第36卷第1期 38 水电站机电技术 Vo1.36 No.1 Feb.2013 2013年2月 Mechanical&Electrical Technique of Hydropower Station 500 kV G IS安装与试验技术探讨 刘蓉蓉,张东胜 (中国三峡集团,四川成都610042) 摘要:文章以三峡、向家坝工程为实践,对500 kV SF6 GIS安装进行了总结,并对安装环节中发现的问题及处理方 法进行说明并做了分析论证;文章同时对500 kV SF GIS现场试验项目及工作内容从现场试验的角度进行了描述, 尤其是对高压试验目的意义、试验目的、试验条件、试验过程以及击穿故障点的定位方法等进行了有益的总结和探 讨。三峡、向家坝工程500 kV SF GIS在我国水电系统具有一定的代表性,总结安装与试验的经验与教训,对在建的 500 kV s GIS工程有一定的借鉴和参考作用。 关键词:GIS;安装;试验;探讨 中图分类号:TM595 文献标识码:B 文章编号:1672—5387(2013)01—0038—06 1 GIS 料等已准备就绪; (6)安装起吊机具布置到位并经检查合格; GIS是英文“Gas Isolator Switchgear”即气体绝缘 开关装置的简称(以下简称GIS),GIS具有寿命长、 结构紧凑、占地面积小、基本不受环境因素的影响、 (7)安装必须的文件、图纸、表格等资料已准备; (8)GIS安装的技术交底及人员培训已进行; (9)GIS设备已到工地仓库。 2.2 GIS设备的到货与开箱验收控制 安装方便、运行安全可靠、维护工作量小等优点,因 此,自上世纪80年代以来,500 kV GIS被广泛应用 于电力工程之中。 GIS设备的接收、装卸、开箱和储存流程见图1。 2 GlS安装 500 kV SF GIS安装对安装环境的要求较高,安 装工艺复杂,这给现场安装带一定的困难,设备缺陷 或在安装过程中出现疏忽不能及时发现,直接结果 是不能通过高压试验,而需将设备解体处理,再安装 再试验,GIS设备经多次解体、安装、试验,不但减少 了它的使用寿命,同时也严重影响了工程的投产工 期,因此把握和控制现场的安装条件、环境和安装过 程中的关键工序、工艺显得特别突出和重要。 2.1 GIS安装应具备的条件 图1 GIS设备的接收、装卸、开箱和储存流程 N()-一检查不合格;YS一检查合格 GIS设备一般从工厂运抵工地装箱数量比较 大,如:三峡一期左、右岸电站约2 000多箱左右,向 (1)土建工程及装修已检查验收; (2)设备基础、预埋件及接地、电缆沟槽等已施 工完毕; (3)地面孔洞临时I生封堵完毕; (4)安装区域的防尘、防潮、临时施工设施、安全 家坝约800多箱左右;如此多的装箱一但无序运到 安装现场必将导至现场安装场地受限安装环境恶 化,因此设备必须依据安装顺序,编制提货计划,确 认设备编号后,有序运输至安装区。 收稿日期:2012—09-24 设施布置完毕; (5)专用工器具、测试仪器、仪表和清洁密封材 作者简介:刘蓉蓉(1972一),女,工程师,从事水电站机电设备种技 档案技术管理工作 第1期 刘蓉蓉,等:500 kV GIS安装与试验技术探讨 39 GIS设备运到安装区人口处后,应先对箱体上 的振动监视仪(如果装有)进行检查,然后对箱体上 的标志及外观检查,以确认箱号的准确性及外观的 根据设计图纸及土建预埋坐标样点,进行GIS 轴线放点,并检查其中心、高程是否与接口设备如变 压器、电抗器、GIL相符后,确定断路器的基础点并 划线;测量断路器基础点高程并通过加装垫片调平; 完整性,当确认完好后,开箱清点与检查,清点与检 查内容主要包括:设备及零部件外表、数量、规格等, 清点与检查的结果应与装箱清单一致;充气运输的 设备气室内的压力应在允许范围。