)行試驗。根據(jù)GB 7674-1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，GIS交流試驗電壓值為出廠試驗電壓值的80%，頻率為10～300 Hz，選擇GIS的試驗方案要求，試驗單位及GIS生產(chǎn)廠家和用戶共同商定。試驗過程一般分為"老練試驗"和"耐壓試驗"兩個階段。實(shí)際由于GIS的生產(chǎn)廠家不同，試驗方案也會略有差別。
"老練試驗"階段（包括TA、TV、BLQ），試驗電壓由零值逐步升壓到73 kV，進(jìn)行5 min的耐壓試驗，可以分相單獨(dú)進(jìn)行老練試驗，也可以三相同時進(jìn)行老練試驗，然后將試驗電壓逐步降壓至零值。
110 kV GIS中的TA、TV、BLQ切除后，分相單獨(dú)進(jìn)行耐壓試驗，試驗電壓由零值逐步升壓到126 kV，試驗時間5 min，然后將試驗電壓值繼續(xù)升至184 kV，進(jìn)行1 min的交流耐壓試驗。
2 試驗參數(shù)的確定
GIS試驗回路由變頻電源、勵磁變壓器、高壓電抗器、分壓器、避雷器和試品組成，變頻電壓諧振試驗設(shè)備為廠家生產(chǎn)的成套設(shè)備，GIS試驗電壓值是一定的，GIS的電容量CX由選擇高壓電抗器的電感量L和品質(zhì)因數(shù)Q來決定。
首先確定試品的電容CX。GIS的電容量CX可以通過一些資料查到，算出GIS的電容量CX。110kVGIS每間隔電容量一般為600～800pF，220kV每間隔電容量為800～1000pF，這些數(shù)據(jù)在試驗中可以參考使用。
高壓電抗器電感量L的選擇。實(shí)際應(yīng)用中的變頻電壓諧振試驗裝置，高壓電抗器是由試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家配套的，電感量L是一定的，不同容量的試驗設(shè)備，所配高壓電抗器的電感量也是不同的，高壓電抗器的連接方式由試驗電壓值和試驗電流來決定，試驗電壓值大于高壓電抗器的額定電壓值，高壓電抗器要采用串聯(lián)分壓的方法。試驗電流值大于高壓電抗器額定電流值時，高壓電抗器要采用并聯(lián)分流的方法。
試驗回路中，高壓電抗器不同的連接方式，電感量L在試驗中的計算方法，根據(jù)電抗器在試驗回路中串并聯(lián)連接方式，算出電抗器的電感量，然后乘以系數(shù)1.05。
品質(zhì)因數(shù)
Q = (L/C)1/2/R
式中 C = C分壓器 + CX；
R = RL + RT2。
RL是電抗器的內(nèi)阻，RT2是勵磁變壓器副邊的直流電阻，工程應(yīng)用中R應(yīng)等于電抗器的電阻、勵磁變壓器二次側(cè)電阻、分壓電容器和GIS試品有功分量及諧振回路的電暈、電導(dǎo)損耗、渦流損耗等的有功損耗和。因此我們所計算的品質(zhì)因數(shù)Q比實(shí)際的品質(zhì)因數(shù)Q要大些，這樣就可以算出勵磁變壓器二次側(cè)輸出電壓值。勵磁變壓器的輸出電壓一般至少是兩個值，因此我們應(yīng)當(dāng)選擇比計算出的勵磁變壓器輸出電壓值略大的輸出電壓值，來滿足實(shí)際的品質(zhì)因數(shù)Q。
3 注意事項
GIS接地必須符合技術(shù)規(guī)范，試驗時高壓引線要使用專用的無暈引線。
GIS各氣室SF6氣體壓力在額定壓力，且充氣24 h后測量微水合格，處于運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場確定無誤后進(jìn)行耐壓試驗。
"老練試驗階段"GIS內(nèi)的TA二次應(yīng)短接，TA、TV和避雷器可以連接在一起進(jìn)行"老練試驗"，耐壓試驗階段TA、TV和避雷器應(yīng)脫離。
現(xiàn)場要使用16mm2的裸銅線作為試驗設(shè)備的接地線，接地線要拉直，不可環(huán)繞打折，否則GIS擊穿放電時接地線上產(chǎn)生高壓，接地的順序要按照試驗設(shè)備的要求連接接地。
注意"假諧振點(diǎn)"。試驗過程中有時出現(xiàn)"假諧振點(diǎn)"，此時的變頻輸出電壓值為50~80V，而真正的諧振點(diǎn)變頻電源輸出電壓均應(yīng)小于20V，試驗過程中要注意識別。
4 試驗結(jié)果的判定
按照商定的試驗方案，GIS承受規(guī)定的試驗電壓值、1min無擊穿放電現(xiàn)象，認(rèn)為GIS耐壓試驗通過。
