陈 璐
（福建省送变电工程有限公司，福建福州 350013）
随着我国城市化的快速推进和市场经济的迅猛发展，国家电网对电网建设进行了大量的投资。2022 年，国家电网安排电网投资额为5012 亿元，已达历史最高水平，同比增长约6%。“十四五”期间，国家电网计划投入2.4万亿元，这一巨额投资标志着我国电网事业实现了显著的突破，同时对加快现代化电网建设有了更高要求。用电需求的持续增长导致电网承载能力日益紧张，这反映了电网建设与经济增长之间的不同步，也显示了电网建设相对于经济发展的滞后性。在变电站电气工程中，GIS 设备的安装与运行的质量直接关系到整个电网的效能。因此，要高度重视GIS 设备的安装质量，并持续提升其安装技术，提高电力系统的传输效率和稳定性。
1.1 含义
GIS 设备又被称为气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear），是一种高电压开关设备，它采用了六氟化硫（SF6）气体作为绝缘介质，有效减小了设备体积，提高了安全性能，GIS 设备自20 世纪60 年代开始逐渐应用于变电站建设，特别是在城市和地形狭窄的地区发挥了显著的作用。GIS 设备的主要组成部分包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器以及连接导体等，这些部件紧密配合，共同构成了一个完整的电气控制和保护系统。在GIS 中，断路器负责控制和保护电网安全，隔离开关则用于在维护时隔离电气设备，确保维修人员的安全[1]。电流互感器和电压互感器用于监测电网的运行状态，而避雷器则保护设备免受雷电和过电压的影响。在GIS 中，所有带电部件都被封装在一个充满SF6气体的金属容器内，SF6气体具有极高的电气绝缘性能，使GIS 能够在相对较小的空间内安全地处理高电压。此外，GIS 的密闭结构也大大降低了外部污染对设备性能的影响，能够非常明显地提高设备的可靠性和寿命。
1.2 特性
GIS 设备的特点在于占地面积小。一般情况下，传统的110kV 出线间隔宽度约为8m，而采用GIS 设备后，这一数值可缩减至0.8 ～1m，这种节省空间的特点使GIS 在城市密集区域的应用更加广泛。此外，GIS 设备的维护工作量较低，检修周期长，降低了运维成本，并提高了系统的运行效率。GIS 设备的电磁辐射水平较低，防污性能优良，可以减少对周围电子设备的干扰，降低环境健康风险，还可在多种复杂环境中稳定运行，这对于城市变电站的可靠性和安全性至关重要。
1.3 作用
GIS 设备拥有先进的设计和技术特性，在提升变电站效率、降低运营成本及增强系统可靠性方面有着非常显著的作用。与传统的空气绝缘开关设备（AIS）相比，GIS 在同等电压等级下，占地面积仅为AIS 的10%左右，这一特点使GIS 在城市及地形受限的区域尤为适用，极大地节省了宝贵的土地资源。GIS 的维护要求低，可以大大降低运维成本和时间，这得益于其封闭式结构和少数活动部件。与此同时，GIS 设备的检修周期长，并且可靠性高，降低了由设备故障导致的电网中断风险，这种设计优势在保障电力供应的连续性和可靠性方面发挥着关键作用[2]。GIS 的高绝缘性能减少了各种环境因素对设备的影响，使其在恶劣天气条件下也能稳定运行，在风暴或极端温度条件下尤为重要。从环境保护的角度来看，由于GIS 设备封闭式结构，对环境的影响较小。它的电磁辐射水平较低，减少了对周围环境的影响。GIS 的密封结构可以有效减少六氟化硫（SF6）气体的泄漏，这是一种强温室气体，其环境影响已经成为电力行业关注的焦点。在安装和施工过程中，GIS 的模块化设计使其安装更为快速和灵活，与传统的绝缘装置相比，其安装不仅可以节省时间，还能减少施工期间对环境的影响。
2.1 各气室的起吊方式