设备开箱清点检 查确认完毕后,应及时将完好的设备及零部件运到 GIS整体安装完成后对断路器进行固定。 (2)电流互感器、隔离开关安装 打开CT隔离开关(接地开关)、断路器本体运 输端盖,检查绝缘盆子、弹簧触指、导体以及管母线 安装地点或运抵临时存放区存放;对清点检查不合 的内壁和法兰面,认真清扫、洁净后,将cT、隔离开 格的设备和零部件应及时返厂处理。 关与断路器对接。 设备一旦开箱必须立即进入安装或进入临时存 (3)主母线、分支母线之间的连接 放点存放,大型工程设备零部件现场存放量大,存放 按照安装图纸,把不同编号的管母线放置在临 的时间还特别长,有的工程长达几个月到半年之久, 时支撑上并依次摆放,打开需要拼装的管母线的运 因此必须对设备及零部件现场保管工作进行规范与 输端盖,检查绝缘盆子、弹簧触指、导体以及管母线 量化管理,通常规定如下: 内壁和法兰面,然后清扫、洁净;母线在拼装前,先在 (1)盆式绝缘子、支撑绝缘子、绝缘件、绝缘材 导体内壁均匀涂抹适量电力复合脂,最后拼装各导 料、密度继电器、仪表、阀门、管路、吸附剂、sF 气体 体,各连接件必须使用适当的紧固力矩。 等必须按设备厂家的要求储存。 (4)母线支架及检修平台安装、调整及固定 (2)对于充气设备应定期检查气室内的压力并 在母线安装前,按照设计图纸把不同规格、型号 记录,一但气压降低超过允许值,应及时查明原因或 的母线支架拼装好,安装前利用桥机吊到安装位置 补人同样气体,防止受潮。 并进行临时固定。在完成主母线、分支母线安装后, (3)母线筒、支架、外壳接地连接件、气瓶等当无条 调整支架进行最终固定。主母线、分支母线安装:先 件必须室外存时,应做到比存放地面至少高出150 把组装好若干节管母线用桥机吊到即将安装的位 mm,设备须用蓬布完全盖住,并用绳子绑好保证防 置;先紧固对角的螺栓,然后调整母线的水平与垂 雨、防潮。 直,调整完毕后用适当的力矩紧固所有螺栓。 (4)每月应进行检查一次储存状况,以防潮、防 (5)进线和出线单元的安装 盗、防损伤。 先在GIS室把管母线按A、B、c三相依次进行 (5)短期存储(一般少于6个月),每个运输组件 拼装;然后利用桥机与手动葫芦把组装好的管母线 (装配单元,外壳,瓷套等)应将SF6 气体的压力保持 吊至靠近安装位置;仔细清扫对接的两个法兰面;三 在约0.5 kg/cm (0.05 MPa),或带有供存储用的吸附 相安装完毕后,进行管母线的垂直方向调整。 剂。若由于某种原因导致运输组件不密封,应确认漏 (6)500 kV SF 高压套管安装、调整就位及固定 泄的准确部位并进行修复,然后更换吸附剂,以清除 安装前检查高压套管应外观完整、无机械损伤; 设备的湿气。机构和控制箱应进行保护,要防潮和防 瓷套法兰连接处密封完好。整体起吊时,吊索固定在 尘,防磕碰,并放在户内保存。 规定的吊环上,不得利用瓷裙起吊,并不得碰伤瓷 (6)若长期存储(超过6个月),要仔细检查运输 瓶;安装面水平,并列安装的排列整齐。与GIS连接 组件是否有由于湿气,灰尘和生锈而造成的损坏。如 处的接触面,除去氧化层,并均匀涂以适量电力复合 果发现任何损坏,应对设备进行修理,并更换吸附 脂。均压环安装牢固、水平且方向正确;按制造厂规 剂。对设备抽真空到133.3 Pa,保持抽真空2 h,按照 定可靠接地。 厂家的技术文件的要求做真空试验。结果符合技术 (7)sF 气体作业 要求后,再重新充人储存时要求的气体。 