DOI：10.16660/jki.1674-098X.2018.33.015
刘旭 卢鹏 张海宾 马靖 苏其莉
(河南平高电气股份有限公司 河南平顶山 467001)
摘 要：GIS设备因其占地面积小、配置灵活、受外部环境影响小等优点，倍受电力用户青睐，目前已成为电网的关键设备。
GIS较多的用在常温地区，如用在低温地区，需考虑SF6气体液化、机构的特性、材料的低温性能、密封等影响，本文提出了针对GIS设备在低温工况下的应对方案，其中着重论述了应对SF6气体液化的三种应对措施，可为GIS电站设计人员提供设计参考和建议。 关键词：GIS设备 低温
中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)11(c)-0015-02
1 概述
气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）作为一种集联络、控制、测量和保护为一体的高度集成化开关电器，具有占地面积小、配置灵活、受外部环境影响小等优点，倍受电力用户青睐。近年来，国家电网公司系统GIS 装用量增长迅猛，且大部分设备运行于枢纽变电站和城区变电站，对电网的安全运行极其重要。
GI S大部分地区最低温度均高于-25℃，但在我国新疆、内蒙古、青海及甘肃北部等地区冬季极低温度可达-45℃以下，给GIS的运行带来不便，低温带来的主要问题有SF6气体液化导致的气压降低，影响开关的正常绝缘和开断特性，更严重的可以造成设备故障，同时在低温下对机构、密封性能等也有影响，此时就需要考虑设备在低温工况下运行的应对措施。
2 GIS设备SF6气体液化应对措施
目前常用的低温应对方案有降低气压、采用加热措施、采用混合气体。 2.1 降低气压
SF6气体具有优良的绝缘特性和物理稳定性，适合作为高压电器中的绝缘介质而广泛应用于电力行业，但存在液化温度高的问题，在常温下有足够的压力就可液化。根据SF6气体的状态曲线可知SF6气体在各个压力下的液化温度如表1所示。
以某产品型号的GIS设备为例，其断路器气室最低功能压力0.5MPa，主母线等气室最低功能压力0.3 MPa，可知断路器最低运行温度为-32.5℃，主母线等设备最低运行温度为-44.3℃。
如产品有较大的绝缘裕度，GIS可降低气压使用，对断路器由于涉及到开断性能，最低功能压力一般不轻易改变，如更改需进行改进和型式试验项目较多，经济性差，更多的采取加热的措施。
对母线等设备，由于不涉及开断，较多的采用降低气压的应对措施，降低气压影响较大的是绝缘性能，需进行详细的计算评估，降低气压后进行相应的绝缘、温升等型式试验验证。
2.2 采用加热措施
对断路器采用加热措施是比较经济实用的做法，具体为在壳体外部装加热带，使气室内部在-45℃时，SF6气体压力保持在最低功能压力之上，满足产品运行环境要求。
采用加热措施优点如下：
（1）加热带结构简单，制造方便成本较低。
（2）不需进行大量的试验，仅需进行低温试验即可。
（3）一年中低温持续天数较少，大部分时间加热带不需投运，当环境温度达到-25℃时，温控器动作，使加热带回路接通，开始对壳体内SF6气体加热，当环境温度回升到-20℃时，温控器动作，使加热带回路切断，因此加热带的实际运行时间极短。
加热带功率的计算可采用三维软件建模仿真分析计算，计算确定初步需要功率，再进行相应的低温型式试验验证后最终确定。
简易计算方法可采取与温升试验数据对比的计算公式[1]。
2
1
2丁pv病毒
T
K
滴水架
K
T
RI
P
r
s
r
∆
∆
=
式中：R—开关回路电阻（μΩ）；
I r—开关额定电流（A）;
△T1—补充温度（℃），即运行温度与液化温度差；
△T2—开关温升试验时SF6气体的温升（℃）；
K S—加热保温带面积与开关散热面积之比；
K r—加热器传热系数，一般取K r=0.8。
2.3 采用混合气体
bbzs
在1997年通过的防止全球气候变暖《京都议定书》中，SF6气体被列为六种受限制的温室气体之一，到2020年要
