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浅谈GIS组合电器的安装方法
设备安装四分公司 陈小斌
[摘 要] GIS组合电器由于占地面积小、运行安全、可靠性高，广泛地应用在各电压等级变电站工程中，本文以220kV梨树湾变电站工程为例，对GIS组合电器安装中几个关键环节的施工方法、质量要求进行归纳总结，为后续电网建设工程中GIS组合电器的安装积累经验，并提供借鉴和参考。
[关键词] GIS SF6气体 真空 气体充填
1 引言
目前，GIS组合电器设备已广泛地出现在各电压等级变电站安装工程中，梨树湾变电站是我公司施工的首个220kV大型室内GIS组合电器变电站，之前施工的南友村、新民街、友谊路、大坪村变电站采用的都是110kV小型GIS组合电器设备。
GIS是气体绝缘组合电器的英文缩写。GIS以六氟化硫气体（SF6）作为绝缘介质，把整个变电站的设备（除变压器外）全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以0.3～0.4Mpa的六氟化硫气体，保证对地、相间以及断口间的可靠绝缘。GIS内部包括母线、隔离开关、电流互感器、断路器、电压互感器、接地开关、套管等，用化学性质不活泼的SF6气体作为绝缘，从而取代以前变电站以裸导线连接各种电气设备而利用空气作为绝缘的方法。通常GIS变电站的占地面积大约为常规空气绝缘变电站（AIS）的5%，且具有操作安全性、可靠性高、使用寿命长、噪音小、全封闭等特点。
220kV梨树湾变电站220kV、110kV系统均采用西安西开高压电气股份有限公司生产的GIS组合电器。GIS安装是工程关键施工项目，工程量大，任务重；整个设备均采用硬连接，安装技术难度大；对防尘、防潮的要求非常高。因此，必须对GIS组合电器安装中的关键环节引起高度重视。
2 GIS安装的重要施工条件
2.1 GIS安装场地条件
2.1.1土建应完成GIS预埋件施工且基础槽钢安装工作，且满足承重要求；室内墙面抹灰及粉刷工作全部结束。
2.1.2 GIS室在施工前要彻底打扫干净保证现场作业无灰尘、无积水。
2.1.3 GIS设备施工现场要确保土建及其他施工全部退场。
2.2 安装施工方案已通过审查、批准，施工人员组织到位，且在施工现场组织完施工方案交底工作。
2.3专用工机具准备充分、齐备，包括气体回收装置、真空泵、充气装置、吸附剂烘箱、微水测量仪、SF6气体检漏仪、经纬仪等设备均应处于良好的备用状态。
2.4 GIS设备二次转场
GIS设备二次转运和设备进场顺序的组织安排应该与GIS设备安装顺序及实际进度相协调一致，配合恰当。仔细核对装箱清单和装配图纸，做到箱号、包装图号、设备名称一一对应。要求装那种设备，就来该设备。不盲目转运设备，避免造成场地拥挤，设备堆集如山，安装秩序混乱等现象。
2.5 GIS基础核查和基础划线
在GIS室内，土建设置永久性的高程标准点并提供基础中心线的控制桩位，其精度应在厂家规定之下，以确保GIS设备吊装就位有一个精确的参照标准。
2.5.1 基础核查
GIS基础采用预埋槽钢，要求基础预埋件高程误差为：每间隔基础预埋件水平最高和最低差不超过2mm，所有尺寸最大允许偏差为±3mm；条形基础不均匀沉降≤5mm；如果预埋槽钢沉降严重变形厉害，则必须对预埋槽钢进行处理，把变形控制在误差范围内。
2.5.2 基础划线
基础划线采用经纬仪和钢卷尺等测量工具进行。按照GIS平面布置图和GIS基础图中注明的尺寸，将断路器中心线，主母线中心线及各个间隔中心线单独绘制出来。测量始终应采用同一把钢卷尺进行。
