许毅，李靖
山东电工电气日立高压开关有限公司，山东，济南250132
摘要：500kV气体绝缘金属封闭开关设备是一种将SF6气体作为灭弧和绝缘介质的封闭性设备，它具有可靠性较高、安全性较高、安装较方便、寿命较长的优点。本文通过分析500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造的原因，进一步分析了该设备改造的方案。
关键词：设备改造；安全性；绝缘性能
引言：近年来，我国的用电需求不断上升，电厂电荷也处在极速增长的阶段，因而很多地区开始进行电网改造。GIS设备在电网改造过程中起到了关键作用，但当前设备已经不能够满足电网改造的需求，因而本文对GIS设备的改造进行了研究。
1.500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造的原因
由于部分电厂的短路电流水平进一步提高，其容量水平也得到提升，因此，对这些电厂的500kV系统和相应的GIS设备都要重新进行核算和评估。原有设备中的电流互感器、断路器以及快速接电开关已经不能够满足当前的电流需求，因而需要对设备进行改造，同时由于原有设备通常在系统中的运行时间较长，因此需要进行大修改造，基本采取更换原有构件的方式来进行改造，能够节省改造的时间，提高改造效率[1]。
2.500kV气体绝缘金属封闭开关设备简述
GIS设备是整个电力系统的重要设备之一，其主要的结构包括电流互感器、断路器、隔离开关、接地开关、母线、出线以及避雷器等，这些基础性结构部件主要封闭在设备的绝缘金属外壳当中，在运行过程中，使用内部绝缘子作为支持导体，向设备内部充入SF6气体当做灭弧介质，GIS设备与传统的敞开式变电站相比，其内部结构更加紧密、投入更小、体积更小，其金属封闭适应外界环境的能力更强、具有较高的可靠性和稳定性，能够减少设备的维护频率，在安装的过程中也相对方便。
3.500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造方案
3.1改造工程设计
在进行500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造工程之前，首先要对工程改造现场进行实地考察，并收集改造工作所需的相关资料。工程改造所需要的资料主要包括：原封闭开关设备制造企业的项目资料、用户所存档的资料以及设计院相关项目资料等，为了保证收集到的资料真实可靠，还要到设备所在电厂进行实地对照，确保信息的准确性，对GIS系统的整地布置进行检查，确认土建信息以及测量好设备改造的尺寸数据，再对改造的范围进行确认，最后设计改造工程。
为确保改造工程的可靠性较高，本项目主要采取3/2接线方式进行，这种接线方式能够保证每一条回路都有两个断路器能够供电，当回路的母线发生故障时，可以只对这条母线相关的所有断路器跳开，保证所有回路都能够不断电。本改造项目的改造对象包括电流互感器、断路器以及快速接地开关等部分，这些部件普遍存在不能够满足电网要求的缺点，因此要进行针对性改造。在改造的过程中为了保证整个系统的供电不受到较大影响，应当尽量缩短工程改造的工期，避免停电时间过长造成不良影响，因而改造设计方案可以保留原有设备的布置，在原有工程的基础上进行局部改造，也就是对电流互感器、断路器以及管道等模块进行改造更换[2]。
3.2对断路器进行改造
对断路器进行改造的过程中，要确保改造过程更换的断路器与原设备断路器尺寸统一，对断路器的规格进行选择，主要根据额定短路开断电流值、断口间法兰间距、额定开断时间以及直流分量时间的常数等条件进行选择，尽量减少频繁性操作对灭弧室的影响。改造断路器采用双断口改造的方法，双断口中每一个断口的电压都为单端口断路器电压的一半，使得每个断口电压的冲击较小，灭弧的时间也较短，能够进一步提高断路器的安全性能。改造的断路器外壳材料可选用铝合金材料，这种材料能够保证断路器的温升较低、防锈性能更好，且外壳重量较轻，运输时更加便利，同时还具有无旋涡损耗的优点。
使用HMB-8型液压弹簧操作机构作为该断路器机构，这种机构包含了两个系统，即高强度蝶形弹簧储存系统以及液压驱动系统，其中高强度蝶形弹簧储存系统具有为液压驱动系统提供所需能量的作用。HMB-8型液压弹簧操作机构的优点为重量较轻且结构较为紧密，在进行机构更换时不需要打开气室就可以进行更换，因而十分方便。