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个监测点的原始实时数据存储到服务器上，供软件处理，实时显示出矿区沉降值，此项目中，华测X60 GPS接收机的原始数据采样间隔为10Hz。 此方案监测单元由一个参考站（R1）和六个监测站(M1,M2,…,M6)组成。其中参考站根据实际情况，确定其具体位置，大致安置在监控中心附近；六个监测站的布设，根据项目需要，其中一个建设在井
口，对其井筒进行变形监测，根据已有资料，顺着等高线的变化情况，我们将测区分划成纵横两个方向，根据资料分析可得纵横线相交点是变形量最大的点位，所以在这个地方布设监测点是非常有必要的，同时根据需要在纵横方向上分别布设两个变形监测点，所以监测点都需布设在采空区形变监测需要的特征点上，具体位置根据金矿采空区地表监测网设计的具体位置布设，当然也要考虑GPS卫星接收情况等因素。
对各个监测点实时进行三维方向上的动态监测，通过变形监测提供的数据，进行解算出各个监测点的变化趋势，起到预警的作用，同时当某监测在主要监测方向上变化速度、加速度及位移量等突然发生大的变化就促发报警，报警方式可以通过短信等方式进行。
3 结语
矿山开采塌陷具有不确定性特别具有突发性，因此矿
山开采沉降区GPS智能监测系统是保证矿山安全生产的重要部分，地表移动位移监测是研究工作中的重要技术手段，也是借助获得的基础数据来了解井下采矿过程中岩体移动在地表上的动态反映，并出地表移动和变形规律的必要工作。
四技术
总之，采空区引起的地表塌陷是各大矿山不可避免的问题，如处理不当会引起严重的后果，GPS智能监测系统建立研究，为我矿带来巨大的经济效益和社会效益，且影响长远、意义重大。
参考文献
[1] 李志.GPS控制测量在平面与高程精度控制中的应用[J].工程建设与设计,2018(20).[2] 中国矿业学院测量教研室．矿山测量学[M].北京：煤炭工业出版社,1979．
[3] 张书华，陈洪年，李洪亮.用GPS快速静态方式监测地面位移[J].西部探矿工程,2018(11).[4] 徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社,2002.
(上接15页)
煤层注水器基本限制其使用。目前国网公司也在统一部署开展GIS设备采用混合气体的研究，对母线也可以采用混合气体的应对方案，目前各主要GIS设备厂家也已经完成除断路器外的SF 6/N 2混合气体的相关型式试验，正在试点推广。
混合气体的配比和压力的确定，主要考虑使用混合气体后绝缘水平、额定压力、温升、壳体、绝缘隔板的机械强度等关键参数，通过计算和校核后确定。目前确定的方案为SF 6/N 2混合比采用30%:70%，额定压力0.7MPa。
混合气体主要进行的型式试验项目有绝缘、温升、气密等。按上述比例确定的混合气体，SF 6气体分压比为0.21 MPa，满足-50℃以下的运行环境温度。
其中混合气体还有采用SF 6+CF 4混合气体的方案，CF 4的液化点比SF 6低很多，在0.7MPa左右时也满足-50℃以下的运行环境温度。
3 GIS设备其他低温应对措施
机构箱一般空间较小，采用内部加热的方案，在机构门上粘贴双层保温层，同时采用低温润滑脂来保证机构传动部分的可靠运动。
为了保证低温密封环节的可靠性，通过采用低温密封圈来保证壳体间的良好密封，保证在低温地区设备的年漏气率≤0.5%，密封圈主要考虑硬度、弯曲、压缩永久变形等特性在低温下的变化，选用耐低温材料配方，通过低温
气体压力(MPa)
0.60.50.40.350.30.29液化温度℃-27.5-32.5-38-41-44.3-45
试验进行试验验证。
壳体、气密螺栓等也需要选择16MnDR、35CrMo等能够耐低温性能的材质，通过研究低温材料的硬度、拉伸强度、低温冲击功、断后伸长率等特性在低温下的变化，开发出适用于低温环境的零部件。
4 结语
以上方案都可解决GIS设备低温运行问题，相比而言，断路器采用加热方案最优，对母线等其余设备如产品绝缘裕度大，优先考虑降低气压方案，其次为混合气体或加热方案。具体低温应对方案可综合考虑电站布置形式，保证运行可靠性的前提下，合理选择应对方案。
参考文献
[1] 黎斌.SF6高压电器设计[M].北京：机械工业出版社，2015.
活动装置
表1 SF 6气体在各个压力下的液化温度
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