李忠富，朱潤東，閆亞剛，張娟

（1.平高集團(tuán)有限公司；2.河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001）

GIS即氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備是變電站中關(guān)鍵設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著電力匯集、轉(zhuǎn)移、調(diào)配、控制及保護(hù)的作用。它主要是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)、電壓和電流互感器、避雷器、母線、出線、匯控柜等元件按規(guī)定的主接線進(jìn)行組合，并全部封閉在充有SF6絕緣氣體的金屬殼體內(nèi)，其設(shè)備體積小、集成度高、運(yùn)行維護(hù)安全可靠，在電網(wǎng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。在一些進(jìn)出線規(guī)模較大、電壓等級(jí)較高、土地資源相對(duì)寬裕的場合，往往采用戶外安裝的GIS。近年來，隨著戶外GIS總體裝用量逐漸增多，受溫度、濕度、風(fēng)沙、雨雪、污穢等環(huán)境影響，戶外GIS缺陷數(shù)量隨著年限增加呈指數(shù)上升勢態(tài)，由于缺陷導(dǎo)致安全事故頻發(fā)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響日益顯現(xiàn)。因此，急需采取措施改善戶外GIS運(yùn)行環(huán)境，降低設(shè)備缺陷發(fā)生率，延長設(shè)備壽命，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。

1 戶外GIS缺陷統(tǒng)計(jì)

以某一地區(qū)在運(yùn)GIS設(shè)備數(shù)據(jù)為例，該地區(qū)共有745套GIS，戶外GIS有162套，占總量21%。而一年中戶內(nèi)外所有GIS發(fā)生缺陷總計(jì)1147起，戶外GIS為1039起，占總?cè)毕?1%；戶內(nèi)GIS為108起，占總?cè)毕?%，見圖1所示。可以看出，雖然戶外GIS數(shù)量占比少，但發(fā)生故障次數(shù)明顯高于戶內(nèi)，同期投運(yùn)戶內(nèi)GIS缺陷率僅為戶外的1/10左右。

圖1 戶外GIS缺陷比例統(tǒng)計(jì)圖

進(jìn)一步，對(duì)戶外GIS缺陷的類型統(tǒng)計(jì)分析，其中漏氣743起、銹蝕136起、元件老化138起，其他問題22起。由此可見，戶外GIS缺陷類型主要集中在漏氣、銹蝕和元件老化，該三項(xiàng)占總?cè)毕輸?shù)高達(dá)98%以上。

2 戶外環(huán)境影響分析

2.1 溫度的影響

按GB有關(guān)規(guī)定，戶外GIS設(shè)備正常工作溫度為-40～+40℃。溫度過低，GIS中起潤滑、防銹、密封和緩沖作用的化學(xué)物質(zhì)（如液壓油、潤滑油、導(dǎo)電硅脂等）的黏度增加而運(yùn)動(dòng)阻力增大，使開關(guān)分合閘速度降低，影響開斷熄弧性能。SF6氣體在低溫條件下可能出現(xiàn)液化，造成氣體壓力不足密度下降，導(dǎo)致設(shè)備絕緣性能和開斷能力下降。溫度過低還可能使密封材料性能劣化，造成設(shè)備漏氣、漏油、進(jìn)水等問題。

溫度過高，會(huì)導(dǎo)致GIS密封材料膨脹變形滲出密封槽、一些固體絕緣件加速老化、二次元器件塑料殼體變形變色。受戶外陽光照射的影響，設(shè)備溫升增加影響到正常通流，據(jù)DL/T5222標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)備周圍環(huán)境溫度大于40℃，環(huán)境溫度每提升1K時(shí)，設(shè)備允許運(yùn)行負(fù)荷電流就需要降低額定電流負(fù)荷的1.8%。

2.2 濕度的影響

我國長江以南地區(qū)空氣濕度較大，全年有3個(gè)月左右時(shí)間相對(duì)濕度達(dá)90%以上，這期間零部件表面會(huì)附著一層厚度為微米級(jí)的水膜。水膜會(huì)導(dǎo)致GIS設(shè)備絕緣件外表面絕緣電阻降低而泄漏電流增加，絕緣件受潮后將影響其絕緣性能。水份附著在零部件表面會(huì)促使霉菌旺盛繁殖，加速零部件外觀損壞。GIS設(shè)備使用材料主要包括普通碳素鋼、鋁鎂合金、不銹鋼、銅等，這些材料長期在潮濕環(huán)境下腐蝕速度成倍增加，造成GIS本體、連接桿、螺栓、管路等金屬部件出現(xiàn)不同程度的銹蝕問題。

2.3 污穢的影響

在沿海地區(qū)和重工業(yè)集中區(qū)域，如火電廠、煉油廠、水泥廠、化工廠和沿海油田等，空氣污穢較為嚴(yán)重，水霧、鹽霧、泥沙及腐蝕性氣體都會(huì)污穢GIS設(shè)備的外絕緣，使表面閃絡(luò)電壓下降，發(fā)生污閃事故。特別是秋末冬初和冬末春初之際，以及天氣久晴后遇到毛毛雨就更為嚴(yán)重。GIS外部零部件在嚴(yán)重污穢條件下，同樣也會(huì)加速設(shè)備老化速度，設(shè)備預(yù)期壽命將大打折扣。

