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1、SF6全封闭组合电器长母线位移消除改进措施俎洋辉 郑强 邹启群 高远（安阳供电公司，河南 安阳，455000）摘要：近几年，长母线（一般大于50米）布置的GIS设备广泛应用于电网建设中，由于该设备为整体连接安装，长度较长，基础独立分散制作，因受局部地区外界环境温差影响，造成该设备在运行一段时间内出现位移及母线支撑断裂等现象。本文通过剖析产生SF6全封闭组合电器设备位移的外部原因，总结出预防该类设备隐患方法及处理该类隐患的措施。关键词：SF6全封闭组合电器 母线 位移 隐患Concerning a research that moves the bane of Gas Insulated (Me
2、tal-enclosed) SwitchgearZU Yang-hui ZHENG-Qiang ZOU Qi-quan GAO- Yuan(Anyang Power Supply Company, Anyang, Henan, 455000)Abstract: In recent years, the GIS has many faults and hidden troubles because of the design fault, inferior quality and low-technology, etc. Especially because the disperse and i
3、ndependent manufacture of different technology, and poor manufacture condition, the long generatix GIS would be displacement and the generatix breakage would happen sometimes later. Though analyses the reason of displacement, this article would tell you some methods of preventing GIS from hidden tro
4、ubles and how to deal with these problems.Key words: SF6 Gas Insulated (Metal-enclosed) Switchgear generatix displacement hidden trouble0.引言 GIS设备在电力系统的应用，推动了电力设备进一步实现了无油化率。但是该设备受外界因素影响较大，特别是温差、地质等因素的影响，在母线筒横向及纵向方向产生应力，而设计中的母线波纹管又不能有效地吸收和释放该应力，随着该应力的积累，当积累到一定时间将在承受应力最薄弱点进行释放，由于GIS设备是整理连接，因此承受应力的最薄弱点
5、往往出现在母线筒两端，处于两端的GIS间隔不能有效地释放该应力，从而造成两端的母线支撑（承受应力最薄弱点）断裂，轻者造成该设备整体位移，重者造成该设备漏气、绝缘降低、放电等现象。1.GIS设备主要布置方式1.1 GIS主母线主要布置方式目前，国内GIS设备主母线布置方式主要为“一”字型结构（如图1），主母线的主固定支架通过母线支腿用螺栓连接在整体底架上，整体底架与基础预埋件来实现（如图2）。图1 GIS设备主母线“一”字型布置方式 图2 GIS主母线主固定支架结构实现型式1.2 GIS母线筒滑动支撑的作用GIS母线筒支撑分为三种，第一种是上端与母线筒焊接而成，下端通过螺栓连接到整体底架上的支撑
