气体绝缘全封闭组合式设备_GIS_在上海电网中的应用及其展望_姚明

第34卷第4期2006年4
月
V o.l34N o.4
A pr.2006气体绝缘全封闭组合式设备(GIS)
在上海电网中的应用及其展望
姚明1,卢波2
(1.上海市电力公司生技部,上海201400;2.华东电力试验研究院,上海200437)
摘要:介绍了气体绝缘全封闭组合式(G IS)设备在上海电网中应用情况,并对已运行设备故障进行了分析。

结合上海电网规划建设,提出了G IS设备在制造质量改进、检测技术研究应用等多方面发展要求,并对G IS设备在上海电网应用前景展望。

关键词:气体绝缘全封闭组合式设备;上海电网;在线监测
中图分类号:TM712文献标识码:B文章编号:1001-9529(2006)04-0051-03
Application and prospects of GIS in Shanghai Pow er Grid
YAO M ing1,LU B o2
(1.D ept.o f P roduction and T echno logy,S M EPC,Shangha i200122,Ch i na;
2.E ast Chi na E lectr ic Pow er T est&R esearch Institute,Shanghai200437,China)
Abstrac t:T he applica tion o f the G as Insu lated S w itchgear(G IS)in Shanghai P o w er G r i d i s introduced,and fa ilures occurred on the G IS i n Shangha i are ana lyzed and su mm ar i zed.T he requ irements o fm anufacture qua lity i m prove m ent for G IS,and o f its detec tion techno l ogy develop m ent are put f o r w ard.T he future applica ti on of G IS i n Shanghai Pow er G ri d is a lso prospected.
K ey word s:G as Insulated Sw itchg ea r(G IS);Shangha i Pow er G ri d;on-li ne m on itor i ng
上海电网应用气体绝缘全封闭组合设备(以下简称GIS)的历史已有多年,早在20世纪70年代后期,上海华通开关厂的110kV G I S就首先在上海试用,相隔几年之后,220k V G I S又在上海投入试运行;80年代初结合上海宝钢建设,引进的日本三菱220kV GIS从1982年5月投运起至今仍在运行。

由此算来在G I S的运行经验上最长已有24年了。

近年来GIS的应用增多了,并且电压等级上升到500kV水平(如徐行500kV H-GIS)。

上海电网地处我国沿海经济发达地区,土地资源紧缺和城市电网发展的要求,以及对设备运行可靠性的新要求,都为G I S的应用提供了一个再发展的前景。

1设备装用情况
据不完全统计,截止到2005年,上海电网已投运的G I S共有约661个间隔(含35kV C-GIS)。

35kV间隔占51.74%,110kV间隔占35.85%, 220kV间隔占12.41%。

上海220kV G I S虽然间隔比例略少,但发挥的作用明显,在最近两年投运的GIS中,一套GIS的间隔数最多的达到了29个,这在国内也属于规模大的。

目前上海电网变电站中尚无运行的500 kV电压等级G I S设备,但随着电网快速发展,部分500kV G I S设备也已规划设计,如徐行500kV H-G IS正在技术协议讨论中,设备即将安装投运。

从GIS设备制造厂的统计来看,11家制造厂中进口(合资)厂家产品主要集中在35k V电压等级,国产产品主要集中在110kV及220kV电压等级。

早期由于担心相间故障,G I S设备结构形式上采用分相式布置较多。

随着制造水平的提高,现在对110kV G I S均要求采用共箱式结构,对220kV GIS亦有优先采用共箱式结构的趋势。

设备接地方式以多点接地为主,通常制造厂对此也不进行专门的计算,按自己的技术条件能满足设计院的要求即可。

目前已运行断路器操动机构的形式气动、液
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压及弹簧机械均有,从现在选型来看,主要是液压或弹簧机构产品,气动机构基本上已不再选用。

