低温环境下GIS安装固定方式探讨

低温环境下GIS安装固定方式探讨

王乐天1芦海波2张黎3

王乐天1芦海波2张黎3

(山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013）

摘要：随着能源基地的建设，在西北、内蒙等寒冷低温地区建设了许多变电站。气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有结构小型化、运行可靠性高、维护方便等优点，在变电站中广泛应用。本文结合具体工程，对比分析了在低温环境下GIS不同安装固定方式的特点，为低温地区的GIS设计和建设提供参考，对其他类似工程也有一定的借鉴意义。

关键词：低温；GIS；固定

0引言

为了实现国家“西部大开发”战略和国家大气污染防治行动计划，我国大规模开发建设煤电基地和风电基地。落实“西电东送”、“北电南送”能源战略，是实现大范围资源优化配置的一项重要举措。随着能源基地的建设，电力系统网架也不断完善，在西北、内蒙等寒冷低温地区建设了越来越多的变电站。

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)由断路器、隔离开关、接地开关、内装式电流互感器、母线、进出线套管、支架及汇控柜等元件组成，并经优化设计有机地按一定的方式组合成的一个整体。[1]具有结构小型化、运行可靠性高、安全性好、维护方便、检修周期长、受外部环境影响小等诸多优点。为了GIS设备在低温地区变电站中广泛应用，更好推广。因此，分析GIS设备在低温地区的固定方式很重要。

1工程概述

本文所分析GIS设备为500kV配电装置，户内布置，500kV交流场采用一个半断路器接线。所属工程位于内蒙古自治区锡林郭勒盟，站址地形属于微丘地貌，相对平坦，稍有起伏，自然地面高程范围为：1128m～1140m，场地土为季节性冻土。站址属于北温带大陆性气候，其特点是四季分明，春季较长且伴有大风，冬季受蒙古高压气流控制寒冷干燥，夏季受季风影响较为温暖和湿润。根据锡林浩特市气象站1953年～2012年的实测资料统计累年各气候特征值，极端最低气温为-42.4℃。

2GIS安装固定方式

合理选择GIS安装固定方式，可以保证500kVGIS现场安装质量，对于提高变电站供电可靠性、电网运行安全稳定性、降低检修成本、提高经济效益都具有较大的现实意义。

目前GIS设备安装固定主要有两种方式：化学螺栓固定和预埋件固定。两种方式的优缺点对比如下：

1、技术性能方面

预埋件固定方式：GIS基础形式多采用大板基础，而大体积板式混凝土基础受温差和冻融循环等因素的影响，极易产生温度裂缝和结构裂缝。如果预埋件尺寸较长，预埋件的热涨冷缩与GIS设备本体的形变不一致，会导致焊接部分应力过大，进而可能损坏设备或者焊缝开列。同时根据《焊接工艺及焊接检验工艺规程》，对于普通钢材焊接时允许的最低环境温度为-10℃。针对预埋件存在的问题，可以通过以下措施解决，（1）缩短预埋件的尺寸，减小预埋件热涨冷缩问题的影响，以适应低温环境。（2）GIS安装时间避开气温较低的时间段，因为本工程配电装置户内布置，可以采取保温措施保证焊接施工的环境温度。

化学螺栓固定方式：化学螺栓属于后加固技术，是靠与混凝土之间的握裹力和机械咬合力共同作用来抗拔和螺栓本身来抗剪来工作的。[2]经调研，化学螺栓安装后最低适用温度为(零下)-40℃，目前暂未验证极限低温环境下化学螺栓的可靠性。同时化学螺栓粘着药剂包要求的施工温度不能低于-5℃，如环境温度在-35℃，需采取保温措施，使混凝土基材的温度升至-5℃以上。针对预埋件化学螺栓存在的问题，可以通过以下措施解决，（1）GIS安装时间避开气温较低的时间段，并采取保温措施。（2）对GIS室采取加热和保温措施。另外，根据测试报告发现，混凝土基材温度与锚栓承载力的关系为：基材高温对承载力有影响(折减)，低温（-40℃以内）没有影响。

最后，根据GIS在地震工况下的受力结果以及《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010），对GIS设备作用点处混凝土基础进行局部受压验算。荷载作用点面积为100mm×100mm。计算过程如下：

根据《混规》附录D.5，D.5.1条第1款，

Fl=26.6KN

因此，预埋件固定方式和化学螺栓固定方式，其受力均满足规范要求。

2、施工工期方面

（1）土建施工施工工期方面

预埋件固定方式：GIS基础工程预埋件需用量大，预埋件的规格、型号繁多，要求预埋件下料准确、对角方正、表面平整、焊接牢固、无翘曲变形。[3]因此，预埋件的土建施工工期较长。

化学螺栓固定方式：无需土建施工提前预埋埋件，因而土建施工工期缩短。

（2）电气安装施工工期方面

预埋件固定方式：设备到货后即可开展GIS设备的安装就位，并随后开展与预埋件的焊接固定工作，电气安装施工工期较短。

化学螺栓固定方式：需先放线、验线精确定位，随后钻孔、清孔，设备就位后置入药剂管、钻入螺栓。同时低温环境下化学螺栓还需要较长的凝胶和硬化时间，因此电气安装施工工期较长。

化学螺栓的凝固时间特性如下：

从上表可以看出，如500kVGIS基础全部采用化学螺栓固定方式，需要增加成本约42万余元。

5、已建过程应用情况

通过对已建500kV及以上过程的调研，预埋件固定方式和化学螺栓固定方式均有大量过程的应用业绩。但是在西北、东北和内蒙等寒冷低温地区，预埋件固定方式应用更广泛。

3结束语

本文结合具体工程实例，根据GIS设备的特点，分别从技术性能、施工工期、施工工艺、经济性和已建过程应用情况五个方面对比分析了预埋件固定方式和化学螺栓固定方式的优缺点。通过对比，两种GIS安装固定方式均能满足一般低温环境的安装和运行要求。但是因为两者在施工工期和投资方面的差别，具体选用哪种固定方式，还需结合具体工程情况来确定。

参考文献

[1]贾瑜，张全安等.高海拔地区750kV全封闭组合电器（GIS）

安装质星控制[J].中国电力.2009，42(5)

[2]韩玉霞.高强化学螺栓的特点及施工工艺简介[J].山西建筑.2012，38(9)

[3]刘敬.特高压构架螺栓预埋及GIS预埋件标准工艺应用[J].山西建筑.2013，39(7)

作者简介:

王乐天（1982-），男，山东省济南市，工程师。主要从事电网变电一次设计。

芦海波（1987-），男，山东省济南市，助理工程师。主要从事电网设计。