浅谈GIS在冶金企业变电站的应用

763 编辑：中冶有色技术网来源：赵宝良

2024-03-12 13:41:47

0 引言

钢铁企业周围区域的环境污染程度较高,处在该区域内的电力系统的安全运行性能较差。SF6气体绝缘全封闭组合开关电器（Gas Insulated Switchgear,GIS）是将断路器、电压/电流互感器、隔离开关、接地开关以及母线等电气设备密封在接地金属外壳内,并充以0.3-0.4MPa的SF6气体作为相间和相对地间绝缘的气体绝缘变电站。GIS设备良好的电气特性、不受外界环境影响以及维护工作量小等优越性,在大型钢铁企业及城市电网中大量应用。武钢几乎全部110k变电站都采用的GIS设备,鞍钢、攀钢、宝钢、首钢等都在区域或企业变电站中广泛采用110k、220k的GIS设备,GIS设备的应用大大提高了电力系统的运行可靠性。

1 GIS设备的优越性

1.1 优良的电气性能 GIS设备中充以具有强灭弧能力、介电强度高、绝缘性能好等优越性的SF6气体作为绝缘与灭弧介质。均匀电场中,SF6气体的介电强度约为气压相同空气的2.5-3倍,特别是在0.3MPa气压条件的介电强度和变压器油的相当[1]。同时,其优良的灭弧、冷却特性,以及在电弧分解中不会产生含有碳等影响SF6气体绝缘强度的物质,极大提高了系统的安全可靠运行。

1.2 占用面积小 SF6气体的高介电强度、优良灭弧性能使得GIS设备中使用的断路器体积及其它电气设备之间的绝缘距离明显缩小,整体结构上更加紧凑,很大程度上节省了变电站的占地面积和空间。研究表明,一般110k的GIS设备的占地面积至多约为常规设备的46%,220k等级的约为常规设备的37%,而且具有电压等级越高,GIS设备占地面积越小的优势。

1.3 不受外部环境影响 GIS设备全部封闭在由抗腐蚀的铝或不锈钢制成金属接地外壳中,相对于常规电气设备在污染严重的区域运行而言,GIS设备几乎不受大气污染影响。特别是对于大型钢铁企业的变电站,周围区域中金属粉尘污染程度严重,暴露在外的电气设备在大雾、毛毛雨等恶劣的天气下常出现套管及绝缘子闪络、放电现象,影响电力系统安全运行及企业安全生产。

1.4 维护与检修量小 GIS设备先进的加工技术及良好的电气性能,使得GIS设备的可靠运行性能大为提高。电气设备全部密封在金属接地外壳内,受外界恶劣环境的影响程度很小,几乎不受外界环境的影响,相对于传统的变电站而言不需要对断路器、避雷器、电压/电流互感器等一一巡视检查,日常巡检项目、定期检修次数明显减少。GIS设备新装后的第一次维修检查完成后,一般检修周期可达8年以上或开断额定容量15次以上。同时,由于GIS设备中没有用到绝缘油,而SF6气体本身不燃烧,其防火性能也较好。所以GIS运行安全可靠,维护费用少,检修周期长。

1.5 安装周期短且没有无线电干扰由于GIS设备占地面积小,安装GIS的土建基础工作量大大减少,并且GIS设备各个元件的通用性强,采用积木式结构,用户事前预定和调试后,即可进行组合安装及调试,方便快捷。与此同时,GIS的导电部分均为外壳所屏蔽,而外壳接地良好,因此其导电部分所产生的辐射、电场干扰等均被外壳所屏蔽。对周围的通信、无线电不造成干扰。

