中國化學(xué)工程第十六建設(shè)有限公司 湖北宜昌 443000

GIS（gas-insulated metal-enclosed switchgear）系指氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（組合電器），它是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管和母線等元件直接聯(lián)結(jié)在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的六氟化硫（SF6）氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。通常110kV及以下電壓等級采用全三相封閉式；220kV級常對斷路器以外的其他元件采用三相封閉式；330kV及以上等級一般采用單相封閉式結(jié)構(gòu)，有時對母線采用三相封閉式結(jié)構(gòu)。GIS具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積和空間占有體積小、運(yùn)行安全可靠、安裝工作量小、檢修周期長等優(yōu)點(diǎn)。GIS試驗(yàn)包括元件試驗(yàn)、主回路電阻測量、SF6氣體微水含量和檢漏試驗(yàn)，基本原理與敞開式SF6斷路器一致。詳見圖1。

圖1 110kV級配電裝置GIS系統(tǒng)圖

1 主回路電阻測量

GIS各元件安裝完成后，一般在抽真空充SF6氣體之間進(jìn)行主回路電阻測量。測量主回路的電阻，可以檢查主回路中的聯(lián)結(jié)和觸頭接觸情況，一般采用直流壓降法測量，測試電流不小于100A。若GIS有進(jìn)出線套管，可利用進(jìn)出線套管注入測量電流進(jìn)行測量。若GIS接地開關(guān)導(dǎo)電桿與外殼絕緣，引到金屬外殼的外部以后再接地，測量時可將活動接地片打開，利用回路上的兩組接地開關(guān)導(dǎo)電桿關(guān)合到測量回路上進(jìn)行測量；若接地開關(guān)導(dǎo)電桿與外殼不能絕緣分隔時，可先測量導(dǎo)體與外殼的并聯(lián)電阻（R0）和外殼的直流電阻（R1），然后按式（1）換算回路電阻（R）。

在GIS母線較長、間隔較多，并且有多路進(jìn)出線的情況下，應(yīng)盡可能分段測量，以便有效找到缺陷的部位?，F(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)應(yīng)與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，當(dāng)被測回路各相長度相同時，測得的各相數(shù)據(jù)應(yīng)相同或接近。圖2為測量現(xiàn)場。

圖2 主回路電阻測量

2 GIS元件試驗(yàn)

GIS各元件試驗(yàn)應(yīng)按GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。在條件具備的情況下，應(yīng)盡可能對GIS各元件，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器和避雷器，多做一些項(xiàng)目的試驗(yàn)，以便更好地發(fā)現(xiàn)缺陷。試驗(yàn)前，應(yīng)了解試品的出廠試驗(yàn)情況、運(yùn)輸條件及安裝過程中是否出現(xiàn)過異常情況，以便確定試驗(yàn)的重點(diǎn)，決定是否需要增加某些試驗(yàn)項(xiàng)目。

由于GIS各元件直接聯(lián)結(jié)在一起，并全部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，測試信號可通過進(jìn)出線套管加入；或通過打開接地開關(guān)導(dǎo)電桿與金屬外殼之間的活動接地片，從接地開關(guān)導(dǎo)電桿加入測試信號。各元件一般在現(xiàn)場應(yīng)做的試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

2.1 斷路器

（1）測量斷路器的分、合閘時間及合分時間，必要時測量斷路器的分、合閘速度；

（2）測量斷路器的分、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）進(jìn)行斷路器操作機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)；

（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)構(gòu)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(yàn)。

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(yàn)；

（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(yàn)。

2.3 電壓互感器和電流互感器

（1）極性檢查；

（2）變比測試；

（3）二次繞組間及其對外殼的絕緣電阻及工頻耐壓試驗(yàn)。

2.4 金屬氧化物避雷器

（1）測量絕緣電阻；

（2）測量工頻參考電壓或直流參考電壓；

（3）測量運(yùn)行電壓下的阻性電流和全電流；

（4）檢查放電計(jì)數(shù)器動作情況。

3 GIS連鎖試驗(yàn)

GIS的元件試驗(yàn)完成后，還應(yīng)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制造廠的圖紙和說明書。應(yīng)全面驗(yàn)證電氣的、氣動的、液壓的和其他連鎖的功能特性，并驗(yàn)證控制、測量和調(diào)整設(shè)備（包括熱的、光的）動作性能。GIS的不同元件之間設(shè)置的各種連鎖應(yīng)進(jìn)行不少于3次的試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其功能是否正?！，F(xiàn)場應(yīng)驗(yàn)證以下連鎖功能特性：（1）接地開關(guān)與有關(guān)隔離開關(guān)的相互連鎖；（2）接地開關(guān)與有關(guān)電壓互感器的相互連鎖；（3）隔離開關(guān)與有關(guān)斷路器的相互連鎖；（4）隔離開關(guān)與有關(guān)隔離開關(guān)的相互連鎖；（5）雙母線接線中的隔離開關(guān)倒母線操作連鎖。

