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根据变电站的运行环境和检修维护成本,按照“安全可靠、技术先进、经济合理”原则,展开对GIS设备户内外布置对比分析。
首先从GIS设备安装、运行及维护等方面分析GIS设备在高海拔、重污染地区户内外两种不同运行条件下的故障率和维护周期;
其次明确GIS设备30年寿命周期内零部件在户内外两种不同运行条件下的寿命,以及GIS设备在户内外两种不同运行条件下的检修周期;结合变电站的运行环境和检修维护成本,进行以下比较。
一、目前GIS设备的使用状况
GIS即气体绝缘金属封闭开关设备,又称“六氟化硫封闭式组合电器”,它是将断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器和母线等元件组合并封闭于金属壳体内,充SF6气体绝缘组成一种组合式高压电器。因具有占地面积小、运行可靠性高、检修维护方便等优点逐步取代敞开式开关设备,GIS设备因将主要一次设备封闭在金属壳体内,因此普遍认为具备户外运行的条件,而且很多地区已建设了大批户外GIS变电站。
随着GIS设备运行经验的积累,各类缺点也逐渐暴露。现运行的户外GIS设备以国产设备居多,大批运行时间达到3-5年的设备已出现不同程度的GIS壳体表面锈蚀现象,且GIS本体安装的各类传感器等零部件故障率较高,给运行维护单位带来很大不便,以上问题沿海地区和污染严重地区最为严重,环境较好地区也同样存在,大大增加了维护工作量。再有GIS设备的密封技术,在雨、雾、冰、雪等恶劣天气条件下遭到极大挑战,GIS设备密封系统因难以适应环境条件骤变而会出现漏气现象。
基于以上问题,提出了GIS设备户内布置的方案。GIS设备户内布置的条件,当站址周围存在以下情况时可建设全户内或半户内变电站:
a.人口密度高、土地昂贵地区,特别是城市中心及负荷密集区;
b.受外界条件限制,站址选择困难地区;
c.特殊环境地区,如高地震烈度、高海拔和严重污染等地区。
二、GIS设备户内外布置的运行环境要求
GIS设备的安装和维护是变电站建设和运行过程中两个主要的工作内容,安装质量的好坏,直接影响着GIS设备的正常运行和使用寿命,日常的维护和检修则是杜绝GIS设备事故的有效措施之一。以下主要从这两个方面分析GIS设备采用户内外两种方式布置时对安装环境、维护周期的不同要求,进一步确定GIS设备采用户内布置的方案。
1、GIS设备本体对环境的要求
GIS设备内含有SF6气体,SF6气体本身无毒,但其分解物对人体有一定的危害,因此对GIS设备壳体的密封性有严格的要求,需定期对运行中的GIS设备采取喷漆防腐措施。GIS设备壳体一般采用碳钢板、不锈钢板、铝板等材料拼焊组成,这些材料长期运行在高污染、高盐密地区,容易造成GIS设备外壳、密封及绝缘部件的锈蚀,一方面需增加对GIS设备外壳喷漆,另一方面导致了SF6气体外溢引发事故的概率升高,多年来GIS设备运行经验表明,户外布置GIS设备的气体泄漏次数远高于户内布置GIS设备的气体泄漏次数。
2、GIS设备故障率分析
与敞开式设备(AIS)相比,低事故率是GIS设备显著的优点,根据近年运行的统计数据,GIS设备的事故率只有AIS设备的15%-40%,但是GIS设备一旦故障影响范围比较大,一般会造成全站停电,因此分析GIS设备故障的原因,减少GIS设备故障次数显得尤为重要。
根据GIS设备运行所发生的事故统计,造成GIS设备故障可分为七类,各类故障所占比例如下:
a.由于制造安装工艺不良造成故障占40%;
b.由于制造厂清洁差造成故障占16%;
c.由于安装现场清洁差造成故障占13%;
d.由于零部件装错造成故障占10%;
e.由于设计错误造成故障占7%;
f.由于运行错误造成故障占7%;
g.由于其他不明原因造成故障占7%;
通过上述数据可以看出,因在现场施工清洁工作没做好,使得金属微粒、尘埃、杂物、水分潮气侵入到GIS设备内部而造成的事故约占13%。因此施工现场要保持清洁的工作环境,是保证GIS设备安装质量的关键。为此要求GIS设备装配时应在无风沙、无雨雪、空气相对湿度小于80%的条件下进行,并根据产品要求严格采取防尘、防潮措施。
若采用GIS设备户外布置方案,在设备安装时,空气中的粉尘和颗粒很容易进入到GIS设备内部,造成安全隐患,若采用GIS设备户内布置方案,房屋本身有阻碍粉尘的作用,在设备安装和运行时均具有防护作用,可以有效降低因周边环境污染造成GIS设备故障的概率。
3、GIS设备运行维护
日常巡视和定期检修是杜绝GIS设备故障的有效措施之一,GIS设备日常巡视项目包括断路器、隔离开关、接地开关等设备运行状态,指示器、密度计、压力表的指示值是否正确等。由于GIS设备的断路器、隔离开关、接地开关等设备均封闭在GIS内部,巡视人员须通过专门的观察窗和仪表来判断各设备的运行状态,因此,GIS运行过程需保证观察窗和指示仪表的清洁性,以方便工作人员查看设备运行状态。若采用户外布置时,特别是空气污染比较严重的地区,需定期清扫GIS设备,保证任何状态下各设备观察窗和仪表的可视性。GIS设备检修项目包括密度计、压力表的校验、不良紧固件的更换、清扫SF6气室的金属微粒、粉末、清除SF6气体的分解物等,污染严重地区空气中粉尘、颗粒较多,采用户外布置时,SF6气室进入粉尘、颗粒的概率大大增加,GIS设备定期检修的周期一般为3-5年,不仅增加了GIS设备的检修维护费用,还造成大范围的停电。而采用GIS设备户内布置,房屋可有效的阻碍粉尘、颗粒的进入,将GIS设备定期检修的周期提高到8-15年,大大节省了检修维护费用。
三、GIS设备户内外布置的检修维护费用分析
目前,电力企业多以3年为周期开展设备定期检修,主要工作为预防性试验、更换寿命到期的零部件、并对锈蚀的设备外壳进行喷漆等,定期检修在保证设备正常工作中起到了直接防止或延迟故障的作用。经调查,GIS内的主要设备均能满足30年寿命要求,但是部分零部件寿命无法达到30年,成为设备30年寿命的短板环节,采用户内布置后,设备运行条件明显改善,寿命周期短板环节的零部件寿命及检修周期均可相应延长,详细情况见表一及表二。
经统计分析,在30年寿命周期内,户外GIS检修维护费约为户内GIS布置的3倍。
四、结论
GIS布置方案是解决土地紧张的有效措施,户内GIS布置方案虽在前期建设阶段略高于户外GIS布置方案,但后期维护费用远远低于户外GIS布置方案,有效解决了户外运行的GIS设备锈蚀严重、零部件故障率高等问题,检修维护次数大大减少,符合“资源节约型、环境友好型”变电站建设理念。从“30年寿命周期”及“两型一化”角度考虑,户内GIS布置方案优于户外GIS布置方案,因此,GIS设备变电站推荐采用户内GIS布置方案。
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