2 GIS设备的运行注意事项

2.1 GIS设备的防火防尘要求由于GIS设备采用的是FS6绝缘气体,配电室内没有绝缘油,而SF6气体不仅具有强的绝缘性能,而且本身不燃烧,故起火的可能性很小,防火设计选择常见的灭火剂即可。

GIS设备主要应以防尘、防潮为主,按相关标准,室内尘埃不得超过0.2mm/m2的水平,室内的湿度应经常保持在80%以上,所以室内地上、墙上不宜选用易起尘的水

泥地面和石灰墙面,一般选用水磨石或者环氧树脂漆墙面。

2.2 确保GIS设备的洁净度研究表明,GIS设备中的少量气体杂质或者绝缘颗粒不会对SF6气体的介电强度产生明显下降,但是自由金属微粒或者灰尘的存在会剧烈降低SF6气体的击穿电压,进而影响电力系统的安全运行。因而在进行GIS设备安装和检修时应严格控制周围环境,防止灰尘混入GIS设备中。特别是装卸设备过程中,可能产生一些金属颗粒,这些杂质一旦落入气室内将严重威胁系统的稳定运行。因而在设备装配完后应仔细检查,并用强力吸尘器清理干净,以尽可能的减少导电微粒。与此同时,还可以利用净化效应来清除金属微粒、赃物等,从而提高SF6气体的耐电强度。

2.3 确保GIS设备的密封性及良好的通风性 SF6气体维持着GIS设备的高绝缘水平和优良的灭弧能力,因而其密封性是保障电气系统安全稳定運行的关键。SF6气体的泄漏会造成绝缘强度、灭弧能力的下降。运行经验表明,若室内气压下降超过额定压力的15%左右时,设备将处于闭锁状态而不能操作。同时,在气体泄漏时,环境中的水分会进入设备内,使SF6气体的湿度增大而影响电气性能。

同时,SF6气体本身无色、无毒,但在开断电弧的作用下,由于杂质的存在会使SF6气体发生分解形成硫的低氟化物,这些产物有毒,而且具有强腐蚀性、刺激性,可以腐蚀许多绝缘材料和导电材料。这些产物的存在不仅造成电气性能的劣化,而且危及工作人员的人身安全,如果稍不注意就可能产生SF6气体分解物的中毒现象。

GIS室内的空气流通速度相对较慢,如果密封性不高造成SF6气体的泄漏,由于比空气重,将在室内沉积不易散发,SF6气体本身又是无色无味的,泄漏后不易被发觉,容易造成局部缺氧,使人窒息。这样就会对现场工作人员造成极大的安全隐患,因而在进入室内前必须保证GIS室良好通风。

2.4 严格控制GIS设备中SF6气体微水含量 SF6气体在电弧的高温作用下可能分解成的低氟化物如SOF2、SO2F2等,当气体中含有水分时这些化合物还会发生水解作用而生成腐蚀性很强的轻氟酸（HF）等,对绝缘材料的腐蚀性很强。因而,严格控制SF6气体中含水量是保证GIS安全运行的首要条件。

GIS设备中的水分造成的危害主要表现在：一方面,SF6在电弧高温下会发生化学反应而产生SFn等强腐蚀性的剧毒物,另一方面,可能使绝缘表面出现凝露现象二降低绝缘性能,产生局部放电现象。特别是过量的水分在某些条件下很容易吸附在固体绝缘介质表面,在外加电压下,沿面电场分布不均匀,闪络电压将低于纯空气间隙的击穿电压,同时腐蚀后的材料表面变得粗糙,也会造成电场分布的畸变,降低闪络电压。特别是在高气压时易发生凝露现象,表现更为明显,因而要严格控制SF6的含水量（

在GIS设备安装过程中,充气前抽真空就是是控制SF6气体中含水量的重要保证措施。它不但能有效减少SF6气体本身的水分,也能减少罐内其他物质(如绝缘体、密封体等)内所含的水分。通常,在充气前真空度达到133Pa后应继续抽1h以上,以便使有机绝缘材料零部件中的水分有足够的时间排出[2]。

3 结语

GIS设备不仅具有占地面积的优势且不受周围环境的影响,可以提高粉尘污染严重的大型钢铁企业内变电站的安全运行性能,同时对变电所的扩建及改造也有较高的灵活性。在GIS的推广应用中,通过对设计、运行维护、检修等方面的总结,不断提高GIS技术,,减少人力、物力,有利于加快实现变电所无人值班的进程及降低企业的成本。

参考文献：

[1]黎明,黄维枢.SF6气体及SF6气体绝缘变电站的运行[M].北京:水利电力出版社,1993,12.

[2]张广科,张新立.SF6断路器和GIS组合电器安全运行的实践[M].农村电气化,2002(6).

[3]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M],北京,中国电力出版社,1999.

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