試驗過程中，若GIS發(fā)生擊穿放電的現(xiàn)象，可以根據(jù)GIS放電量和放電引起的聲、光、電、化學(xué)等各種效應(yīng)進(jìn)行判斷，在GIS或氣隔能夠承受，放電是自恢復(fù)的放電，我們認(rèn)為耐壓試驗可以繼續(xù)進(jìn)行。試驗電壓值從零值升到上次放電電壓值時，沒有再次發(fā)生放電現(xiàn)象，耐壓試驗應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，電壓值直至升到規(guī)定的試驗電壓值，這樣我們認(rèn)為是GIS耐壓試驗通過。假若電壓升到上次放電電壓值時，GIS再次發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，應(yīng)立即終止耐壓試驗，打開放電氣隔進(jìn)行絕緣檢查，檢查處理完畢后，方可重新進(jìn)行耐壓試驗。
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目前，GIS國外生產(chǎn)廠家主要有ABB、東芝、三菱、日立、西門子、阿爾斯通等，國內(nèi)生產(chǎn)廠家有西開、沈高、平高等。我國通過技術(shù)引進(jìn)，消化吸收，目前已掌握500千伏GIS的設(shè)計制造技術(shù)。自主研發(fā)的1000千伏GIS（包括核心部件滅弧室和操動機(jī)構(gòu)）將完全自主設(shè)計制造，預(yù)計2009年6月可提供產(chǎn)品。
GIS制造技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，40多年來，各GIS生產(chǎn)廠家圍繞著提高經(jīng)濟(jì)性和可靠性這兩個主要目標(biāo)，在元件結(jié)構(gòu)、組合形式、制造工藝以及使用和維護(hù)方面進(jìn)行了大量研究、開發(fā)。隨著大容量單壓式SF6斷路器的研制成功和氧化鋅避雷器的應(yīng)用，GIS的技術(shù)性能與參數(shù)已超過常規(guī)開關(guān)設(shè)備，并且使結(jié)構(gòu)大大簡化，可靠性大大提高，為GIS進(jìn)一步小型化創(chuàng)造了十分有利的條件。
關(guān)于GIS安裝、試驗及設(shè)計的思考
1 GIS概述
GIS的定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。它是由斷路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置，全稱為gas insulated substation。GIS采用的是絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中，因此與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比，GIS具有占地面積小、元件全部密封不受環(huán)境干擾、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長、維護(hù)工作量小、安裝迅速、運(yùn)行費(fèi)用低、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過30多年的研制開發(fā)，GIS技術(shù)發(fā)展很快并迅速被應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)。目前，隨著全球電力系統(tǒng)自身的發(fā)展以及對系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求的日益提高，GIS技術(shù)必將持續(xù)發(fā)展，并將成為本世紀(jì)高壓電器的發(fā)展主流。
2 GIS的安裝
為了保證GIS安裝的順利進(jìn)行，在施工設(shè)計階段，設(shè)計人員需要認(rèn)真考慮以下兩個方面的問題，否則會給GIS的安裝帶來許多困難。
首先是GIS的起吊方式。目前戶內(nèi)GIS的安裝及起吊的荷載條件大多采用電動單梁橋式起重機(jī)。起重機(jī)起吊速度有兩檔，低速檔主要用于設(shè)備就位時的調(diào)整。兩檔協(xié)調(diào)應(yīng)用。如公伯峽 330kV GIS工程、棉花灘220kV GIS工程及一些電壓等級更高的電站均采用這種起吊方式，實(shí)踐證明是行之有效的。
其次是GIS設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋方式。通常GIS的載荷條件、留孔及預(yù)埋要求均由制造商提供，但基礎(chǔ)的預(yù)埋方式是由設(shè)計方根據(jù)制造商提供的基本資料來確定的。目前較常用的基礎(chǔ)預(yù)埋件有槽鋼和螺栓兩類。其中預(yù)埋螺栓的施工較簡單，但調(diào)節(jié)性差，若螺栓遇到樓板鋼筋，則需要調(diào)整螺栓位置，并在需要與之連接固定的設(shè)備支架上重新開孔，然后對開孔進(jìn)行防銹處理。而預(yù)埋槽鋼則不存在上述問題，因此應(yīng)用較多。