3 GIS防護(hù)棚方案設(shè)計(jì)

綜上所述，戶外GIS受限于零部件材質(zhì)、防腐工藝和現(xiàn)場安裝等多方面原因，無法滿足長期戶外運(yùn)行條件。另一方面，隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，日益嚴(yán)重的大氣污染，加速了戶外GIS的老化和銹蝕。故有必要在戶外GIS設(shè)備區(qū)加裝一種造價(jià)經(jīng)濟(jì)、安裝快捷、滿足防風(fēng)、防雨、保溫要求的鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)棚，以改善GIS的運(yùn)行環(huán)境。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

GIS設(shè)備防護(hù)棚的結(jié)構(gòu)型式采用一層門式剛架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，鋼結(jié)構(gòu)為模塊化設(shè)計(jì)和工廠內(nèi)預(yù)制，現(xiàn)場可快速拼裝。如圖2所示，防護(hù)棚高度根據(jù)設(shè)備最高點(diǎn)的檢修空間和帶電部分至接地部分之間最小安全凈距考慮。長度和寬度則根據(jù)設(shè)備檢修、起吊、運(yùn)行、巡視以及SF6氣體回收所需的空間和通道等因素考慮，一般要求內(nèi)部主通道靠近斷路器側(cè)，寬度為2～3.5m，巡視通道大于1mm。頂部采用金屬巖棉夾芯板，四周采用雙面單層彩鋼板，頂部和內(nèi)墻作耐火處理，耐火等級(jí)不低于二級(jí)。鋼梁的耐火極限不小于1.5h，柱的耐火極限不小于2.5h。防護(hù)棚內(nèi)開設(shè)固定窗采光，并采取防止雨、雪、小動(dòng)物、風(fēng)沙及污穢塵埃進(jìn)入的措施。根據(jù)防護(hù)棚面積大小設(shè)2個(gè)及以上安全出口，并保證在任意一點(diǎn)到疏散門的直線距離不大于15m。地面采用耐磨、防滑、高硬度的地面。

圖2 GIS防護(hù)棚設(shè)計(jì)示意圖

3.2 電氣設(shè)計(jì)

GIS設(shè)備防護(hù)棚電氣設(shè)計(jì)除了考慮正常的照明系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)外，還應(yīng)針對(duì)GIS設(shè)備運(yùn)行的特殊性考慮如下幾點(diǎn)。

（1）按照事故排煙要求，裝設(shè)足夠的事故通風(fēng)系統(tǒng)。在防護(hù)棚內(nèi)設(shè)置上下層通風(fēng)系統(tǒng)，上層用于事故排風(fēng)兼做散熱排風(fēng)，下層用于抽除內(nèi)部SF6等有毒或污濁氣體。

（2）為了保證進(jìn)入防護(hù)棚作業(yè)人員的安全，設(shè)置SF6氣體泄漏報(bào)警儀并與通風(fēng)系統(tǒng)電氣聯(lián)動(dòng)。對(duì)防護(hù)棚內(nèi)SF6氣體濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)SF6氣體濃度達(dá)到限值時(shí)，自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)通風(fēng)換氣，同時(shí)傳達(dá)信號(hào)到控制室。

（3）按變電站防火設(shè)計(jì)規(guī)范，配置微機(jī)火災(zāi)報(bào)警裝置及煙感探測器，對(duì)防護(hù)棚內(nèi)煙霧含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。當(dāng)煙霧含量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，微機(jī)火災(zāi)報(bào)警裝置將會(huì)進(jìn)行報(bào)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)查看處理。

（4）為了改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境條件，可配置溫濕度控制系統(tǒng)及溫濕度傳感器，并與防護(hù)棚內(nèi)的空調(diào)、采暖、除濕設(shè)備實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)動(dòng)，使防護(hù)棚內(nèi)溫濕度控制在適宜GIS設(shè)備運(yùn)行最佳范圍內(nèi)。

3.3 建設(shè)原則

（1）設(shè)備運(yùn)行10年以上、老化速度異常、漏氣和銹蝕等缺陷頻發(fā)的戶外GIS，建議集中開展設(shè)備缺陷隱患整治后加裝防護(hù)棚，延長GIS使用壽命。

（2）沿海地區(qū)、重污染、高污穢、高低溫、日溫差大等氣候條件惡劣地區(qū)的戶外GIS，優(yōu)先考慮加裝防護(hù)棚。

（3）對(duì)電力樞紐站、重要供電負(fù)荷、核電等特殊用途的戶外GIS，為了保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，建議加裝防護(hù)棚。

4 結(jié)語

戶外GIS設(shè)備加裝防護(hù)棚簡單有效，可大大改善GIS運(yùn)行環(huán)境。建設(shè)時(shí)可采取間隔輪停方式，每間隔大約只需停電3天，施工影響小，投資成本低，比常規(guī)框架結(jié)構(gòu)廠房節(jié)約50%以上。根據(jù)前期試點(diǎn)工程效果：某站戶外GIS設(shè)備加裝防護(hù)棚前，隨著年限增加，漏氣、銹蝕、元件老化等缺陷逐年增加。加裝后，GIS運(yùn)行環(huán)境明顯改善，有效解決戶外變電站設(shè)備因風(fēng)吹雨淋極造成密封面漏氣、設(shè)備銹蝕、刀閘拒動(dòng)等問題，異常缺陷得到有效抑制。