2.6 GIS设备通常是在充有约0.5Kpa/cm2(即0.05Mpa或0.5bar)SF6气体,或者是在大气条件下带吸附剂运输和储存。当运输条件和装卸允许整体运输时，设备均采用整体充0.5Kpa/cm2的SF6气体运输。所以在开箱检查时，要记录好各密封单元气室的充气压力值，以便查验设备是否存在泄漏。
3 GIS组合电器的关键安装环节
3.1 GIS安装环境的要求
高纯度SF6气体性能稳定，绝缘强度和灭弧能力极高，但尘埃、水分如果在组装时进入开关设备内部，形成的污染沉积在支持件的表面，将大大降低绝缘体表面的闪络电压，造成GIS组合电器运行不可靠，甚至出现安全事故。现场GIS组合电器施工，要充分考虑到设备组装过程中对周围环境质量的控制。
3.1.1环境清洁度控制
在安装过程中，空气的清洁度对GIS设备的质量威胁很大，在安装过程中要严格控制扬尘，可采取地面撒水清洁，停止周边其他作业，安装设备周围搭设简易塑料棚等措施。对开罐的设备要用塑料薄膜及时进行封闭。
3.1.2环境湿度的控制
在安装过程中，空气湿度大容易造成GIS设备受潮，造成充填的SF6气体微水含量超标，影响到GIS设备的绝缘水平。GIS设备开罐安装时应选择晴朗、气温较高的天气进行，环境相对湿度应小于50％ 。
3.2 GIS基准间隔就位
因为梨树湾变电站工程间隔数较多，采用以中间单元为基准先行就位，再以左右一字排开的形式进行相邻单元的组合，以减少整体组合安装累积误差。其它变电站可根据现场实际情况确定基准间隔。
避雷器出厂时一般与电压互感器组成一个单元，现场不需要单独安装，但在GIS高压试验时，避雷器无法承受GIS母线、断路器、隔离开关的耐压值，现场可能需要进行拆卸和安装。需要注意的是，布置在平行双母线上的电压互感器因为位置的对称，容易出现一次相序正确，二次相序错误的情况，所以必须重视对相序的核定，及时对二次电压回路进行调线。
3.3 设备内部清洁
GIS筒体内部、浇注绝缘件和金属零部件必须保持很高的清洁度，不得附着灰尘及其它微粒，采用吸尘器进行清扫，并选用高纯度酒精进行清洗。
浇注绝缘件表面清洗应采用无毛纸或棉布，用高纯度酒精将无毛纸或棉布沾湿后进行擦拭，所有清洗过金属表面的无毛纸或棉布不得进行绝缘件的擦拭，绝缘件只能使用洁净的无毛纸或棉布。零部件的最终清洗也只能采用第一次使用的无毛纸或棉布。
导电杆等导体可采用研磨纸或黄铜刷子去除其表面氧化层、毛刺和划痕，并用丙酮进行清洗，减小接触电阻，减少放电现象。
3.4 GIS密封工艺质量控制措施
在GIS装配时如果有一根短发落入密封面，则会造成严重的漏气现象，尘埃粒度直径为0.02mm时，将会产生0.5ml(一个大气压)／min的漏气量。根据GIS设备厂家规定，年漏气量不得大于1％。为保证GIS组合电器年漏气量指标和密封持久稳定的施工质量，在组装时应该严格控制密封面的精度，严格控制设备密封装配的安装工艺。
3.4.1拆下密封面保护罩后,应检查密封表面粗糙度，检查是否有磕碰损伤。如果是轻微损伤，用1000号细砂纸或油石仔细打磨，如果情况严重，必须更换新件。
3.4.2检查密封圈有无制造质量问题，如果有变形、开裂、损伤等现象，必须更换。
3.4.3用无毛纸蘸酒精仔细擦洗封面，密封槽和密封圈。
3.4.4密封圈规格尺寸必须与法兰密封槽相符合。
3.4.5对装法兰时，要注意确保“○”型密封圈不被挤出。
3.4.6一般来说气体密封胶不用于SF6气体侧。但可用于直径小于Φ40的“○”型圈的整个圆周。（气体密封胶用法见右图）
34.7在外部空气侧的整个法兰面上应当薄薄涂敷一层气体密封胶，用于阻止雨水的浸入和防锈。
3.4.8在应用气体密封胶前，确认法兰面无任何清洗溶剂的沉淀物（特别是分隔表面上的酒精）。在气体密封胶变硬前应当完成装配。
3.4.9在涂敷气体密封胶之前要确认“○”型密封圈及其密封槽清洁，无损伤。