上述兩方面應(yīng)在設(shè)計中注意。在GIS安裝期間，往往需要設(shè)計方代表在現(xiàn)場，此時設(shè)計人員應(yīng)該了解GIS安裝過程中的三大要素：即清潔度、密封性和真空度。因為GIS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了安裝過程本身就是控制GIS運(yùn)行后質(zhì)量的最后一個關(guān)鍵階段。
大量的安裝實(shí)踐證明，保證清潔度是GIS總裝和現(xiàn)場安裝中最首要的任務(wù)。國內(nèi)GIS安裝現(xiàn)場的場地情況通常較差，為了防止起灰塵，安裝前第一次清潔時應(yīng)在場地灑水并用水揩凈，在空氣靜止48h后才開始安裝。作為電極的鋁管在加工過程中難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓實(shí)驗中放電的來源，因此要特別注意保證鋁導(dǎo)體的清潔。這就要求一方面強(qiáng)化對導(dǎo)體加工過程的清潔檢查，防止出現(xiàn)死區(qū)；另一方面在總裝前制造商應(yīng)增加導(dǎo)體振動清潔的新手段，盡量把空心體內(nèi)部死角的殘留物清理出來，或者對安裝前的導(dǎo)體做類似局部放電試驗以檢查出殘留的鋁屑和金屬絲。某些國產(chǎn)GIS產(chǎn)品由于管理不嚴(yán)，出廠時GIS內(nèi)還殘留有雜物，加之許多安裝現(xiàn)場管理不嚴(yán)，灰塵漫天，更增加了確保清潔度的難度，所以必須嚴(yán)格要求，精心施工。萬家寨GIS就是因為GIS內(nèi)雜物引起試驗時三次放電，不得不又拆開進(jìn)行局部清理，既增加了工作量，又影響了工期，這個教訓(xùn)值得引以為戒。
密封性是GIS絕緣的關(guān)鍵，SF6氣體泄露會造成GIS致命的故障。因此密封性檢查應(yīng)貫穿于整個制造和安裝的始終。密封效果主要取決于罐體焊接質(zhì)量，其次是密封圈的制造、安裝調(diào)整情況。
除上述兩個關(guān)鍵因素外，真空度的要求是總裝和安裝過程中的第三個控制因素，是控制SF 6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也可減少罐內(nèi)其它物體( 絕緣體、密封體)內(nèi)所含的水分，一般要求在充入SF6氣體之前真空度要達(dá)到133Pa，再繼續(xù)抽真空30min。水分對GIS運(yùn)行的影響關(guān)鍵在于：如果沒有將SF6氣體控制在0℃以下，則在溫度變化時絕緣體表面會形成凝露，所附著的水珠和SF6電弧產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成HF等低氟化物，從而導(dǎo)致沿面的絕緣材料和金屬表面劣化。如果將SF6露點(diǎn)的允許值控制在較低值，則在溫度變化時絕緣體表面凝結(jié)的不是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響。因此，在IEC及國際上均有規(guī)定：充入GIS的新氣體在額定密度下其露點(diǎn)不應(yīng)超過－5℃。
3 GIS的試驗
GIS的試驗包括型式試驗、出廠試驗及現(xiàn)場試驗。其中型式試驗是檢驗產(chǎn)品的正確性，驗證GIS裝置的各項性能；出廠試驗是在每一間隔上進(jìn)行的，以檢驗加工過程中是否存在缺陷；現(xiàn)場試驗是檢查GIS配電裝置在包裝、運(yùn)輸、儲存和安裝過程中是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象行之有效的監(jiān)測方法，是GIS在投運(yùn)之前必須進(jìn)行的，也是前兩種試驗無法替代的。
大量的現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：(1)現(xiàn)場絕緣試驗中往往會發(fā)生零件松動、脫落、導(dǎo)電表面刮傷；(2)強(qiáng)烈的振動造成絕緣子開裂；(3)安裝錯位引起電極表面缺陷；(4)安裝過程中造成導(dǎo)電微粒進(jìn)入；(5)由于疏忽將工具遺忘在裝置內(nèi)；(6)原來潛伏在裝置內(nèi)的導(dǎo)電微粒在工廠試驗時未能檢測出來，后來在運(yùn)輸和安裝過程中被振蕩出來或漂浮在裝置內(nèi)等。這些因素都會導(dǎo)致絕緣故障。這些絕緣缺陷一般分為兩大類：一是由自由微粒和灰塵誘發(fā)的絕緣事故，稱為活動絕緣缺陷(A類)；二是由于安裝運(yùn)輸中的意外造成的固定絕緣缺陷(B類)。
