可伸缩式GIS设备套管支撑研究
时间：2023-01-21 22:45:02 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
薛景天
（江苏省送变电有限公司，江苏 南京 210000）
在设备日常运行维护中，通过观察水平尺气泡，判断地基变化情况，当地基状态发生变化时通过调节可伸缩式支撑，便可使出线套管处于良好的水平状态，从而保证GIS设备的安全稳定运行。
套管结构主要是由空心复合绝缘子、上均压环、下均压环、中心导体、中间屏蔽、接地屏蔽、绝缘支撑棒、绝缘支撑筒、盆式绝缘子和塔形筒等组成，其中上下均压环主要是改善套管的电场，在实际的应用过程中所使用的高压复合套管主要是采用了中间屏蔽和接地屏蔽两种屏蔽方式，但是不论是哪种屏蔽方法，都会对实际的电力系统运行产生一定的影响。复合套管内使用的绝缘结构设计主要是根据现场实际情况，考虑到GIS套管的各项参数数据计算得到的。在特高压状态下的运行的交流套管，其在冲击电流下的内屏蔽结构设计，更是需要相当的技术含量。对于特高压而言，极高的运行电压，导致了极高的运行电流，其对绝缘的要求相当高，因此设计师就在一定程度上提高了高压交流复合套管的绝缘性。但实践的运行过程中，也要考虑其他因素对运行的影响，要保证整个运行是科学合理的，不受其他外部因素的影响，确保复合套管能够在高压下正常运行。与此同时，为了保证绝缘强度还会在相应的位置设置一定的绝缘距离。
一般情况下，在大电流的作用下，为保证绝缘效果和安全距离，复合套管设计高度必须要达到十几米，整项工作相对来说比较困难，就对设计师的水平存在一定要求。GIS复合套管主要的绝缘介质为SF6气体，内部也是金属屏蔽结构，同时拥有多个支撑绝缘子，有很好的稳定性。还会在套管外部安装环氧玻璃丝来提高绝缘性，在外面也安装一层硅橡胶，充分保证电流能通过中心导杆传入系统当中，也会在套管的底部安装均压环来防止各项电压不稳的情况发生。单从电场计算来看，会对套管使用三维模型建模，可以准确的计算内屏蔽的各处电场，还能优化附近网格，算是在建模技术方面一个好的研究。
在某次事故引起当地电网大面积停电的事故原因分析中，在经过大量考察发现，发生故障的气室所使用的中心导体，主要采用六系铝合金材料，安全质量方面完全符合要求；
但在中心导体焊缝内圈也就是焊缝底部有明显的气孔、疏松等焊接漏洞，在工艺上是不合格的。一般情况下，因为有弯矩的存在，通常会在容易出现裂缝的地方产生裂纹，而且裂纹还会向外扩展，就会增大裂缝，在一定程度上影响焊缝的强度。并且在重力的影响下，裂纹扩大的速度会不断加快。因此裂缝容易在焊接处产生。当然，在实践中也有实例分析，可能是运输方法不对，导体碰撞下造成的裂缝。所以说在某一处发生断裂就很有可能是因为焊接的不稳定，然后其他相应的导体可能会因为某一处的断裂引起其他地方的裂缝，整体没有起到一个支撑的作用，在重力作业引发多处的断裂。但无论是什么原因导致，在事故发生之后，在对断裂的导体进行更换后，还需进行彻底的检查。
事故检查在4个方面进行：（1）第一次检查时现场检查该220kV变电站第一条母线套管伸缩节预留伸缩间隙消失，而且现场已拉伸至419mm，已经大大超过了极限的位置，厂家的基准值是400mm，极限值是47mm，但是其他的气室伸缩节都处于正常范围。（2）是对周边环境检查，因为天气的原因，最近一直有暴雨，甚至特大暴雨，导致西北部聚变电站60多米处的河水持续泄洪，变电站因受暴雨的影响，导致组合电器设备基础周边地龟裂，导致伸缩节产生大规模形变，220kV第一气室伸缩节拉伸至419mm。（3）巡查记录检查，在进行巡查时严格按照国家相关规定来开展巡视以及红外测温工作，自从2021年以来，累积对220kV组合电器，共巡视了55次对红外测温19次，每次设备均没有异常，地面也没有明显的裂纹，巡查记录检查数据还是相对来说比较合格的。（4）解体故障气室，对现场进行解体检查220kV第一气室内B相导体在伸缩节东侧连接结构件处脱落而且端部屏蔽了对筒体放电，梅花触指第一道弹簧断裂脱落，触指屏蔽罩底部大面积放电损伤，底部烧穿约1cm两个洞口，A、C两相触头存在发热痕迹，母线筒壁表面附着大量白色氟化物粉尘。事故研究表明，地基松动、土地龟裂导致的伸缩节拉伸是主要原因，保证支撑在一个相对高度，使伸缩节受力在一个规定的范围内，势在必行。
在我国一般采用的GIS套管支撑都是使用一定的高度固定金属支撑，一般情况下不能调节支撑高度，就导致在实际的工作中不能调节相应的高度，在一定程度上造成了此次事故，所以说设计师为了解决这种问题，专门设计了一种可以伸缩的支撑，也就为在使用的过程中就更加方便，GIS设备套管的重量都是由4根高强度螺杆和1根中心高度调节螺杆支撑，也对地基有一定的标准，地基如果说其他因素的影响，一般会松开高强度螺旋杆，之后由中心螺旋杆调整高度，从而达到支撑调节的目的，而且能根据地基的变化随时做成调整，使套管处于正常的水平状态。