4 GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)

4.1 現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的必要性和有效性

GIS在工廠整體組裝完成以后進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，以運(yùn)輸單元的方式運(yùn)往現(xiàn)場安裝工地。運(yùn)輸過程中的機(jī)械振動、撞擊等可能導(dǎo)致GIS元件或組裝內(nèi)部緊固件松動或相對位移。安裝過程中，在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤，導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷；空氣中懸浮的塵埃、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)和毛刺等在安裝現(xiàn)場又難以徹底清理；國內(nèi)外還曾出現(xiàn)將安裝工具遺忘在GIS內(nèi)的情況。這些缺陷如未在投運(yùn)前檢查出來，將會引發(fā)絕緣事故。由于試驗(yàn)設(shè)備和條件所限，早期的GIS產(chǎn)品多數(shù)未進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。事故統(tǒng)計(jì)表明，雖然不能保證經(jīng)過現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的GIS不會在運(yùn)行中發(fā)生絕緣事故，但是沒有進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的GIS發(fā)生事故的概率很大，因此國內(nèi)外近年來已取得共識，GIS必須進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。

交流耐壓試驗(yàn)是GIS現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)最常見的方法，它能夠有效地檢查內(nèi)部導(dǎo)電微粒的存在、絕緣子表面污染、電場嚴(yán)重畸變等故障。

4.2 現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備

目前，GIS的現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)一般采用調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置和調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置。串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)見圖3。

圖3 串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)

4.3 現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)程序

4.3.1 試品要求

GIS應(yīng)完全安裝好，SF6氣體充氣到額定密度，已完成主回路電阻測量、各元件試驗(yàn)以及SF6氣體微水含量和檢漏試驗(yàn)。所有電流互感器二次繞組短路接地，電壓互感器二次繞組開路并接地。

交流耐壓實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將下列設(shè)備與GIS隔離開來：

（1）高壓電纜和架空線；

（2）電力變壓器和大多數(shù)電磁式電壓互感器（若采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)回路經(jīng)頻率計(jì)算不會引起磁飽和，且耐壓標(biāo)準(zhǔn)一樣，也可以與主回路一起耐壓）；

（3）避雷器和保護(hù)火花間隙。

GIS的每一新安裝部分都應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。同時，對擴(kuò)建部分進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時，相鄰設(shè)備原有部分應(yīng)斷電并接地。否則，應(yīng)采取特殊措施應(yīng)對突然擊穿給原有部分設(shè)備帶來的不良影響。

4.3.2 試驗(yàn)電壓的加壓方法

試驗(yàn)電壓應(yīng)施加到每相導(dǎo)體和外殼之間，每次一相，其他非試相的導(dǎo)體應(yīng)與接地的外殼相連。試驗(yàn)電壓一般由進(jìn)出線套管加進(jìn)去，試驗(yàn)過程中應(yīng)使GIS每個部件都至少施加一次試驗(yàn)電壓。同時，為避免在同一部位多次承受電壓而導(dǎo)致絕緣老化，試驗(yàn)電壓應(yīng)盡可能分別由幾個部位施加?，F(xiàn)場一般僅做相對地交流耐壓試驗(yàn)，如果斷路器和隔離開關(guān)的斷口在運(yùn)輸、安裝過程中受到損壞，或已經(jīng)過解體，應(yīng)做斷口交流耐壓試驗(yàn)，耐壓值與相對地交流耐壓值可取同一數(shù)值。若GIS整體電容量較大，則耐壓試驗(yàn)可分段進(jìn)行。