根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，SF6設(shè)備的絕緣事故有2/3都發(fā)生在未進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗的設(shè)備上。加拿大安大略水電局的運(yùn)行經(jīng)驗表明，GIS的事故不僅多發(fā)生在未做現(xiàn)場絕緣試驗的設(shè)備上，而且多發(fā)生在安裝后投入運(yùn)行的最初4個月內(nèi)，這類事故約占總事故的67%。第一年事故率為0.53次/年·間隔，之后為0.06次/年·間隔。北美地區(qū)的調(diào)查報告認(rèn)為，GIS運(yùn)行后頭一年事故率為4次/所·年，一年以后為0.1次/所·年。因此，GIS經(jīng)工廠裝配、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝之后，在投運(yùn)前進(jìn)行絕緣試驗是十分必要的。
GIS設(shè)備現(xiàn)場主要試驗項目有：(1)主回路絕緣試驗。(2)輔助回路絕緣試驗。(3)斷路器機(jī)械特性試驗。（4）氣體密封試驗。(4)分、合閘動作試驗。(5)必要時進(jìn)行耐壓試驗。(6)SF6氣體的水分含量、純度測定。(7)SF6氣體密度繼電器及壓力表校驗。（8）運(yùn)行中進(jìn)行局部放電超聲波檢查試驗。
GIS設(shè)備安裝完畢后，在施工現(xiàn)場做試驗，其目的是檢驗在安裝過程中是否符合國家規(guī)定的安裝規(guī)程，相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)有《GB 50150－91電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》、《GB 7674－1997 72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》，作為GIS設(shè)備最后的一次檢驗，其項目不必全試，只選擇主要的項目，其項目如下：
①主回路電阻測量；
②元件試驗；
③SF6氣體含水量的檢測；
④密封試驗；
⑤互感器的變比測量；
⑥主回路的絕緣試驗；
⑦輔助回路的絕緣試驗；
⑧GIS設(shè)備的高電壓耐受試驗；
⑨局部放電和無線電干擾試驗；
⑩竣工試運(yùn)行試驗。
1.1 回路電阻
1.1.1回路電阻的測量
GIS設(shè)備安裝完畢后，在元件調(diào)試之前應(yīng)測量主回路電阻，以檢查主回路中的聯(lián)結(jié)和觸頭接觸情況，并采用直流壓降法測量，測試電流不小于100 A。測試電流可利用進(jìn)出線套管注入，也可以打開接地開關(guān)導(dǎo)電桿與外殼之間的活動接地片，關(guān)合接地開關(guān)后，從接地開關(guān)導(dǎo)電桿注入測試電流，當(dāng)被測回路各相長度相同時，測量的各相數(shù)據(jù)應(yīng)相同或接近。
1.1.2回路電阻大進(jìn)一步檢測的方法
一般回路電阻大主要是各接頭處接觸不良造成的。為便于確定具體故障，可以采取電流回路仍然在主回路(即兩接地開關(guān)導(dǎo)電桿上)，然后打開相關(guān)開關(guān)、刀閘的手孔蓋，分別抽取兩點(diǎn)電壓來測量電阻。
1.2 機(jī)械特性
必須對斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的機(jī)械特性進(jìn)行調(diào)試，其主要項目如下，測試電流同樣從接地開關(guān)導(dǎo)電桿注入。
1.2.1斷路器
①測量斷路器的分、合閘時間及合分時間；
②測量斷路器分、合閘同期性及配合時間；
③測量斷路器合閘電阻的投入時間；
④測量斷路器分、合閘線圈的絕緣電阻及直流電阻；
⑤斷路器操作機(jī)構(gòu)的試驗；
⑥檢查斷路器操作機(jī)構(gòu)的閉鎖性能；
⑦檢查斷路器操作機(jī)械的防跳及防止非全相合閘輔助控制裝置的動作性能；
⑧斷路器輔助和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。
1 2.2隔離開關(guān)和接地開關(guān)
①檢查操作機(jī)構(gòu)分、合閘線圈的最低動作電壓；
②操作機(jī)構(gòu)的試驗；
③測量分、合閘時間；
④測量輔助回路和控制回路絕緣電阻及工頻耐壓試驗。
1.3 連鎖試驗
GIS元件調(diào)試過程中，應(yīng)注意檢查所有管路接頭的密封，螺釘端部的連接，以及接線和裝配是否符合圖紙和說明書的要求。元件試驗結(jié)束后，驗證電氣的、氣動的、液壓的和其它連鎖的功能特性，并驗證保護(hù)、操作和信號回路的動作特性是否正確。GIS不同元件之間的連鎖應(yīng)滿足以下要求：
①斷路器合閘，隔離開關(guān)、接地開關(guān)不能動作；
②斷路器分閘，隔離開關(guān)合閘位置，接地開關(guān)不能動作；
③當(dāng)隔離開關(guān)分閘時，接地開關(guān)可以操作；
④當(dāng)接地開關(guān)合閘時，隔離開關(guān)不能操作；
⑤當(dāng)接地開關(guān)分閘時，隔離開關(guān)可以操作。