就目前来看，在各高压变电站采用可伸缩式支撑，尤其是在某些恶劣天气较多、地基改变可能性较大的地区是很有必要的。由于复合套管一经安装后即不可移动、原则上不得大规模重新处理，对此，在使用了可伸缩式支撑之前，对复合绝缘子套管结构进行模拟是非常有必要的。
我国特高压的GIS装置以及基础的设计都是有迹可循的，除了GIS设备线管套的重心比较高之外，其余设备的重心相对来说都比较低，以保证设备运行安全，避免质量问题。除此之外可能还对有环境因素一些影响比如说地震波的作用下，面积足够大的基础上的设备经历的变形和应力都相对来说比较小，面积小的则表现相反。因此必须要考虑不同基础之下设备的不同影响。同时出现套因为管布置在单独的基础之上，需要对其进行独立计算，通常会使用ANSYS、DASAPW分析软件对复合绝缘子套管进行材料特性进行模拟计算。
为保证研究的可行性和普遍性，我们进行了地震状态下的套管受力模拟及材料在极限状态下的受力特性。
以本次事故的GIS符合套管对其进行结构分析，220kVGIS复合绝缘子套管主要是由塔形筒、盆式绝缘子、复合绝缘子、底架、导电杆组成。如果说遇到地震时，他们主要的敏感部件为复合绝缘子、导电杆，输入敏感部件特征尺寸。之后地震地面水平X或Y方向加速度0.5g，竖起Z方向0.4g，结构阻尼比2%。最后是地震响应谱:六级地震水平方向地面加速度为5m/s2(0.5g)，阻尼比取2%。DASAPW计算地震响应谱，同时计算出复合绝缘子套管24阶振型频率最大为61.45Hz。输入机械性能常数(套管厂家提供)见，按照GB/T13540-2009、IEC60071-2：2003要求的响应谱(RRS)，水平方向地面加速度为5m/s2(0.5g)，在地震发生时，通常会考虑相应的叠加水平以及所需要的求和平方根，也就是根据在发生地震时所需要的应力以及竞载和应力的绝对值，使用DASAPW软件进行分析，不考虑风荷，得出结论，在地震影响地基发生偏转的情况下，伸缩节（膨胀节）纵向受力25432N，远高于材料适配的16000N，即在六级地震造成的地基改变下，原有的固定支撑设计已不能满足对套管伸缩节减少重力受力的要求。
（1）在进行吊装工作时，必须要安排专门的人进行指挥负责，全程监护工作，并且一定要确立好分工，每个区域相应的人进行相应的工作。（2）在进行吊装时，还要根据现场的作业环境，井然有序的进行工作，一定要保证各项设备的安全，全面杜绝影响后续的工作。（3）当设备调离地面之后，一定要注意人身安全，一定不能站在吊钩下方和正前方，起吊设备也应该远离人们。（4）在吊装之前，还要对各项设备进行全面的检查，充分确保设备是符合国家标准的，除此之外，还要对设备进行一次清洁处理。（5）在起吊时，防止灰尘进入导管内部会使用无水酒精等对表面的导体和导管内部进行擦拭，会使用塑料布将整个瓷套管做一个防护，而且在起吊的时一定要注意，不能将绳子绑在第一排的孔上，（6）之后一定要将套管清理干净，并且调制到分之三通的上侧，最后将套管慢慢落下，之后在使用没有问题的O型密封圈，对清洁过的表面进行一个防护，护之后还会在表面涂一层硅脂，最后再将密封圈外侧图一圈1527密封胶，然后才能慢慢落下套管，最后是导体插入到梅花触头当中，在之后将连接过的螺栓都装入螺孔之后，一定要拧紧螺栓，确保安全无误后再对其进行主回路电阻测试。（7）在安装结束之后，还可以对其表面进行刷漆处理，使其有一个很好的美观度。
总的来说，一般情况下，伸缩节的补偿都会考虑包括GIS壳体的度变化以及环境引起的变化等，正常情况下伸缩节在GIS设备配置上是科学合理的，而且能满足日常设计需求。而且它可以随时伸缩及其受力裕度，可为安装及系统运行提供更多的便利。本次研究是对在特殊情况下的伸缩节支撑的补充。对于变电站或者开关站内的GIS设备套管支撑位置的地基变化，是通过水平尺来对其进行测量，并且设计了一种可伸缩的支撑，但制作简单，安装起来也非常方便，对各项绝缘均不发生任何影响，最主要的它安全可靠，并且成功的在某110kV开关站得以应用。但与此同时，在安装的时候，也还应当考虑伸缩节的应用场景：（1）在安装设备时，必须要调节在地面上各种因素引起的各种误差；
（2）在进行安装或者是进行修理时，可以利用伸缩节的中心导体上的可拆卸结构，都能对其进行有针对的处理。（3）补偿基础不拘于沉降引起的位移。除此之外还有温度补偿型伸缩节的应用场景：①在进行设备安装时，应该调节地面上所有的因素可引起的误差。②吸收设备外壳的基础和相对热伸缩，③吸收地基因为地震或者是长期的沉降导致的不均匀位移。④同样在进行安装和大修时，可以利用伸缩节和中心导体上的可拆卸结构，对相应的部位进行相应的处理，如采用该类可伸缩式支撑，伸缩节还可以发挥正常的作用，并不会影响设备本身，导致GIS出现各种质量问题，一定程度上为提高GIS的安全和可靠性。