4.3.3 交流耐壓試驗(yàn)程序

GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)的第一階段是“老練凈化”，其目的是清除GIS內(nèi)部可能存在的導(dǎo)電微粒或非導(dǎo)電微粒。這些微粒可能是由于安裝時帶入而清理不凈，或是多次操作后產(chǎn)生的金屬碎屑，或是緊固件的切削碎屑和電極表面的毛刺而形成的?！袄暇殐艋笨墒箍赡艽嬖诘膶?dǎo)電微粒移動到低電場區(qū)或微粒陷阱中或燒蝕電極表面的毛刺，使其不再對絕緣起危害作用?！袄暇殐艋彪妷褐祽?yīng)低于耐壓值，時間可取數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘。

第二階段是耐壓試驗(yàn)，即在“老練凈化”過程結(jié)束后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，時間為1min。

試驗(yàn)程序可選用如圖4所示的3種，現(xiàn)場的具體實(shí)施方案應(yīng)與制造廠和用戶商議。圖4中的 （a）、（b）、（c）為3種不同的加壓程序圖，其中Uf為現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)電壓值，U為系統(tǒng)額定運(yùn)行交流電壓。

4.3.4 現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的判據(jù)

（1）如果GIS的每一部件均已按選定的完整試驗(yàn)程序耐受規(guī)定的試驗(yàn)電壓而無擊穿放電，則認(rèn)為整個GIS通過試驗(yàn)。

（2）在試驗(yàn)過程中如果發(fā)生擊穿放電，則應(yīng)根據(jù)放電能量和放電引起的各種聲、光、電、化學(xué)等各種效應(yīng)，以及耐壓試驗(yàn)過程中進(jìn)行的其他故障診斷技術(shù)所提供的資料進(jìn)行綜合判斷。遇有放電情況，可采取下述步驟：①施加規(guī)定的電壓，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，如果設(shè)備或氣隔還能經(jīng)受，則該放電是自恢復(fù)放電；如果重復(fù)試驗(yàn)電壓達(dá)到規(guī)定值和規(guī)定時間時，則認(rèn)為耐壓試驗(yàn)通過。如果重復(fù)試驗(yàn)再次失敗按下述②項(xiàng)進(jìn)行。②設(shè)備解體，打開放電電氣隔，仔細(xì)檢查絕緣情況。在采取必要的恢復(fù)措施后，再一次進(jìn)行規(guī)定的耐壓試驗(yàn)。

圖4 交流耐壓試驗(yàn)程序圖

4.3.5 GIS耐壓試驗(yàn)擊穿故障的定位方法

若GIS分段后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的進(jìn)出線和間隔較多，而試驗(yàn)過程中發(fā)生非自恢復(fù)放電或擊穿，僅靠人耳的監(jiān)聽以判斷故障發(fā)生的確切部位將比較困難，且容易發(fā)生誤判而浪費(fèi)人力、物力和對設(shè)備造成不必要的損害。目前國內(nèi)外一般采用基于監(jiān)測耐壓試驗(yàn)過程中放電產(chǎn)生的沖擊波而引起外殼振動的振動波的原理研制的故障定位器，以確定放電間隔。每次耐壓試驗(yàn)前，將探頭分別安裝在被試部分，特別是斷路器、隔離開關(guān)、母線與各間隔的連接部位絕緣子附近的外殼上。若有的間隔由于探頭數(shù)量有限未安裝，但有放電或擊穿發(fā)生而監(jiān)測裝置未預(yù)報(bào)，則應(yīng)根據(jù)監(jiān)聽放電的情況，降壓斷電后移動探頭，重新升壓直到找到放電或擊穿部位。

5 SF6氣體檢測及微水測量

作為優(yōu)良的絕緣和滅弧介質(zhì)，SF6氣體在GIS設(shè)備和分離式設(shè)備的斷路器中得到了廣泛應(yīng)用。為保證設(shè)備的安全運(yùn)行以及工作人員的人身安全，按規(guī)定必須對SF6氣體的質(zhì)量以及設(shè)備的密封情況作相應(yīng)的檢測。對于現(xiàn)場設(shè)備來說，通常必須進(jìn)行兩項(xiàng)與氣體有關(guān)的測試，即氣體濕度測試和設(shè)備泄露測試。