1.4 GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗
GIS設(shè)備現(xiàn)場安裝、調(diào)試完成，必須進(jìn)行耐壓試驗。其目的是檢查總體安裝后的絕緣性能是否完好，驗證是否存在各種隱患(如安裝錯誤，包裝、運(yùn)輸、儲存和安裝調(diào)試中的損壞，存在異物等)導(dǎo)致內(nèi)部故障。
1.4.1 交流耐壓時對試品的要求
①試品應(yīng)完全安裝好，充氣到額定密度，并進(jìn)行密封性試驗和氣體濕度測量合格后，才能進(jìn)行耐壓試驗；
②耐壓試驗前，應(yīng)對試品測量絕緣電阻；
③耐壓試驗前，GIS上所有電流互感器的二次繞組應(yīng)短路并接地；
④耐壓試驗前，應(yīng)隔離高壓電纜、架空線、電力變壓器和電磁式電壓互感器(如采用變頻電源，電磁式電壓互感器經(jīng)頻率計算不會引起磁飽和，也可以和主回路一起耐壓)、避雷器和保護(hù)火花間隙；
⑤GIS主回路的每一部分都應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗。
1.4.2 交流耐壓試驗電壓值及試驗電壓的施加
現(xiàn)場交流耐壓試驗電壓值為出廠試驗施加電壓值的80%。規(guī)定的試驗電壓應(yīng)施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，每次一相，其他相的導(dǎo)體應(yīng)與接地的外殼相連。試驗電源可接到被試相導(dǎo)體任一部位。選定的試驗程序應(yīng)使每個部件都至少施加一次試驗電壓。在制定試驗方案時，必須同時注意要盡可能減少固體絕緣的重復(fù)試驗次數(shù)。例如，應(yīng)盡量在GIS不同部位引入試驗電壓。如懷疑斷路器和隔離開關(guān)的斷口在運(yùn)輸、安裝過程中受到損壞或經(jīng)過解體，應(yīng)做斷口間耐壓試驗。
1.4.3 GIS交流耐壓試驗判據(jù)
GIS的每一部件均已按選定的試驗程序耐受規(guī)定的試驗電壓而無擊穿放電，則認(rèn)為整個GIS通過試驗。在試驗過程中，如果發(fā)生擊穿放電，可采取下列步驟：
①進(jìn)行重復(fù)試驗，如果該設(shè)備還能經(jīng)受規(guī)定的試驗電壓時，則認(rèn)為放電是自恢復(fù)放電，耐壓試驗通過；
②如果重復(fù)耐壓失敗，須將設(shè)備解體，打開放電間隔，仔細(xì)檢查絕緣損壞情況，采取必要的修復(fù)措施，再進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗。
GIS設(shè)備在制造廠做過各項嚴(yán)格的試驗，在運(yùn)輸過程中包裝嚴(yán)密，并充以0.5 MPa的
SF6氣體防潮。由于GIS在制造廠不一定每臺都做過整組試驗，即使做過，GIS設(shè)備還要拆下來進(jìn)行裝箱運(yùn)輸，在此過程中還可能出現(xiàn)連接不當(dāng)、型號不對、絕緣件受污染等情況，因此在現(xiàn)場安裝時還要進(jìn)行重新試驗，以確保運(yùn)行安全。另外，GIS的導(dǎo)電桿、觸頭在制造廠進(jìn)行過反復(fù)調(diào)試，導(dǎo)電桿與靜觸頭之間的開合次數(shù)近千次之多，由于金屬間的摩擦?xí)a(chǎn)生金屬微粒。留在GIS內(nèi)部，通電時這些金屬微粒易破壞電場結(jié)構(gòu)，使得電場不均勻，導(dǎo)致絕緣擊穿。在設(shè)備的運(yùn)輸過程中，還有可能出現(xiàn)機(jī)械損傷、受潮、腐蝕等現(xiàn)象。在安裝過程中，每個零件都要從包裝里拆開再安裝到元件中去，也有可能出現(xiàn)受潮，被油污染等問題，同時由于施工人員中個別人違反安裝規(guī)程，也可能造成零件損傷、遺失部件、刮傷金屬表面和安裝錯誤等問題，所以當(dāng)GIS安裝完畢后，必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗。
4 GIS的外殼接地問題
GIS的外殼接地方式有兩種，一種是一點(diǎn)接地方式，另一種是多點(diǎn)接地方式。一點(diǎn)接地方式是在GIS外殼的每個分段中一端絕緣，另一端用一點(diǎn)接地的方式。在結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)的殼體之間一般是在法蘭盤處絕緣，對地之間是在殼體支座處緣絕緣。這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)是：因為長時間沒有外殼電流通過，故即使電流額定值大，外殼的溫升也較低，損耗也較??；因為沒有電流流入基礎(chǔ)部位，故土建鋼筋中沒有溫升。當(dāng)然它的缺點(diǎn)也很突出，即事故時不接地端外殼感應(yīng)電壓較高，外界的磁場也較強(qiáng)，當(dāng)導(dǎo)體中流過的電流較大時，往往會使外殼鋼筋發(fā)熱，由于只有一根接地線，因此可靠性較差。目前國內(nèi)GIS設(shè)計一般不采用這種外殼接地方式。