主体安装开始后,将装配完的气室安装上吸附 2.3 GIS设备安装技术 剂、更换密封圈并均匀涂抹密封胶且在30 min以内 (1)断路器调整就位及固定 进行抽真空;抽真空持续12 h达到极限真空状态后 水电站机电技术 第36卷 静置,再充注SF6气体;充注前检查sF 气体的出厂 样化验检查。对于不同气室所充S 气体压力和充 吸附剂更换完毕后立即对气室进行抽真空。抽 般采用高极限真大容量双极真空机组进行抽真 试验报告及合格证件。并对SF6气体进行l0%的抽 真空的时间与真空度应在设备厂家规定的范围内, 一气程序必须按照厂家技术要求进行。在耐压试验前, 每一个气室的气压值做最后的调整。 2.4 GlS设备安装过程中质量控制重点 GIS对于气室内的清洁度和含水量要求非常 空,这样在短的时间内对气室内的水份抽出效果会 根据气体一温度压力曲线在现场的环境温度下,对 更好。 充sF 气体前应对到货的气体微水和纯度进行 检查,对于微水含量超标的气体严禁使用。 充SF6气体的管路和减压阀及法兰面必须保持严 高,这有几方面的原因:如果气室内有悬浮物或颗粒 在盆式绝缘子表面,在高电场内就会形成导电桥,易 于引起局部放电而造成设备损坏;如果气室内残留 金属碎削或表面不平,就会引起局部电场过强,发生 尖端放电现象;在有电弧产生的气室内,sF 气体会 发生电离,产生有毒的sF 和sF 气体,这两种气体 不稳定,与气室中残留的水分发生水解反应,生成具 有腐蚀作用的氢氟酸,腐蚀导体和接触面,引起导电 不良,所以必须控制气室内的微水含量,通常气室内 的微水含量是通过充人合格的sF 气体到额定压力 并到规定时间后取出定量的气体进行微水测量来判 断的。 为了保证气室内的清洁和微水含量不超标,安 装过程中,对于环境的温度、湿度及粉尘含量提出较 高要求,环境温度必须高于0 ̄C,空气相对湿度低于 80%,所以在安装设备前土建工程要求全部结束, 屋顶防水、室内净地面、墙面装修、沟道、照明、应事 先安装完毕,通过验收移交安装部门。另外要设专人 对室内进行不间断清扫、洁净,保持室内卫生干燥。 同时,室内增设温度仪、湿度仪,监视温湿度;定期或 不定期使用空气质量监测仪,监视GIS室内粉尘质 量,保证满足上述要求。 在清扫、洁净用的消耗材料的选择上,酒精和丙 酮选用分析纯,应选择纯度99.99%;擦用纸应为不 起毛的白色专用纸。 气室的清扫、洁净工作一定要在一定时间内完 成,在解除气室密封后尽量减少内部结构暴露在空 气中的时间,以减少内部结构吸收水分。在进人气室 内清扫、洁净时,必须穿上无钮扣连身洁净的工作 服、工作头罩、工作鞋。 在气室清扫、洁净完毕,应立即更换新干燥的吸 附剂并封闭气室,准备抽真空工作。更换吸附剂应先 检查吸附剂真空是否破除,吸附剂内湿度试纸是否 变色。 格的气密性,充SF 气体时,室内湿度应不大于8O%, 20℃时充sF 气体压力为0.5 MPa,其余温度下按sF 温度一压力对照表换算,充气后24 h测量水分含 量,断路器气室应不大于150 ppm(v/v),普通气室应 不大于250 ppm(v/v)。 在开关站全部完工后应对所有现场分解连接面 进行包扎检漏,其年泄露率应不大于I%。 3。