5.1 氣體濕度測試

通常設(shè)備內(nèi)的SF6氣體中都含有微量水分，其含量多少直接影響SF6氣體的使用性能。設(shè)備中的水分由下列原因產(chǎn)生；

（1）設(shè)備內(nèi)本身含有或吸附的水分，這些水分在充氣前的抽真空干燥過程中不能完全排除，在運(yùn)行過程中緩慢向氣相中釋放；

（2）SF6新氣中含有微量水分，這些水分隨新氣一起充入到設(shè)備中去；

（3）充氣過程中由于管道、接頭等密封不嚴(yán)或干燥不徹底而帶進(jìn)的水分；

（4）由于設(shè)備密封不嚴(yán)，存在微小漏點(diǎn)，大氣中的水蒸汽向設(shè)備內(nèi)滲透而進(jìn)入的水分。

SF6氣體中含有過量的水分會引起嚴(yán)重不良后果，其危害主要體現(xiàn)在兩方面：首先，大量水分可能在設(shè)備內(nèi)絕緣件表面產(chǎn)生凝結(jié)水，附著在絕緣件表面，從而造成沿面閃絡(luò)，大大降低設(shè)備的絕緣水平；其次，水分存在會加速SF6在電弧作用下的分解反應(yīng)，并生成多種具有強(qiáng)烈腐蝕性和毒性的雜質(zhì)，引起設(shè)備的化學(xué)腐蝕，并危及工作人員的人身安全。

因此，對于SF6氣體中的水分含量（亦即氣體濕度）必須作嚴(yán)格控制。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T596-1996中對氣體濕度規(guī)定如下：①斷路器滅弧室氣室：新裝及大修后不大于150μL/L，運(yùn)行中不大于300μL/L；②其他氣室：新裝及大修后不大于250μL/L，運(yùn)行中不大于500μL/L。

5.2 微水含量測量

SF6是GIS設(shè)備的重要組成部分，為了確保SF6氣體的絕緣性和純度，還要對其質(zhì)量進(jìn)行檢測，即用微水檢漏儀（圖5）對設(shè)備各個氣室的SF6氣體微水含量進(jìn)行檢測。按照國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對微水含量的規(guī)定：斷路器滅弧室氣室新裝或者大修以后應(yīng)＜150ppm，運(yùn)行時＜300ppm；氣體氣室新裝或者定修以后應(yīng)＜250ppm，運(yùn)行時＜500ppm。將每一個氣室氣體充至額定值，待氣體恒定以后進(jìn)行測量，并結(jié)合現(xiàn)場的氣室壓力和環(huán)境濕度折算成ppm。

雖然純凈的SF6氣體是基本無毒的，但實(shí)際使用的氣體，尤其是運(yùn)行中經(jīng)過電弧作用的氣體，多少包含一些毒性分解物。因此在氣體取樣及測試時必須采取適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)措施，以防止操作人員中毒。所采取的措施包括戴防護(hù)手套、防毒面具及穿防護(hù)服等。

圖5 濕度及微水測量儀器

5.3 氣密性試驗(yàn)

氣密性試驗(yàn)主要用來檢查GIS設(shè)備氣室的密封性，從而找到設(shè)備安裝存在的問題，并及時調(diào)整和改進(jìn)。氣密性試驗(yàn)需要用專業(yè)的檢漏儀對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行定性檢漏試驗(yàn)，如圖6所示。具體步驟如下：首先，對GIS設(shè)備氣室充氣；然后，用檢漏儀的探頭沿著設(shè)備的連接口表面緩慢移動，探頭移動的速度控制在10mm/s，檢漏儀的顯示屏上會顯示讀數(shù)以及聲光報(bào)警信號。為了確保檢測的真實(shí)性和可靠性，一般要進(jìn)行兩次定性檢測。最后，根據(jù)聲光報(bào)警信號判斷接口漏氣問題，并對漏氣氣路管的連接處進(jìn)行全面細(xì)致的檢驗(yàn)，確定問題以后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。所以，SF6氣體檢漏是SF6電氣設(shè)備交接驗(yàn)收和運(yùn)行監(jiān)督的主要項(xiàng)目之一。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，設(shè)備中每個氣室的年漏氣率不能超過1%。

圖6 SF6充氣及回收裝置儀

變電站GIS的調(diào)試工作是一項(xiàng)技術(shù)性和專業(yè)性很強(qiáng)的工作，對調(diào)試人員有很高的技能要求。調(diào)試人員只有掌握GIS設(shè)備調(diào)試的技巧，并嚴(yán)格按照電力行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行操作，才能確保變電站GIS設(shè)備的正常運(yùn)行，從而確保變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行。