此外，对断路器的改造过程中，还要为每段断路器配置一个防爆设备，并利用隔离绝缘子来构建一种相对独立的气室，这种独立气室也能够为断路器的改造提供更为便利的条件。
3.3对电流互感器进行改造
根据电网改造的实际需求，在改造断路器的同时，还需要对电流互感器进行改造，主要是重新配置断路器双侧的电流互感器，将断路器与相匹配的电流互感器进行连接。若原有设备的断路器是由VP补偿模块或管道进行连接，那么就将原有模块或管道更换成电流互感器。为了尽量缩短改造的时间，可在原有补偿模块基础上直接更换一个新的补偿模块和电流互感器，且由于母线的管道会发生热胀冷缩现象，因此所添加的新补偿模块长度应当能够补偿母线的长度损失。在满足所有参数要求的情况下，应当确保选用的电流互感器尺寸相对较短，为添加的新补偿模块留出一定空间。利用公式算出新补偿模块的长度数值，确保补偿模块的长度大于管道热胀冷缩情况下的伸缩量，满足相应的改造要求。
对改造的电流互感器进行安装，根据改造项目的实际需求制定新的电流互感器，在安装的过程中以一次导体为中心进行安装。在二次绕组过程中运用磁感应的方式来感应一次电流，且保证与高压系统之间进行隔离。电流互感器的二次绕组过程线圈安装在互感器外壳上。互感器的外壳也是构成GIS系统的一部分，其外壳应当具有绝缘性能，能够有效防止返回电流流入到外部线圈内，确保返回电流可以直接流过外壳。二次绕组安装过程主要在气室外部进行，因此也不需要将二次绕组引线从气室引入[3]。
3.4对快速接地开关进行改造
对快速接地开关进行改造也是一个关键环节，快速接地开关包括开关结构和操作机构。其中操作机构主要包括动触头和绝缘的接地连接、传动齿轮、驱动电机以及用于储能的弹簧施力结构。改造过程中，将开关结构的静触头设置在连接件中，GIS系统则由两个标准的法兰进行连接，再将开关结构上的小法兰与操作机构相连接。快速接地开关的整个结构呈现出模块化，因而在改造的过程中也是十分便利。
3.5对改造后的新设备进行试验
在封闭开关设备改造结束后，需要对设备进行试验，测试一些常规性能。主要包括六点试验：一是对改造后的断路器进行有关SF6气体的微水试验，也要对SF6气体的纯度进行检测；二是对回路的电阻进行测试，将断路器双侧的接地开关打开，然后将直流电流引入进行测试；三是对改造后的断路器速度特性和时间特性进行检测；四是进行SF6气体密封性检测试验；五是对压力表进行校检，对密度继电器进行校检；六是对操作机构进行防跳跃试验，检测闭锁与联锁的相关功能。
改造后的GIS系统还要进行高压试验，检查在改造过程中，是否存在绝缘损坏现象。导致出现绝缘损坏的原因包括材料的运输不当、现场安装时操作不当以及外界环境影响等，根据交接试验的标准对绝缘部分进行耐压值测试，确保绝缘性能达标。
4.500kV气体绝缘金属封闭开关设备质量控制措施
在改造过程中，要注意GIS设备设计的质量达标，相关构件在选用的过程中，一定要保证其设计考虑到当地的温度、湿度、海拔、光照以及污秽程度等相关参数。因此应当安排监造人员对构件的制造过程进行监督。在制造完成后还要对运输过程进行监管，确保不出现绝缘损坏的现象，在改造安装过程中，也要对组装质量进行控制，确保安装的整个工艺都能够满足质量需求，原材料的装配过程要使用专业器具进行装配，避免材料出现磕碰而磨损。组装过程中要确保没有异物进入到组件内部及密封槽内部，防止出现漏电和漏气现象，影响设备的安全运行。对于设备的出厂试验质量要严格控制，对其进行绝缘试验，若试验不合格，则要对影响绝缘性能的原因进行分析并及时改进，对设备外壳进行全检，若发现漏气现象及时检查密封圈及封胶质量，确保气室能够不漏气。
结论：综上所述，针对当前电厂短路电流水平和容量水平提升的现状，原有的500kv气体绝缘金属封闭开关设备需要进一步改进，才能够满足电流运输的需求。由本文分析可知，500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造过程包括：设计改造工程、对断路器进行改造、对电流互感器进行改造、对快速接地开关进行改造、对改造后的新设备进行试验。
参考文献：
[1]贾敬礼.500kV气体绝缘金属封闭开关设备电压互感器谐振问题分析[J].电气技术,2020,21(08):103-106.
[2]李文胜,刘刚峰,麦晓明.气体绝缘金属封闭开关设备检修机器人研究进展[J].科学技术与工程,2020,20(15):5910-5916.
[3]刘丹.500kV气体绝缘金属封闭开关设备改造案例介绍[J].电气技术,2020,21(01):54-59+66.