GlS现场试验 3.1现场试验项目 GIS设备现场试验是检查安装质量的一个重要 环节,试验结果是判断安装质量的重要依据,GIS安 装完毕后,按照国家标准规定、合同和设备厂家文件 要求进行现场试验,试验项目如下: (1)GIS现场试验项目 主回路绝缘试验(老练试验;工频耐压试验;冲 击电压试验;局部放电试验); 辅助回路的绝缘试验; 主回路电阻测量; sF 气体质量验证及气密性试验; SF6气体湿度的测量; 检查和核实(装配符合制造厂的图纸和说明书; 所有管接头的密封、螺栓和连接的紧固性;接线的正 确性;测量、监控、保护和调整设备的正确功能;各设 备接地的连线检查连接系统的正确连接); 闭锁装置的性能试验; (2)断路器现场试验项目 辅助回路和控制回路工频耐压试验; 回路电阻测量; 工频耐压试验; SF6气体湿度测定; 辅助设备检查; 气体密封性试验; 分、合闸线圈的直流电阻和最低动作电压测量; 第1期 刘蓉蓉,等:500 kV GIS安装与试验技术探讨 41 机械操作试验(现地和远方); 闭锁校核试验; (3)cm特性Prr特性试验,内容:变比,极性,VA 特性。CT与PT的特性测试应在安装前进行。 (4)仪器、仪表效验:所有SFa气体压力表和密 度继电器到达现场后均应进行准确度和动作值的复 开、合空载架空线试验; 分、合闸时间试验; 主、辅触头分、合闸同期性试验。 (3)隔离开关现场试验项目 检,并和出厂值比较判定是否合格。合格后方能投入 使用。 机械特性试验并测量分合闸时间,闭锁装置功 (5)开关特性试验:测试断路器三相同期、分合 能检查; 主回路及接地开关回路电阻测量; 绝缘电阻测量; 控制回路和辅助回路的交流耐压试验; 操动机构最低动作电压检查。 (4)电压互感器现场试验项目 励磁特性测量; 空载电流测量; 变比检查。 (5)电流互感器现场试验项目 励磁特性曲线测量; 变比检查。 (6)避雷器现场试验项目 外观检查; 绝缘电阻测量; 最大工作电压持续电流试验; 标称放电电流残压试验; 工频参考电压试验; 放电计数器动作情况及底座绝缘检查。 3.2一般常规性试验项目的意义与要求 (1)测量导体直流电阻;直流电组的值能够反映 安装导体的接触是否良好,所以应跟随安装进度,随 时进行各段导电体的直流电组,并与出厂值相比较, 不超过出厂测量值的120%,确定安装质量。 (2)N货SF6气体复检(测微水),充人气室SF6 气体微水检测、泄漏率检测。SF6气体在到货后就应 进行微水量的检查,微水超标的气体不准使用。有条 件时还应抽检s 气体的纯度。部分工地视情况还 需对新气进行全分析化验。在每个气室充气至额定 压力24 h后要进行气室内SF6气体微水的测试,断 路器气室水分含量应不大于150 ppm(v/v),其他气 室水分含量应不大于250 ppm(v/v)。年泄露率的检 测采用局部包扎法(用缩料膜包裹密封面)包扎24 h 后用定量捡漏仪测量,经过计算年泄露率应不大 于l%,年。 闸时间、速度、动作行程,分合闸线圈直流电组测试。 (6)连锁、传动试验:在设备整体安装完毕后,电 缆和二次接线均已完成,操作和动力电源已送上。设 备本体的油压和机械操作系统试运完毕后,进行连 锁和传动试验,检验各个动作机构的电气和机械闭 锁是否满足要求,进行远方和就地操作观测指示信 号是否准确无误,进行模拟保护跳闸,确认继点保护 装置是否安全可靠。 3.3 GIS现场高压试验 3.3.1 GIS现场高压试验的特殊性 GIS是一种“集木式“组合电器,被组合的设备 中,各自都有自已的绝缘特性,它们经运输和现场组 装后,绝缘』生能是否下降必须经过高压试验来判断; 另外,GIS设备在出厂试验时,不可能复盖设备的全 部及出厂试验,不可能做到如现场条件、环境、现场 设备全体组装一模一样形态,换言之,出厂试验必然 存在盲区,这种试验盲区只可能用现场试验来弥补; 因此GIS设备现场安装完毕后的,整体高压试验显 得特别突出和重要,这也正是它的特殊性所在。 3.3.2 GIS现场高压试验标准与方法 现场高电压试验值不应低于工厂试验电压的 80%,GIS现场耐压可采用交流电压、振荡操作冲击 电压和振荡雷电冲击电压等试验装置进行。 