0 引言

鋼鐵企業(yè)周圍區(qū)域的環(huán)境污染程度較高,處在該區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行性能較差。SF6氣體絕緣全封閉組合開(kāi)關(guān)電器（Gas Insulated Switchgear,GIS）是將斷路器、電壓/電流互感器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)以及母線等電氣設(shè)備密封在接地金屬外殼內(nèi),并充以0.3-0.4MPa的SF6氣體作為相間和相對(duì)地間絕緣的氣體絕緣變電站。GIS設(shè)備良好的電氣特性、不受外界環(huán)境影響以及維護(hù)工作量小等優(yōu)越性,在大型鋼鐵企業(yè)及城市電網(wǎng)中大量應(yīng)用。武鋼幾乎全部110k變電站都采用的GIS設(shè)備,鞍鋼、攀鋼、寶鋼、首鋼等都在區(qū)域或企業(yè)變電站中廣泛采用110k、220k的GIS設(shè)備,GIS設(shè)備的應(yīng)用大大提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

1 GIS設(shè)備的優(yōu)越性

1.1 優(yōu)良的電氣性能 GIS設(shè)備中充以具有強(qiáng)滅弧能力、介電強(qiáng)度高、絕緣性能好等優(yōu)越性的SF6氣體作為絕緣與滅弧介質(zhì)。均勻電場(chǎng)中,SF6氣體的介電強(qiáng)度約為氣壓相同空氣的2.5-3倍,特別是在0.3MPa氣壓條件的介電強(qiáng)度和變壓器油的相當(dāng)[1]。同時(shí),其優(yōu)良的滅弧、冷卻特性,以及在電弧分解中不會(huì)產(chǎn)生含有碳等影響SF6氣體絕緣強(qiáng)度的物質(zhì),極大提高了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

1.2 占用面積小 SF6氣體的高介電強(qiáng)度、優(yōu)良滅弧性能使得GIS設(shè)備中使用的斷路器體積及其它電氣設(shè)備之間的絕緣距離明顯縮小,整體結(jié)構(gòu)上更加緊湊,很大程度上節(jié)省了變電站的占地面積和空間。研究表明,一般110k的GIS設(shè)備的占地面積至多約為常規(guī)設(shè)備的46%,220k等級(jí)的約為常規(guī)設(shè)備的37%,而且具有電壓等級(jí)越高,GIS設(shè)備占地面積越小的優(yōu)勢(shì)。

1.3 不受外部環(huán)境影響 GIS設(shè)備全部封閉在由抗腐蝕的鋁或不銹鋼制成金屬接地外殼中,相對(duì)于常規(guī)電氣設(shè)備在污染嚴(yán)重的區(qū)域運(yùn)行而言,GIS設(shè)備幾乎不受大氣污染影響。特別是對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)的變電站,周圍區(qū)域中金屬粉塵污染程度嚴(yán)重,暴露在外的電氣設(shè)備在大霧、毛毛雨等惡劣的天氣下常出現(xiàn)套管及絕緣子閃絡(luò)、放電現(xiàn)象,影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行及企業(yè)安全生產(chǎn)。

1.4 維護(hù)與檢修量小 GIS設(shè)備先進(jìn)的加工技術(shù)及良好的電氣性能,使得GIS設(shè)備的可靠運(yùn)行性能大為提高。電氣設(shè)備全部密封在金屬接地外殼內(nèi),受外界惡劣環(huán)境的影響程度很小,幾乎不受外界環(huán)境的影響,相對(duì)于傳統(tǒng)的變電站而言不需要對(duì)斷路器、避雷器、電壓/電流互感器等一一巡視檢查,日常巡檢項(xiàng)目、定期檢修次數(shù)明顯減少。GIS設(shè)備新裝后的第一次維修檢查完成后,一般檢修周期可達(dá)8年以上或開(kāi)斷額定容量15次以上。同時(shí),由于GIS設(shè)備中沒(méi)有用到絕緣油,而SF6氣體本身不燃燒,其防火性能也較好。所以GIS運(yùn)行安全可靠,維護(hù)費(fèi)用少,檢修周期長(zhǎng)。

1.5 安裝周期短且沒(méi)有無(wú)線電干擾 由于GIS設(shè)備占地面積小,安裝GIS的土建基礎(chǔ)工作量大大減少,并且GIS設(shè)備各個(gè)元件的通用性強(qiáng),采用積木式結(jié)構(gòu),用戶事前預(yù)定和調(diào)試后,即可進(jìn)行組合安裝及調(diào)試,方便快捷。與此同時(shí),GIS的導(dǎo)電部分均為外殼所屏蔽,而外殼接地良好,因此其導(dǎo)電部分所產(chǎn)生的輻射、電場(chǎng)干擾等均被外殼所屏蔽。對(duì)周圍的通信、無(wú)線電不造成干擾。

2 GIS設(shè)備的運(yùn)行注意事項(xiàng)

2.1 GIS設(shè)備的防火防塵要求 由于GIS設(shè)備采用的是FS6絕緣氣體,配電室內(nèi)沒(méi)有絕緣油,而SF6氣體不僅具有強(qiáng)的絕緣性能,而且本身不燃燒,故起火的可能性很小,防火設(shè)計(jì)選擇常見(jiàn)的滅火劑即可。

GIS設(shè)備主要應(yīng)以防塵、防潮為主,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),室內(nèi)塵埃不得超過(guò)0.2mm/m2的水平,室內(nèi)的濕度應(yīng)經(jīng)常保持在80%以上,所以室內(nèi)地上、墻上不宜選用易起塵的水