2 运行情况分析
总体而言,同敞开式电气设备相比,GIS 设备不但维护的工作量大大减少,其故障率也低得多。

近几年上海地区的G I S 设备故障大致可以归纳成绝缘故障和机械故障2大类。

绝缘故障包括SF 6漏气、SF 6微水超标、气室击穿。

机械故障依照现象不同分为拒分或拒合、分合闸不到位、联锁失效。

绝缘故障占大多数,达79.64%。

其中,SF 6漏气故障所占百分比最高,达65.91%;SF 6微水超标次之,占11.36%;SF 6漏气故障和SF 6微水超标故障共占77.37%。

机械故障占20.36%,拒分或拒合的故障占总故障的15.9%,所占比例比其它机械故障大得多。

其中,由于电动失灵的故障占总故障的9.09%,占机械故障总数的4/9。

机械故障原因主要是操作机构安装、检修及产品制造质量引起,其中拒分或拒合的原因是电动失灵、机构卡死或卡涩、辅助开关未到位、马达出口轴销脱落等;联锁失效的原因主要是行程开关断开点太早。

从目前运行的几种机构来看,空压机构的问题最多,早期的液压机构的问题由于管路复杂,也存在漏油、频繁起泵等问题,随着液压机构向模块化结构发展,新型的液压机构的可靠性有很大提高,但近期也出现了液压接点锈蚀等问题,同时液压机构每隔一定时间需对机构进行排气,并更换液压油及密封圈,给运行维护带来难度。

目前,国家有关标准中已将SF 6泄漏率要求从1%提高到了0.5%,因此,如何提高密封面、焊接点和管路接头处的制造工艺水平,降低污气率;选用高可靠性机构,减少机械故障,从而进一步提高GIS 设备的可靠性,减少维护工作量,是各制造厂家共同面临的问题。

3 电网发展对G I S 设备的要求
(1)小型化
随着上海超高压电网建设的迅速发展,对高压开关设备的功能和质量提出了更高的要求。

同时在规划设计中每个500k V 变电站土地占用量都非常大,而且位置逐渐由郊区移向市区。

在城市土地资源日益紧张的大形势下,新变电站的征地越来越困难,旧变电站改造和扩建的用地也越来越紧张。

因此选用占地面积小、性能好的G I S 设备势在必行。

另一方面,由于制造工艺影响,早期G I S 设备结构比较大,用气、用材都较多。

随着制造水平的提高,现在G I S 设备向小型化、复合化方向发展。

现在对110k V G I S 均要求采用共箱式结构,对220k V G I S 亦有优先采用共箱式结构。

部分国内外先进制造厂都制造出500kV 电压等级单断口GIS 设备,大大减少了设备体积及制造维护成本。

(2)大电流、大容量设备应用
随着上海电网的快速发展,对电气设备的容量也提出了更高的要求。

尤其的220kV 及500k V 系统,由于考率到电网的交换功率,部分枢纽变电站220kV 母线的额定电流将达到4000A,500kV 系统中一些联络线的容量也远远超出常规500k V 设备指标,如上海电网500kV 徐行变电站,根据设计计算,新扩建工程选用的断路器额定电流为6300A 。

这就在选型上对制造厂提出了新的要求。

(3)高可靠性
随着用户对供电可靠性的要求越来越高,如何进一步减少设备的非计划停运,提高可用率是我们面临的很大难题。

对GIS 设备而言,虽然同敞开式电器相比其具有少维护、可靠性等特点,但从运行统计情况看,依然存在SF 6漏气、气室击穿、机构卡死或卡涩等故障。

对制造厂而言,一方面要提高密封面、焊接点和管路接头处的制造工艺水平,降低漏气率,同时选用高可靠性机构,也是提高GIS 设备可靠性重要途径。

目前采用结构简单、维护方便、高可靠性的弹簧机构,不仅是敞开式断路,也是G I S 设备的发展方面。

(4)结构更合理性
GIS 的结构设计应考虑检修的方便性,以便一旦发生故障时提高检修速度,减少停电时间。

如目前上海电网单套G I S 的间隔数越来越多,其母线也很长。

这样在母线设计时就应考虑一旦一个间隔的母线出故障,应能很方便的将其拆除并隔离,而不必整个的移动母线。

同时,今后电网电缆出线明显增多,GIS 的设计也应考虑电缆连接
姚明,等气体绝缘全封闭组合式设备(G IS)在上海电网中的应用及其展望53(总319)
的方便性,如提高电缆筒休对地距离、设计上满足电缆交流耐压要求等。