交流耐压试验是GIS现场耐压试验最常见的方 法,它能够有效地检查内部导电微粒的存在、绝缘子 表面污染、电场严重畸变等故障;雷电冲击耐压试验 对检查异常的电场结构(如电极损坏)非常有效。现 场一般采用振荡雷电冲击电压试验装置进行;操作 冲击电压试验能够有效地检查GIS内部存在的绝缘 污染、异常电场结构等故障,现场一般也采用振荡型 试验装置。 3.3.3 GIS现场交流耐压试验 (1)交流耐压试验电压值与时间规定 GIS试验为老练试验和交流耐压试验结合,交 流耐压试验值为出厂试验值的80%,耐受时间为l 42 mlnO 水电站机电技术 第36卷 的监听,实践证明仅靠人耳的监听容易发生误判;现 (2)试验方法及手段 试验采用串联谐振试验装置,利用串谐设备的 电抗器与试品(GIS)电容构成谐振回路,谐振频率由 在一般均采用依据放电产生冲击波而引起外壳振动 的原理,研制的故障定位器来判断和定位故障点,这 种方法既准确又方便,当然所要求的定位器数量比 较多(一般与被探测点数成正比)。在实践中,如果因 谐振回路的电感和电容量确定,试验频率在规程所 要求的10~300 Hz范围内,并通过所匹配的电抗器 使谐振频率尽可能接近50 Hz。试验时在低电压下 调节频率接近谐振点,然后按试验程序进行升压。 (3)试验工况 GIS全部安装工作及开关设备的机械特性测试 等工作全部结束;气室气压、水份测量合格; GIS外壳及基架接地完好; GIS回路电阻测试符合要求; GIS回路电容校该测量工作已完毕; GIS高压试验的安全布置工作已完毕; 对GIS进行相对地交流耐压试验;试验时应依 试验设备容量允许,可分段或分相试验,非被试相可 靠接地; 试验电压较低的设备(如避雷器)和接口设备 (变压器)应有效的隔离。 (4)升压过程(含老练程序) 交流耐压试验在额定SF6气体压力下进行。 试验流程如图2所示:在1.0倍额定相电压下老 练10 min;然后升压至80%试验电压老练3 min; 最后上升到最终耐受电压耐受lmin。 700 600 500 宝4O0 嚣3(10 200 100 O 0 5 l0 l5 U 时间(min) 图2耐压流程 (5)GIS耐压试验击穿故障的定位方法 GIS现场耐压试验过程中对击穿故障点的准确 判断、定位一直是倍受试验人员和安装人员关注的 事,其原因主要有,故障点判断、定位准确与否,直接 影响设备及气室解体工作量的大小,由此带来的查 找故障点及后续故障点的处理和气体作业等工作, 即费时又费力。早期的故障点判断、定位多是靠人耳 故障定位器的传感器数量有限,使放电或击穿发生 未预报时,根据监听放电的情况,多次加压直到找到 放电或击穿部位,效果也比较理想。 3-3.4雷电冲击试验 雷电冲击试验被用于研究电力设备遭受大气过 电压(雷电)时的绝缘性能。雷电振荡操作冲击试验 在工频耐压试验合格后进行。 冲击电压的破坏作用决定于波形、幅值和波形 陡度。目前国内冲击电压发生器能产生8种冲击波 形。下面简单介绍一下: (1)GB31 1《高压输变电设备的绝缘配合一高电 压试验技术》规定了三种标准冲击波形: 1)1.2/50 s标准雷电冲击全波; 2)1.2/2~5 s标准雷电截波;过零系数: 0.25-0.35; 3)250/2 500 s的标准操作冲击波;Ⅱ为 20~250 s,90%持续时间> ̄200 8; 过零时间≥500 S。 (2)IEC517规定GIS组合电器现场冲击试验的 二种标准冲击波形: 1)Tf<15 s的振荡雷电冲击波; 2)Ter>100 s的振荡操作冲击波。 标准雷电冲击电压波形见图3。 