多點(diǎn)接地方式是在GIS的某個分段內(nèi)，用導(dǎo)體連接外殼和大地，并且采用兩點(diǎn)以上的多點(diǎn)接地。一般在結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)的法蘭盤之間不設(shè)絕緣，設(shè)備的支座不絕緣，并用固定螺栓導(dǎo)通，接地線也裝于殼體。多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)很多：外部磁漏少，感應(yīng)過電壓低；由于GIS外殼有兩點(diǎn)以上的接地點(diǎn)，因而可大大提高其可靠性及安全性；不需要使用絕緣法蘭等絕緣層，施工方便；外殼和導(dǎo)體電流幾乎抵消，因此外部磁場較小，使鋼構(gòu)發(fā)熱和流過控制電纜外皮的感應(yīng)電流都很小。由于外殼中有感應(yīng)電流流過，因此外殼中的溫升和損耗比一點(diǎn)接地方式大。但電站GIS工程中外殼損耗本身不大，因此在工程中可以忽略補(bǔ)給。例如：廣州抽水蓄能電站GIS外殼的功率損耗為2.43～3.79W/(m·ph)，可以略去不計。
5 GIS設(shè)計中有待完善的工作
根據(jù)近年來GIS工程的設(shè)計經(jīng)驗，筆者認(rèn)為在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化中尚有一些空白點(diǎn)亟待解決。因為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是整個設(shè)計過程的依據(jù)，設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)是制造商的制造依據(jù)。
首先是伸縮節(jié)的設(shè)置問題，尤其是在選用進(jìn)口GIS設(shè)備時對伸縮節(jié)的技術(shù)要求。伸縮節(jié)主要是用來吸收GIS母線熱脹冷縮、基礎(chǔ)伸縮縫的位移、設(shè)備間的安裝調(diào)整以及地震和操作引起的位移量，因此主要配置在母線與各設(shè)備、變壓器進(jìn)線、線路出線的連接等位置。而在水電站的廠房中，廠壩間的伸縮縫很多，每條伸縮縫的伸縮量無法準(zhǔn)確測出，因此在GIS的招標(biāo)設(shè)計中應(yīng)對伸縮節(jié)提出較高的要求。
如果采用進(jìn)口GIS設(shè)備，國外廠家對伸縮節(jié)的看法不一，某些廠家認(rèn)為完全可以滿足設(shè)計要求的水平位移和垂直位移，而有的廠家認(rèn)為土建伸縮縫與伸縮節(jié)關(guān)系不大。
我國國標(biāo)規(guī)定“制造廠應(yīng)根據(jù)使用的目的、允許的位移量等來選定伸縮節(jié)的結(jié)構(gòu)”，“在 GIS分開的基礎(chǔ)間允許的相應(yīng)位移(不均勻下沉)應(yīng)由制造廠和用戶商定”。為了確保在與外商的技術(shù)談判中有據(jù)可依，更為了確保GIS設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性，在我國的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)增加伸縮節(jié)方面的量化計算和要求。
其次是GIS接地線的材料和尺寸。這往往是與GIS外商談判中討論較多的問題。國外制造商都主張GIS室采用銅接地網(wǎng)和銅接地引線，因為銅的導(dǎo)電性和耐腐蝕性優(yōu)于鋼，但由于銅本身成本以及焊接成本都很高，因此我國電站大多采用鋼接地網(wǎng)和鋼接地線。目前國內(nèi)超高壓 GIS均采用銅接地引線。銅引線與鋼接地網(wǎng)之間的連接需采用特殊方式，以防止鋼與銅直接接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。
另外，國外廠家根據(jù)GIS的熱穩(wěn)定電流來計算接地線截面，并有具體的計算公式和曲線，計算的參數(shù)包括接地的短路電流、故障的持續(xù)時間、接地線相應(yīng)的允許溫升值，其中接地線熔斷相應(yīng)的允許溫升值起決定作用，有些廠家采用的允許溫升值為100℃，這樣選出的接地線截面就小一些，而有些廠家采用的允許溫升值為200℃，這樣選出的接地線截面就大一些。我國的規(guī)范要求采用流經(jīng)接地線的短路電流、導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)、故障持續(xù)時間進(jìn)行接地導(dǎo)體的截面計算，因此，常常會出現(xiàn)接地截面不符合制造商要求的情況。對此我國規(guī)范中應(yīng)就接地線的規(guī)格和尺寸作出相關(guān)規(guī)定。
