摘要：本文主要介绍了GIS系统在110kV变电站中广泛应用，结合常规变电站经常性出现的故障对GIS系统进行诊断和评估，重点介绍GIS系统结构特点、特殊设备功能、安装维护及注意事项，为同类型行业GIS系统的发展和应用提供了经验借鉴。
关键词：GIS；变电站；隔离开关；电压互感器
1 GIS系统发展背景
随着科技的进步和不断发展，GIS系统已逐渐应用于35kV等级以上变电站、大型发电厂及工业输配电系统中，已成为高压、超高压、特高压输电线路优选输配电设备，是超高压电气设备首选的新型绝缘介质和灭弧介质。目前变电设备广泛使用的绝缘灭弧介质为空气、绝缘油和六氟化硫气体。当使用空气作为绝缘气体时，需要配置空压机及其管路系统，增加投资和维护成本，同时由于压缩空气受气温、阴雨天气等气候环境的影响，往往导致湿度较大，降低了气体绝缘性和输配电安全性；当使用绝缘油作为电气设备灭弧和绝缘介质时，由于绝缘油受热易流动，同时具有可燃性，可能引起火灾，制取工艺复杂，一般普遍应用于变压器、电抗器及中压断路器中。SF6气体综合了上述绝缘油及压缩空气的缺点，使得断路器单断口电压和电流等开断参数远远高出压缩空气和少油断路器，被广泛应用于大容量电力系统中。
2 GIS系统结构特点
1）结构小型化，占地面积小。
据统计500kV GIS设备的占地面积为常规设备的70%；220 kV GIS设备的占地面积为常规设备的37%；110 kV GIS设备占地面积为常规设备的46%左右，大大减少了建设电力系统征地、用地的投资费用，大幅缩小变电站的容积，使小型化得以实现。
2）环保、可靠性高。
由于GIS设备的元件是全封闭式的室内设备，将带电部分密封于SF6中，与外部环境的盐雾、灰尘、积雪等隔开，大大提高了运行的可靠性，减少了空气污染、酸雾、潮湿等环境对其造成的影响。
3）安全性高。
带电部分密封于接地的金属壳内，套管及个气室外壳部分可靠接地，减少触电危险，屏蔽了电磁辐射、电场干扰、断路器、隔离开关开断的噪音等。同时GIS设备被牢固地安装在基础预埋件上，产品重心低，强度高，具有优良的耐震性能。
4）检修维护量小，施工周期短，方便方便。
由于GIS设备是单元部件，通过积木形式组装在一起，可实现整机装配和运输，大大缩短了施工安装周期。同时由于结构小，安装位置距离地面较低，降低了高空作业的危险性，使其维护更方便。
5）绝缘优，防火性能好。
SF6为惰性气体，无火灾危险，SF6气体作为绝缘介质，气体本身不燃烧，防火性能好，而且具有优异的绝缘性能和灭弧性能，运行安全可靠，适合于无人值守变电站，可达到提质增效的目的。
6）灭弧能力强，适用性广泛。
SF6气体电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力比空气高100倍以上，可广泛适用于超高压、特高压输配电范畴，完全取代了绝缘油和压缩空气，成为唯一断路器灭弧介质。
3 GIS特殊设备介绍
GIS，就是气体绝缘金属封闭开关设备，是将一座变电站中除变压器以外的所有一次设备优化设计在一起的有机组合柜，通过搭积木的形式拼接组装起来，主要由GIS由母线（BUS）、套管（BSG）、断路器（CB）、隔离开关（DS）、接地开关（ES）、电压互感器（VT）、电流互感器（CT）和避雷器（LA）八大部件组成，以上设备均封闭在SF6气体中，通过多个气室相接方式组成整个输配电系统。GIS系统除拥有常规电气设备外，还配置有独立的微水密度监测系统、间隔气室、快速接地刀闸、就地控制汇控柜及SF6气体泄漏检测装置，与其他常规电气部件一起构成了输配电系统。
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1）快速接地刀闸
与常规敞开式变电站相比，GIS设备装设有快速接地刀闸，除了作为检修安全措施接地，实现普通接地刀的作用外。还会有以下两方面作用，超高压线路在采用单相重合闸时，如果发生单相接地故障，保护动作会将故障相开关跳开，而非故障相则继续运行，在故障相开关有感应电的存在，故障点一直有潜供电流。