6、，称之为“焊接支撑”；第二种支撑上端通过胶垫托起母线母线筒，下端与基础槽钢焊接的支撑，称之为“滑动支撑”；第三种支撑设计为“L”型（如图3），上端通过螺栓与母线筒法兰固定，下端通过可调节螺栓与地板固定，称之为“L”型支撑。焊接支撑主要用在出线、主进、PT、母联间隔内，起支撑和固定目下同作用；滑动支撑主要用在间隔之间，滑动支撑可沿母线轴向滑动，径向和垂直方向受约束，同时可承受母线筒自身的重量；“L”型支撑主要用在间隔之间，通过其自身的形变，使母线筒可沿母线轴向滑动，径向和垂直方向受约束，同时可承受母线筒自身的重量，从广义上讲“L”型支撑是滑动支撑的一种。图3 GIS主母线“L”型支撑结构实现型式
7、1.3 GIS母线筒波纹管的作用按照高压组合电器用金属波纹管补偿器（JB/T 106172006）规定，波纹管定义为：膨胀节中由一个或多个波纹及端部直边段组成的挠性元件；膨胀节定义为：波纹管与结构件（法兰、端管、螺杆、铰链等）之和。波纹管主要的作用为：安装补偿作用和温差补偿作用，安装补偿主要补偿安装误差、机械位置变形（地基沉降）、维修拆卸等；温度补偿主要补偿管路温差产生的热变形。 安装补偿与温度补偿的差别：安装补偿要求位移量大，寿命低；温度补偿要求位移量小，寿命高。温度补偿器还可以采用力平衡结构，来降低固定支架的受力（如表1）。项目轴向位移径向位移试验循环次数安装时允许变形量1067安装瞬时压
8、缩变形量-30-7温度变化时允许变形量10-11000表1 厂家提供波纹管在母线筒（长1200mm）-35100下位移量2.GIS设备产生位移的主要原因2.1 盲板力是产生GIS母线筒位移的主要原因依据GIS设计要求定义:GIS设备母线筒由于外界因素变化产生的纵向力为盲板力。产生盲板力的主要因素为外界温差变化影响。盲板力是影响GIS设备安全运行的干扰力，在理论上讲母线筒盲板力为零的时候GIS运行最为安全稳定，但是由于加工GIS设备母线筒所采用的材质为多数是铸铝，铝质材料的线膨胀系数1=23.810-6/，因此在不同温度下会出现热胀冷缩现象，所以说GIS设备母线筒盲板力是客观存在、不可消除的干扰
9、力，盲板力在宏观上通过母线筒位移而表现出来。2.2盲板力在GIS母线筒位移上的表现形式简单地说，盲板力在GIS上通过母线筒位移来表现出来。当纵向盲板力较小的时候，母线筒波纹管通过伸缩可以有效地吸收纵向盲板力，当纵向盲板力较大时（超过波纹管的吸收能力），单靠波纹管伸缩已经满足不了要求，这样就会造成纵向盲板力的积累，由于GIS为整套设备，纵向盲板力将向两端积累。当盲板力积累到一定程度，将在GIS设备两端机械强度最薄弱的地方释放，而两端机械强度最弱的地方就是母线筒焊接支撑处，最后由于盲板力的不断积累，两端支撑出现断裂现象（如图4）。图4 盲板力导致母线筒支撑断裂2.3 盲板力导致GIS设备母线筒最大
10、位移计算（计算公式出处）生产厂家提供的主母线筒体的最大轴向线膨胀位移计算公式为： 式中： 铝合金筒体线膨胀系数（-1），-1； 混凝土材料线膨胀系数（-1），-1；铝合金筒体长度（mm），产品冬季安装，夏季运行（或夏季安装，冬季运行）时主母线筒体的最大温升（与冬季安装时的周围空气温度比较）（）。以本文所述变电站为例，母线筒全长L=12000mm，产品夏季高温安装时主母线筒运行时的最大温升为60，冬季低温运行时主母线筒运行时的最小温升为-20，则：=60-（-20）=80。推出：=+11.6mm，同理，若产品冬季安装，夏季运行，最大轴向线膨胀位移为-11.6mm。“+”表示膨胀，“-”表示收缩。
11、2.4温差是GIS设备产生位移的主要原因由于GIS设备设备大部分是在室外安装，温差变化产生了GIS设备母线筒盲板力，并且该盲板力是客观存在、不可消除的干扰力，盲板力在宏观上通过母线筒位移而表现出来。因外界因素的影响，母线筒盲板力呈现不断积累现象。按照2.3计算结论可以发现：GIS设备在盲板力的作用下最大位移量可以达到11.6mm，该计算结果与表1比较就会发现：普通的波纹管将无法吸收盲板力在母线筒轴向位移（普通波纹管吸收位移为：10）。这样当盲板力积累到一定程度，将在GIS设备两端机械强度最薄弱的地方释放，而两端机械强度最弱的地方就是母线筒焊接支撑处，最后由于盲板力的不断积累，两端支撑出现断裂现