在进行GIS 设备的安装过程中，需要先在GIS 室内完成包装箱的拆箱工作，逐一去除所有GIS 设备的包装材料，随后将其搬运至指定的安装区域内。在使用起重机搬运设备时，要选择较低的起重速度，需要严格注意避免对各气室造成任何机械性损害。在开始安装第一个密封组件前，务必确认安装区域的空气洁净度是否达到施工标准要求。此外，中心断路器作为GIS 安装的关键参照点，必须先进行精确的测量和定位，基于测量数据规划并绘制线路布局。
2.2 仔细检查GIS 基础
在GIS 设备安装工序启动前，必须根据工程设计图和安装标准仔细核查GIS 基座，确认其符合预定设计参数，三相共一基础标高误差不大于2mm，每相独立基础时，同相误差和相间误差都不大于2mm，相邻间隔基础标高误差不大于5mm。安装前，为了有效避免灰尘积累，要对场地进行全面清洁，包括喷水和擦洗，并且保持场地在48 小时内无干扰，以确保安装环境的洁净度。
2.3 GIS 设备安装过程中的密封性
在变电站的电气施工中，GIS 设备的安装人员要严格按照设计图纸和相关施工规范进行操作，保证所有的步骤符合技术要求，并且还要特别注意密封垫圈、密封螺栓和接头等重要位置的安装作业。由于这种设备中密封了SF6气体，一定要注意其密封性能，密封面必须是清洁并且没有任何杂质的，用灵敏度不低于10-6（体积比）的六氟化硫气体检漏仪对外壳焊缝、接头结合面、法兰密封、转动密封等部位进行检漏，年漏气率不得大于1%。精确控制气体的压力，避免因为压力不达标出现后期使用的泄漏问题。在安装过程中，使用专业的检测仪器对气体的压力进行实时监控，并在安装、维护以及定期检查阶段做好压力测试工作[3]。
3.1 安装准备
任何施工工作都要做好事前准备，GIS 设备的安装也不例外，在启动GIS 设备的安装程序前，配备必要的工具和仪器，如吊车、真空处理装置、气体回收装置、专用工器具、安全防护用具等，保证这些设备和仪器在安装过程中得到有效利用。技术人员应查阅图纸、厂家资料，编写施工方案和书面技术交底，施工现场由工作负责人对所有工作人员进行技术交底，确保工作人员充分了解设备的安装手册，明确安装步骤及安装中的注意事项。GIS 设备安装的一个关键要求是保持施工现场的高度洁净，空气质量需达到9 级标准。为降低尘埃，施工前可采取喷水处理，并在48 小时后开始实际操作。由于铝合金管道的安装作业会产生的金属碎片和静电放电现象，应进行适当的清洁工作，如果施工时室内的湿度超过80%，则应暂停施工活动。
3.2 法兰连接
在进行法兰连接操作时，正确地连接O 型环与密封面极为关键，在法兰密封面安装中，若检测到表面存在刮擦或损伤，应首先用细粒度砂纸轻轻磨平这些缺陷，随后彻底清洁处理过的表面位置，以便后续安装。确保O 型环在安装过程中完美匹配，填充密封槽是一项非常必要的操作，这样可以避免法兰在安装时出现位移现象。在紧固法兰螺栓时，要遵循一定的顺序，如从左至右或从上至下，并且应按照既定的扭矩值使用专业扭矩扳手采取作业，以确保连接的一致性和可靠性。
3.3 抽真空及注汽
在进行气室充气前，必须先排出气室内的所有气体，使其形成真空环境。SF6开关设备在进行抽真空处理时，应检查电磁阀，确保动作可靠，设备全部安装完毕，将底座和基础焊接后，再进行隔室充气，避免充气压力的作用使设备发生不正常位移。充气前应对同批次气体进行抽样送检，每批次气瓶数量在2 至40 瓶的，至少抽检2 瓶；
每批次气瓶数量在41 至70 瓶的，至少抽检3 瓶；
70 瓶以上的抽检4 瓶。合格后方可注入气室，充气量多少按照厂家设备技术文件要求，充气结束24 小时后要进行气室泄漏率测量。
3.4 母线安装
在母线安装过程中，采用门架，以保持母线处于垂直位置，并且通过抱箍与M10×25 的六角螺栓的使用，使母线能够在支架上被牢固安装，使用紧固的压力板结合M8×45 六角螺帽安装水平方向的母线。对安装人员来说，对母线接头的保护是一个重要环节，通常需要用绝缘构件进行固定，以确保操作的安全性。在对母线进行调直操作时，优先选用专业的调直机设备；