2）GIS控制汇控柜
汇控柜紧靠各间隔安装，一般有多少间隔将会安装多少面汇控柜。柜内有就地控制、指示、报警和保护等所需的各种元件，断路器以及协同工作的隔离开关、接地开关，其就地控制、指示和监视集中在一个柜中，能够实施CB，DS，ES（FES）的就地操作，监视GIS各元件的位置状态和GIS各气室SF6气体密度及操作介质压力；实现GIS间隔之间的元件电气联锁、CB非全相保护跳闸等多种功能。安装和检修GIS设备时，可以在就地柜内进行操作，运行时则由变电运行人员在控制室中进行操作。此柜由型钢构架，薄钢板及正门构成。
3）SF6气体微水密度监测系统
SF6气体微水密度监测系统主要用于检测充气设备内密度、温度、压力及湿度等变化趋势，当某项指标发生变化时，将会发出报警提示，达到危险报警值时会自动闭锁装置，保证电网安全运行。一般GIS设备属于免维护系统，正常运行时只需要监视如下参数：断路器气室内控制压力0.68MPa，其他设备套管气室控制压力0.46Mpa，湿度小于300µL/L，空气含量小于0.02%，每年补气率控制0.1%。
4 GIS系统安装注意事项及运行维护
1）GIS系统安装注意事项
（1）一般先安装母线，并且该主母线就位时应略微加高些，再以母线为基准，由内向外，从左至右的顺序进行安装，安装过程务必保证整个现场地坪和地沟的清洁、干净。
（2）安装CT时，应先检查极性，不能弄反，制造厂已装配好的各电器元件，在现场不应解体检查，如需解体检查，应经制造厂同意，并在厂方人员指导下进行。
（3）安装前务必完成导体、母线、绝缘件的清理，完成各法兰部件的密封工作。
（4）断路器在出厂前为防潮而充满了氮气，GIS气室在充SF6前，需抽真空。正常的情况下每个间隔中断路器需要抽7—8小时，同时本体充气前应对瓶中的SF6进行水分测量。微水试验合格后，方可充入SF6气体，静置至少24小时以上才能充电做耐压试验。
2）运行维护项目
（1）SF6气体一般公认是无毒的，但SF6在生产过程中会有少量伴随的S2F10生成物，其中S2F10是剧毒气体，故正常运行过程中务必加强GIS室通风，一般控制GIS室里的SF6气体的体积分数≤1000 mL/m3，空气中的含氧量不得低于18%，通风量为GIS室空间体积的3～5倍。
（2）运行过程中，值班人员只需定期检查汇控柜有无报警显示和各开关刀闸位置指示状态，查看相关微水密度检测数值，通过查看数据分析各气室运行是否正常，当某气室压力有明显降低时，查找原因，及时补气，并保证在气体压力降至比所致前分断隔离设备。
（3）系统设备故障后，可通过化验取样气体成分确定是否发生气体分解，判断气室有无击穿及过电压等情况。
（4）定期检查GIS设备时，要确认附近有无异味、异声、设备有无漏气、漏油的现象；定期记录断路器液压油泵、避雷器的指示动作次数是否正常；
（5）定期检查所有金属支架、保护罩、外壳有没有油漆剥落、锈蚀的情况，二次端子、接地端子有无发热现象，可见的绝缘件有没有老化、剥落，有无裂纹的现象，金属外壳的温度是否超过规定值。
（6）GIS系统属于免维护设备，一般发生故障后需要通过厂家入厂辅助进行检修，切勿盲目自行解体检修。
5 结语
随着科技不断进步，GIS系统将会成为未来变电站努力发展方向，本文介绍的相关内容将会为变电站设计、选型、安装和运行提供有利的技术依据，为电力系统安全稳定运行奠定了基础。
参考文献：
[1]黎明 SF6气体及SF6气体绝缘变电站的运行［M］．水力电力出版社，1993
论文作者:刘全生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：气体论文; 设备论文; 变电站论文; 断路器论文; 系统论文; 介质论文; 母线论文; 《电力设备》2018年第21期论文;