12、象。3.消除GIS设备产生位移的方法3.1消除GIS设备产生位移的几种方法 从理论上来说，想要消除GIS设备位移，就要消除盲板力，但是盲板力是受温差变化而客观存在的干扰力，目前技术想要完全消除盲板力不现实，本文推荐以下三种方法可以有效地降低GIS设备受盲板力干扰而产生位移：1. 将普通波纹管更换为碟簧型波纹管；2. 在装配普通波纹管的母线筒上加装拉杆；3. 过渡母线筒“L”型支撑更换为滑动支撑。3.2将普通波纹管更换为碟簧型波纹管GIS设备母线筒焊接支撑断裂的主要原因就是：普通波纹管不能有效地吸收母线筒所积累的最大盲板力，致使盲板力不断地向母线筒两端积累，以至于焊接支撑断裂后释放。若波纹管能够
13、吸收最大盲板力，这一现将将从根本上得到解决。碟簧型波纹管正是基于此而研发。3.2.1碟簧型波纹管技术原理碟簧型波纹管由波纹管、（中间接管）、法兰、数个碟簧组件（平衡内压产生的推力）等组成。将碟簧组预压至一定位置，使几个碟簧组的弹性力总和等于盲板力，用锁紧螺母锁紧，使用时波纹管补偿器内部压力升至工作压力时松开锁紧螺母，碟簧组的弹性力通过碟簧筒与螺杆传递至两侧法兰，碟簧组产生的弹性力与设备内压产生的推力（盲板力）相平衡。该结构设计的碟簧组所产生的弹性力总和与盲板力大小相等、方向相反，相互平衡。此种力平衡结构为不完全力平衡结构，在膨胀节横向位移时，膨胀节轴向方向没有位移，碟簧的压缩量没有发生变化，产
14、生的弹性力也没有变化，横向位移产生的膨胀节横向刚度力, 与膨胀节的内压无关,膨胀节横向刚度力非常小,可由设备管道系统承受;而在膨胀节轴向位移时，碟簧的压缩量发生变化，产生的弹性力也随之变化，弹性力变化值与碟簧组数(m)成反比，即碟簧组数越多，单个碟簧的位移量越小，碟簧组弹性力变化越小，不平衡的轴向推力越小。反之，即碟簧组数越少，单个碟簧的位移量越大，碟簧组弹性力变化越大，不平衡的轴向推力越大（如图5）。 图5 碟簧型波纹管结构实现型式3.3在装配普通波纹管的母线筒上加装拉杆当运行中的GIS设备母线筒出现位移，母线筒支撑出现断裂现象时，将普通波纹管改为碟簧型波纹管需要全站停电，由于受负荷因素的影
15、响，运行中的GIS设备停电非常困难，该方案不满足现场实际运行条件，此时可以在原有普通波纹管的基础上加装拉杆来解决该问题。加装拉杆时，需停改造母线，将负荷导致另一条母线上即可（对于双母线接线方式），这样不会损失任何负荷，比较符合现场实际运行条件。3.3.1加装拉杆的技术原理在装配普通波纹管的母线筒上加装拉杆的技术原理从本质上说与碟簧型波纹管原理一样，都是通过释放母线筒盲板力来解决母线筒位移问题。在母线筒上加装拉杆还有另一特点：当母线筒产生位移时，通过拉杆的定位、定向，可以使母线筒在轴向方向运动，也就是说拉杆有定向作用（如图6）。 图6装配拉杆结构实现型式3.3.2加装拉杆的技术方案每条母线筒上装配三根拉杆，三根拉杆在母线筒截面圆上成120排列，拉杆两端固定在母线筒辅助法兰处，两端拉杆中间穿过过渡母线筒辅助法兰处（可滑动移动）（如图7），下端栏杆中间穿过母线筒滑动支撑处（可滑动移动）（如图8）。图7：拉杆端头辅助法兰及固定法兰形态（红色为固定拉杆处）图8：过渡母线筒拉杆辅助法兰及固定法兰形态（红色为固定拉杆处）一个母线筒共增加三处拉杆，以母线筒最底部螺钉开始各120设置一处拉杆, 这样的设计结构从母线支架与波纹管配合型式上可实现固定支架波纹管滑动支架固定支架。可以使在一个母线固定单元内吸收掉母线筒热胀冷缩带来的轴向位