上述問題是在GIS設(shè)計過程中不可避免的，也是亟待完善的，只有盡快制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，才可以保證設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，并盡可能減少設(shè)計中的不完善環(huán)節(jié)及運(yùn)行中的隱患。在標(biāo)準(zhǔn)制定之前，希望廣大設(shè)計人員能了解這些問題，在設(shè)計過程中予以充分考慮，并借鑒其它電站的解決措施，盡可能保證設(shè)計質(zhì)量。
GIS廠商介紹
近年來，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)在國內(nèi)受到用戶青瞇，特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、大都市、大型電力用戶及水電工程。GIS的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，形成生產(chǎn)熱點(diǎn)，國企、合企、民企一齊上，目前已經(jīng)有許多企業(yè)生產(chǎn)GIG。據(jù)不完全統(tǒng)計，有西安西開高壓電氣股份有限公刮、平高集團(tuán)、上海華通開關(guān)廠有限公司、西安高壓電器研究所電器制造廠、泰開集團(tuán)有限公司、正泰電氣股份有限公司、上海西安高壓電器研究所有限公司、如高高壓電器有限公司、平高一東芝高壓開關(guān)有限公司、上海西門子高壓開關(guān)有限公司、益和電氣集團(tuán)股份有限公司、上海平開華明高壓開關(guān)有限公司、北京華東電氣股份有限公司、廈門ABB華電高壓開關(guān)有限公司、山東魯能思翼帕瓦電機(jī)有限公司、維奧輸配電(廣州)有限公司、江蘇現(xiàn)代南自電氣有限公司、泰山恒信開關(guān)集團(tuán)、湖北永鼎開關(guān)有限公司、阿?，m(Areva)集團(tuán)、天水長城開關(guān)廠等。
在這20多個生產(chǎn)廠家中，首先都生產(chǎn)126kV GIS。在生產(chǎn)550kv GIS廠家中，外企(合企)主要有ABB、Siemens、Areva、東芝、AEPawer等企業(yè)；國企主要有西開高壓電氣和新沈高。在2006年中國名牌產(chǎn)品中，西開高壓電氣和新沈高的“72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備”(GIS)被授予“中國名牌產(chǎn)品”。目前合企生產(chǎn)的GIS占國內(nèi)市場相當(dāng)人的份額，如占550kV斷路器和GIS市場的80％，占252kV斷路器和GIS市場的50％，占126kv斷路器和GIS市場的30％。但隨著國企實(shí)力的增強(qiáng)和民企的崛起，這種局面將會很快扭轉(zhuǎn)。
大容量、高電壓的GIS耐壓試驗通常采用變頻電壓諧振的方法，通過調(diào)節(jié)變頻電源輸出頻率使回路中發(fā)生電壓諧振，再調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試驗電壓達(dá)到試驗電壓值，試驗頻率可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，品質(zhì)因數(shù)高，無"試驗死區(qū)"，而且試驗設(shè)備保護(hù)功能完善，可以有效地保護(hù)試品。
1 試驗要求和選擇試驗方案
在GIS現(xiàn)場試驗過程中，試驗天氣的狀況對品質(zhì)因數(shù)Q值影響很大，品質(zhì)因數(shù) Q = (L/C)1/2/R，但是隨著試驗電壓值的慢慢升高，試驗回路中發(fā)生電暈，有功損失R也會增加，造成品質(zhì)因數(shù)Q下降。在陰天或空氣濕度較大的情況下，品質(zhì)因數(shù)Q值將減少30%左右，使得勵磁變壓器輸入電壓增大，因此GIS的耐壓試驗一定要選擇晴天或空氣較干燥的情況下進(jìn)行試驗。根據(jù)GB 7674-1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，GIS交流試驗電壓值為出廠試驗電壓值的80%，頻率為10～300 Hz，選擇GIS的試驗方案要求，試驗單位及GIS生產(chǎn)廠家和用戶共同商定。試驗過程一般分為"老練試驗"和"耐壓試驗"兩個階段。實(shí)際由于GIS的生產(chǎn)廠家不同，試驗方案也會略有差別。