3.4.10气体密封胶不得与其它润滑脂混合，装配后去除多余的气体密封胶
3.4.11 GIS所有电气试验合格，无漏气的情况下，还要对各法兰结合缝隙涂抹防水胶。
3.5 GIS法兰连接螺栓，部分导体连接螺栓必须使用力矩扳手进行紧固，螺栓标准紧固力矩见下表：
螺栓规格
坚固力矩（Kg/㎝）
坚固力矩（N-m）
坚固力矩（Ib-ft）
标准值
特殊值
标准值
特殊值
标准值
特殊值
M6
60
40
5.9
3.9
4.3
2.9
M8
140
80
13.7
7.8
10.1
5.8
M10
280
200
27.4
19.6
20.3
14.5
M12
480
350
47.1
34.3
34.7
25.3
M16
1200
870
118
85.3
86.8
62.9
M20
2200
1700
215
167
159
123
M22
3000
2200
294
216
217
159
M24
3900
2900
382
284
282
210
M30
7700
5300
755
520
557
383
注：特殊值适用对浇注绝缘件的坚固。
4 GIS抽真空和SF6气体充填
GIS抽真空和SF6气体充填，直接影响GIS的电气绝缘性能与机械灭弧性能，是保证GIS组合电器施工质量的又一个关键环节。
4.1 吸附剂更换的注意事项
GIS组合电器抽真空前必须更换吸附剂，吸附剂不能在雨中或湿度大于90%时更换。吸附剂极易受潮，因此安装在GIS气室内的吸附剂一定要经过烘干处理才可装入，烘干温度为280℃，烘干时间为24小时，烘干的吸附剂在空气中暴露时间不得超过60分钟。吸附剂装入GIS气室后，应尽可能快地抽真空，如若超过4小时后都还未抽真空，则需对吸附剂重新进行烘干处理。
4.2 抽真空
在GIS各元件形成独立封闭气室，回路电阻测试合格，且更换吸附剂后，即可进行抽真空。GIS气室的真空度在133pa及以下，抽真空时必须设专人监护，以防止真空泵突然停止或因误操作而引起真空泵油倒灌事故。并做好每间隔的抽真空记录。
抽真空到1mmHg（133帕）后，应继续抽30分钟。然后关闭气体入口阀门进行真空泄漏试验，要求在4小时内起始和最终的压力差不超过1mmHg（133帕）。如果压力升高大于1mmHg，则需要重新抽真空到1mmHg并维持抽真空时间30分钟，重复进行真空泄漏试验，以确定是否存在泄漏。
4.3 SF6气体充填
抽真空合格后，向气室充注SF6气体，采用气瓶经氧气减压器充注到额定SF6气体气压(各气室压力值要求不同)为止（20℃）。新充入SF6气体水分含量应<8mg/g。
充气或补气前用SF6气体清除气管中的空气（充气管路连接时，先拧紧SF6气体钢瓶处，GIS设备连接处不拧紧，微开SF6气体钢瓶阀门，GIS设备连接处应有气体喷出，5秒钟后边喷气边紧固GIS设备连接处，以达到排除充气管道中的空气或潮气的目的）。
充气或补气时要考虑环境温度对气压的影响，实际充气或补气在额定压力和最大压力之间，但一般不超过额定值0.2kg/㎝2（0.02MPa，0.2bar）。
对于运输期间充有0.2kg/㎝2到0.5kg/㎝2SF6气体的气室,不需要抽真空和真空检漏，即可直接补气到额定气压值。
5 结语
通过严把各个关键环节的工艺质量关，保证了220kV梨树湾变电站GIS组合电器安装的顺利进行，GIS各项试验均合格。GIS的安装质量和工艺水平得到了业主、监理和厂家的一致认可，为大型GIS组合电器的安装积累了施工经验。
参考文献：
1、《六氟化硫气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）安装使用说明书》西安西开高压电气股份有限公司
2、《220kV梨树湾变电站GIS安装方案》重庆电力建设总公司设备安装四分公司