图3标准雷电冲击电压波形 (3)根据标准规定,GIS设备雷电冲击试验中, 雷电冲击波的波前时间≤8 s,振荡雷电冲击波的 波前时间≤15 s。 第1期 刘蓉蓉,等:500 kV GIS安装与试验技术探讨 43 雷电冲击试验程序为: 2)试验结果:第1段B、c相和第2段A、c相均 1)在GIS主回路交流耐压试验合格后进行调波 通过雷电冲击试验;第1段A相和第2段B相在进 试验。 行雷电冲击时出现闪络现象,GIS设备内部的绝缘 2)在30%试验电压下施加正极f生冲击电压一次, 部件可能击穿,试验未能通过。 进行调波试验,调整波形使波头时间不大于15 s。 3)故障查找结果与处理:为确定设备故障区域, 3)在60%试验电压下施加正极性冲击电压一 对第1段A相和第2段B相设备进行了分段和不 次。 同电压等级冲击试验,最终确定了大致的故障范围, 4)在100%试验电压下施加正极性冲击电压三 并对相关区域内的设备进行解体处理。 次。试验间隔时间不小于5 arin。 GIS雷电冲击试验发现15个绝缘盆子放 5)在30%试验电压下施加负极性冲击电压 电(试验电压1 340 kV),其他放电点4个。主要原因 一次,进行调波试验,调整波形使波头时间不大于 为:部分开口盆在开口处未倒角,在高压下发生电场 15 s。 畸变,易造成沿面爬电,绝大多数闪络击穿盆均属此 6)在60%试验电压下施加负极性冲击电压一 类;在电压互感器、避雷器断开点临时加装的屏蔽罩 次。 造型为扁平状,电场畸变可能引起二次闪络。处理情 7)在100%试验电压下施加负极性冲击电压三 况:要求对开口盆在开口处进行倒角处理,更换后, 次。试验间隔时间不小于5 min。 再次试验合格(试验电压1 240 kV)。 雷电冲击试验对检查异常电场情况,例如电极 4结语 损坏特别灵敏。但因为试品电容大,所需的冲击电压 发生器体积庞大,且雷电波的波头较陡,会在尺寸较 在我国电力行业正在大量的建设和使用GIS设 大的被试品中引起波的反射,因此在现场很少采用 备,尤其是中大型水电站基本上是采用GIS设备作 雷电冲击电压试验。标准规定,如进行雷电冲击试 为接入电力系统的配电装置,因此GIS设备安装与 验,波前时间可延长到8 s;如采用振荡雷电波,则 试验的质量好坏将直接影响水电站的电能输送质量 波前时间可延长到约15 s。 和经济效益;通过对已建的GIS安装工程经验和教 (4)结合国标与三峡集团公司GIS采购合同的 训进行总结、分析、归纳、提升,这一有益的工作必将 要求,三峡工程地下电站GIS进行了现场雷电冲击 对Et后GIS安装工程的设计、制造、安装、运行的质 试验。 量起到一定的推进作用。 1)试验方法:GIS主回路施加1 340 kV的雷 总之,对于GIS现场安装与试验技术的研究是 一电振荡冲击波,正负极性各3次,波头时间不大于 个比较实用的问题,其中涉及的理论和方法非常 l5 s。 广泛,作者学识浅薄,文中一定有不少未尽之处,望 各位读者能提出宝贵意见,给予批评和指正。 I'l- (上接第30页) e 转运行、过速试验、甩负荷试验、带负荷试验,机组运 轴倾斜、平面位移及起动转矩大等问题的处理上,值 行稳定,瓦温、振摆都双双明显下降。经过3个月满 得同类型机组轴线调整借鉴。 负荷运行后检查,机组瓦温、振摆仍然保持稳定,远 参考文献 比轴线调整前大大减下,水导瓦瓦面没有出现脱落 [1]GB/T 8564—2003.水轮发电机组安装技术规范[S] .现象,机组始终保持安全、稳定、高效运行。轴线调整 【2]林亚一.水轮发电机组的安装与检修[M】.北京:中国水利水 过程中论述的盘车工艺流程及方法,以及在遇到主 电出版社.