在不能使用调直机的情况下，可采用木槌进行人工调直。在处理需要弯曲的母线部分时，建议使用耐高温弯管以实现精确的弯曲操作[4]。
3.5 接地安装
接地系统的设计应考虑所有接地点的布局，包括接地电极和接地导线的配置。接地电极通常采用铜材或镀锌钢材质，在进行接地导线的铺设时，应确保导线与地面的接触良好，并采取措施避免导线受到物理损害，同时还应考虑到土壤的导电性。如果土壤条件不充分，需要在土壤中添加导电材料，以降低接地电阻。安装过程中，需要使用专业仪器测试接地系统的电阻，确保其满足设计参数。每一个接地点的安装都应严格遵循设计图纸和安装规范，确保所有连接牢固可靠[5]。
3.6 电缆安装
电缆安装的关键步骤有电缆选择、路径规划、敷设及连接，需根据负载需求和传输距离选择合适类型和规格的电缆，电缆路径规划应考虑最短距离和避免物理障碍，同时确保足够的敷设空间。在敷设过程中，注意电缆的最小弯曲半径不应小于电缆直径的12 倍，应使用电缆滚轮或者导管，避免电缆直接与地面摩擦。连接环节需要使用专用接头，如热缩或冷缩接头，确保电缆连接的可靠性和电气性能。电缆的末端处理应使用终端套管，保证接口的绝缘和密封。在安装完毕后，进行电缆的绝缘电阻测试和介电强度测试，整个安装过程需符合国家电力行业标准，以确保系统的安全稳定运行。
3.7 其他设备安装
在变电站电气工程中，尤其是在GIS 设备的安装阶段，一定要先安装断路器，安装前先对其进行质量检查，并确保设备完全处于断开状态。整个安装过程需严格遵循安装手册的指示。安装绝缘开关时，要使用锥形连接方法，确保连杆转动器与操作机构之间没有转动间隙。悬挂式管型母线的安装则要求在正式安装之前完成母线的焊接，并利用斜槽机对接头进行细致的加工处理，以保障连接的精确度和安全性[6]。
3.8 安装完成后的调试工作
3.8.1 电阻测试
当GIS 设备的安装结束后，对主电路直流电阻的检测成为保障设备安全运作的关键步骤,此测试主要是运用100A 的直流电流对导线的连接情况进行检查，并确认连接点的正确性。在测试阶段，所测量的电阻值应与GIS 设备的官方测试报告进行比较。如果发现电阻值超出了既定的安全标准，表明有必要对设备的配置或安装进行重新调整，以解决潜在的安全问题。
3.8.2 微水测定
SF6气体在GIS 设备中具有举足轻重的地位，为了持续稳定保持其绝缘性能，要检测SF6气体的含水量。根据有关技术要求来看，GIS 设备中SF6气体的含水量必须控制在1.5×10-4μL/L 以下，而在设备施工的环节中不得超过3.0×10-4μL/L。在开始微水含量的测试前，核实气室内的气体是否符合预定的标准，并且在气体稳定后才开始进行测试。进行测试时，需要充分考虑变电站内的气压和温湿度状况，基于这些条件对SF6气体中的含水量进行准确测量[7]。
3.8.3 抗压性能测试
按照电力系统变电站的标准，GIS 设备的耐压级别一般设置为其测试值的80%，测试值一定不能是满压的状态。在耐压测试过程中，推荐在1 ～3min 时间内，以3kV/s 的增速逐步让测试的电压提升起来，并且准确记录所有相关数据。这些测试完成后，对设备的相电压进行检测，以验证其耐压能力是否达到规定的标准。
变电站作为电力系统的核心环节，其运行状况对整个电力系统的稳定性和效率有着显著影响，直接关联到社会生产和日常生活中的电力需求，GIS 设备的安装质量成为确保变电站电气施工质量的关键。因此，施工现场技术人员需认真执行GIS 设备的各项安装工作，在安装前做好准备，安装后做好调试，控制安装过程中的环境条件，并严格遵循相关的规范和标准，以保证GIS 设备安装的准确性和高效性。
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