"老練試驗"階段（包括TA、TV、BLQ），試驗電壓由零值逐步升壓到73 kV，進(jìn)行5 min的耐壓試驗，可以分相單獨(dú)進(jìn)行老練試驗，也可以三相同時進(jìn)行老練試驗，然后將試驗電壓逐步降壓至零值。
110 kV GIS中的TA、TV、BLQ切除后，分相單獨(dú)進(jìn)行耐壓試驗，試驗電壓由零值逐步升壓到126 kV，試驗時間5 min，然后將試驗電壓值繼續(xù)升至184 kV，進(jìn)行1 min的交流耐壓試驗。
2 試驗參數(shù)的確定
GIS試驗回路由變頻電源、勵磁變壓器、高壓電抗器、分壓器、避雷器和試品組成，變頻電壓諧振試驗設(shè)備為廠家生產(chǎn)的成套設(shè)備，GIS試驗電壓值是一定的，GIS的電容量CX由選擇高壓電抗器的電感量L和品質(zhì)因數(shù)Q來決定。
首先確定試品的電容CX。GIS的電容量CX可以通過一些資料查到，算出GIS的電容量CX。110kVGIS每間隔電容量一般為600～800pF，220kV每間隔電容量為800～1000pF，這些數(shù)據(jù)在試驗中可以參考使用。
高壓電抗器電感量L的選擇。實(shí)際應(yīng)用中的變頻電壓諧振試驗裝置，高壓電抗器是由試驗設(shè)備生產(chǎn)廠家配套的，電感量L是一定的，不同容量的試驗設(shè)備，所配高壓電抗器的電感量也是不同的，高壓電抗器的連接方式由試驗電壓值和試驗電流來決定，試驗電壓值大于高壓電抗器的額定電壓值，高壓電抗器要采用串聯(lián)分壓的方法。試驗電流值大于高壓電抗器額定電流值時，高壓電抗器要采用并聯(lián)分流的方法。
試驗回路中，高壓電抗器不同的連接方式，電感量L在試驗中的計算方法，根據(jù)電抗器在試驗回路中串并聯(lián)連接方式，算出電抗器的電感量，然后乘以系數(shù)1.05。
品質(zhì)因數(shù)
Q = (L/C)1/2/R
式中 C = C分壓器 + CX；
R = RL + RT2。
RL是電抗器的內(nèi)阻，RT2是勵磁變壓器副邊的直流電阻，工程應(yīng)用中R應(yīng)等于電抗器的電阻、勵磁變壓器二次側(cè)電阻、分壓電容器和GIS試品有功分量及諧振回路的電暈、電導(dǎo)損耗、渦流損耗等的有功損耗和。因此我們所計算的品質(zhì)因數(shù)Q比實(shí)際的品質(zhì)因數(shù)Q要大些，這樣就可以算出勵磁變壓器二次側(cè)輸出電壓值。勵磁變壓器的輸出電壓一般至少是兩個值，因此我們應(yīng)當(dāng)選擇比計算出的勵磁變壓器輸出電壓值略大的輸出電壓值，來滿足實(shí)際的品質(zhì)因數(shù)Q。
3 注意事項
GIS接地必須符合技術(shù)規(guī)范，試驗時高壓引線要使用專用的無暈引線。
GIS各氣室SF6氣體壓力在額定壓力，且充氣24 h后測量微水合格，處于運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)場確定無誤后進(jìn)行耐壓試驗。
"老練試驗階段"GIS內(nèi)的TA二次應(yīng)短接，TA、TV和避雷器可以連接在一起進(jìn)行"老練試驗"，耐壓試驗階段TA、TV和避雷器應(yīng)脫離。
現(xiàn)場要使用16mm2的裸銅線作為試驗設(shè)備的接地線，接地線要拉直，不可環(huán)繞打折，否則GIS擊穿放電時接地線上產(chǎn)生高壓，接地的順序要按照試驗設(shè)備的要求連接接地。
注意"假諧振點(diǎn)"。試驗過程中有時出現(xiàn)"假諧振點(diǎn)"，此時的變頻輸出電壓值為50~80V，而真正的諧振點(diǎn)變頻電源輸出電壓均應(yīng)小于20V，試驗過程中要注意識別。
4 試驗結(jié)果的判定
按照商定的試驗方案，GIS承受規(guī)定的試驗電壓值、1min無擊穿放電現(xiàn)象，認(rèn)為GIS耐壓試驗通過。
試驗過程中，若GIS發(fā)生擊穿放電的現(xiàn)象，可以根據(jù)GIS放電量和放電引起的聲、光、電、化學(xué)等各種效應(yīng)進(jìn)行判斷，在GIS或氣隔能夠承受，放電是自恢復(fù)的放電，我們認(rèn)為耐壓試驗可以繼續(xù)進(jìn)行。試驗電壓值從零值升到上次放電電壓值時，沒有再次發(fā)生放電現(xiàn)象，耐壓試驗應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，電壓值直至升到規(guī)定的試驗電壓值，這樣我們認(rèn)為是GIS耐壓試驗通過。假若電壓升到上次放電電壓值時，GIS再次發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，應(yīng)立即終止耐壓試驗，打開放電氣隔進(jìn)行絕緣檢查，檢查處理完畢后，方可重新進(jìn)行耐壓試驗。
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