泥地面和石灰墻面,一般選用水磨石或者環(huán)氧樹(shù)脂漆墻面。

2.2 確保GIS設(shè)備的潔凈度 研究表明,GIS設(shè)備中的少量氣體雜質(zhì)或者絕緣顆粒不會(huì)對(duì)SF6氣體的介電強(qiáng)度產(chǎn)生明顯下降,但是自由金屬微?；蛘呋覊m的存在會(huì)劇烈降低SF6氣體的擊穿電壓,進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因而在進(jìn)行GIS設(shè)備安裝和檢修時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制周圍環(huán)境,防止灰塵混入GIS設(shè)備中。特別是裝卸設(shè)備過(guò)程中,可能產(chǎn)生一些金屬顆粒,這些雜質(zhì)一旦落入氣室內(nèi)將嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因而在設(shè)備裝配完后應(yīng)仔細(xì)檢查,并用強(qiáng)力吸塵器清理干凈,以盡可能的減少導(dǎo)電微粒。與此同時(shí),還可以利用凈化效應(yīng)來(lái)清除金屬微粒、贓物等,從而提高SF6氣體的耐電強(qiáng)度。

2.3 確保GIS設(shè)備的密封性及良好的通風(fēng)性 SF6氣體維持著GIS設(shè)備的高絕緣水平和優(yōu)良的滅弧能力,因而其密封性是保障電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。SF6氣體的泄漏會(huì)造成絕緣強(qiáng)度、滅弧能力的下降。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,若室內(nèi)氣壓下降超過(guò)額定壓力的15%左右時(shí),設(shè)備將處于閉鎖狀態(tài)而不能操作。同時(shí),在氣體泄漏時(shí),環(huán)境中的水分會(huì)進(jìn)入設(shè)備內(nèi),使SF6氣體的濕度增大而影響電氣性能。

同時(shí),SF6氣體本身無(wú)色、無(wú)毒,但在開(kāi)斷電弧的作用下,由于雜質(zhì)的存在會(huì)使SF6氣體發(fā)生分解形成硫的低氟化物,這些產(chǎn)物有毒,而且具有強(qiáng)腐蝕性、刺激性,可以腐蝕許多絕緣材料和導(dǎo)電材料。這些產(chǎn)物的存在不僅造成電氣性能的劣化,而且危及工作人員的人身安全,如果稍不注意就可能產(chǎn)生SF6氣體分解物的中毒現(xiàn)象。

GIS室內(nèi)的空氣流通速度相對(duì)較慢,如果密封性不高造成SF6氣體的泄漏,由于比空氣重,將在室內(nèi)沉積不易散發(fā),SF6氣體本身又是無(wú)色無(wú)味的,泄漏后不易被發(fā)覺(jué),容易造成局部缺氧,使人窒息。這樣就會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員造成極大的安全隱患,因而在進(jìn)入室內(nèi)前必須保證GIS室良好通風(fēng)。

2.4 嚴(yán)格控制GIS設(shè)備中SF6氣體微水含量 SF6氣體在電弧的高溫作用下可能分解成的低氟化物如SOF2、SO2F2等,當(dāng)氣體中含有水分時(shí)這些化合物還會(huì)發(fā)生水解作用而生成腐蝕性很強(qiáng)的輕氟酸（HF）等,對(duì)絕緣材料的腐蝕性很強(qiáng)。因而,嚴(yán)格控制SF6氣體中含水量是保證GIS安全運(yùn)行的首要條件。

GIS設(shè)備中的水分造成的危害主要表現(xiàn)在：一方面,SF6在電弧高溫下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生SFn等強(qiáng)腐蝕性的劇毒物,另一方面,可能使絕緣表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象二降低絕緣性能,產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。特別是過(guò)量的水分在某些條件下很容易吸附在固體絕緣介質(zhì)表面,在外加電壓下,沿面電場(chǎng)分布不均勻,閃絡(luò)電壓將低于純空氣間隙的擊穿電壓,同時(shí)腐蝕后的材料表面變得粗糙,也會(huì)造成電場(chǎng)分布的畸變,降低閃絡(luò)電壓。特別是在高氣壓時(shí)易發(fā)生凝露現(xiàn)象,表現(xiàn)更為明顯,因而要嚴(yán)格控制SF6的含水量（

在GIS設(shè)備安裝過(guò)程中,充氣前抽真空就是是控制SF6氣體中含水量的重要保證措施。它不但能有效減少SF6氣體本身的水分,也能減少罐內(nèi)其他物質(zhì)(如絕緣體、密封體等)內(nèi)所含的水分。通常,在充氣前真空度達(dá)到133Pa后應(yīng)繼續(xù)抽1h以上,以便使有機(jī)絕緣材料零部件中的水分有足夠的時(shí)間排出[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

GIS設(shè)備不僅具有占地面積的優(yōu)勢(shì)且不受周圍環(huán)境的影響,可以提高粉塵污染嚴(yán)重的大型鋼鐵企業(yè)內(nèi)變電站的安全運(yùn)行性能,同時(shí)對(duì)變電所的擴(kuò)建及改造也有較高的靈活性。在GIS的推廣應(yīng)用中,通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)、檢修等方面的總結(jié),不斷提高GIS技術(shù),,減少人力、物力,有利于加快實(shí)現(xiàn)變電所無(wú)人值班的進(jìn)程及降低企業(yè)的成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎明,黃維樞.SF6氣體及SF6氣體絕緣變電站的運(yùn)行[M].北京:水利電力出版社,1993,12.

[2]張廣科,張新立.SF6斷路器和GIS組合電器安全運(yùn)行的實(shí)踐[M].農(nóng)村電氣化,2002(6).

[3]羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M],北京,中國(guó)電力出版社,1999.