(5)状态检修及延长大修周期策略研究
目前G I S设备运行维护和检修尚无统一的规定,G I S设备一般的定期检修每4年进行一次,或按照制造厂的规定。

常规的检修工作仅针对操动机构,本体上则进行SF6气体检漏和外部螺栓的紧固、接地检查等,对GIS本体则不作解体。

现在G I S大修周期一般规定为12年,按本规定要求,在上海电网中已运行G IS超大修周期设备不少,对这些设备运行分析,实际运行中设备灭弧室和触头系统因开断的短路电流值和次数有限,额定电流也有一定的裕度,温升不会超过制造厂的要求,适当的延长检修周期问题不大。

但考虑到密封件的寿命窨还能用多久尚缺少经验数据,一般好点的材料寿命也只有15年左右,因此有必要安排做些检查和试验,对剩余寿命做评估,根据设备状态安排好检修工作。

这方面有待制造厂对用户提供支撑,同用户一起商讨、制定出可行的方案并付于实施。

(6)局部放电在线检测技术的研究应用
总体来看G I S的故障率要比敞开式设备低些,从故障出现的规律上看,设备投运初期故障率要高些,其中与安装质量有很大的关系,特别是清洁度的保证。

因此对运行单位而言,最关心的是现场交接试验,要能有效地发现问题;其次是在运行中要及时监测到问题,在发生故障以前及时处理。

受试验技术条件限制,在现场进行传统的局放测试或冲击耐压试验尚缺乏条件,目前现场交接试验中只进行工频耐压试验,来检查总体安装后的绝缘性能是否完好,验证是否存在各种隐患(如安装错误,包装、运输、储存和安装调试中的损坏,存在异物等)导致内部故障。

但耐压试验并不能完全检测出GIS内部的隐患,特别是G I S 内部存在杂质的缺陷,部分G I S设备在通过耐压试验后,仍在运行后发生了闪络故障。

为了提高设备运行检测水平,国内外相关科研部门积极研究局部放电在线检测技术。

目前国内外研究和运用较多的局放在线监测的方法主要有以下3种:超高频测量法(UHF)、甚高频测量法(VH F)、超声波测量法。

上海市电力公司正也积极开展G I S设备在线局放监测方面的应用研究,如根据超声测量法,采用A I A-1型超声故障诊断仪对运行中的G IS设备进行监测。

在超高频测量法方面也将开展研究,以期尽快发现GIS内部缺陷,提高G I S设备的运行可靠性,同时为开展GIS设备的状态检修提供依据。

4G IS设备在上海电网的应用展望
从上海电网近两年来的使用情况来看,G I S 的应用前景广阔,特别是2000年以来每年的装用量以大于16%的增长率更是说明使用单位对其的青睐,今后G I S的增长完全有可能与敞开式的设备不相上下。

近年来GIS制造技术上的成熟和进步是有目共睹的,如为便于检修时的分解,筒体连接采用了可移动式的法兰;外壳之间的连接改用盆式绝缘子上加金属环的内部连接办法;而为减少VFTO 的影响,对隔离开关进行的改进以及单断口灭弧室的应用等均对产品制造水平的提高提供了具体的手段。

随着运行经验的积累和处理故障能力和手段的多样化及相关电力待业标准重新修订,使得我们在设备选型上更加趋于理性。

应该认为当今的G I S设备在技术参数上各研究均相差不大,差距主要在材料和制造工艺上,公司应从选型、合同谈判以及工厂监造上给予重视,这样才能保证设备的质量。

此外,加强对运行年限长的设备的巡检,针对这些设备制定出检修规定也是下一步工作的一个目标。

积极结合科技进步,提高运行中的检测手段,如利用超声局放定位仪进行内部出现异常情况的检测、分析SF6气体成分判断缺陷性质、研究SF6气体的堵漏技术和材料等,确保设备能在良好的条件下运行。

收稿日期:2006-01-27
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