GIS（Gas Insulated Substation）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱，由于GIS具有占地面積小、絕緣性能高、安全可靠、壽命長、運行方便等特點，它已廣泛應(yīng)用于不同電壓等級的電力系統(tǒng)中。

GIS母線筒采用長距離、高空架設(shè)安裝，其安裝必須考慮土建施工、設(shè)備制造、安裝等產(chǎn)生的誤差，以及運行中溫度變化產(chǎn)生的熱脹冷縮，基礎(chǔ)不均勻沉陷，斷路器操作時的瞬間振動，遇到地震力作用等。這些都可能導(dǎo)致母線筒超過允許的變形和應(yīng)力范圍，嚴重時還將危及GIS的安全運行。

750kV蘭州東變電站800kVGIS母線筒采用新東北公司產(chǎn)品，其安裝長度終期將達310多米，因此長母線筒由外力（主要為溫度變化的熱脹冷縮作用力）產(chǎn)生的位移問題值得進一步研究與總結(jié)。

1 滑塊與伸縮節(jié)在800kVGIS母線筒的應(yīng)用

750kV蘭州東變電站800kVGIS設(shè)備采用一字型二分之三接線，為了抵消外力對母線筒產(chǎn)生的應(yīng)力，目前母線筒在安裝過程中采用了伸縮節(jié)與母線支架滑塊。

1.1 800kVGIS母線筒支撐滑塊應(yīng)用

800kV母線筒每隔5米左右設(shè)置一個支撐點，每個支撐點有兩個支柱，通過兩個

支撐滑塊與母線筒底座相連如圖1。該滑塊可以向四個方向移動，以確保當(dāng)母線筒與支撐部位發(fā)生相對位移時，支撐部位仍然能夠提供對母線筒的可靠支撐。滑塊的位移量反映了母線筒的熱脹冷縮特性，同時也反映了母線筒與支撐部位之間的水平相對位移。但在運行現(xiàn)場支撐滑塊在母線筒移動過程中只起到了滑動支撐作用，對抵消伸縮節(jié)的熱脹冷縮效果不大。

圖1 蘭州東變電站應(yīng)用的GIS母線支撐滑塊

1.2 800kVGIS母線筒伸縮節(jié)應(yīng)用

伸縮節(jié)外形如圖2，其在母線上每間隔15-22米左右設(shè)置一組，主要用于裝配調(diào)整、吸收基礎(chǔ)間的相對位移和熱脹冷縮產(chǎn)生的伸縮量。其裝設(shè)與GIS配電裝置總體布置和相應(yīng)的土建結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，相對于鋁制外殼的GIS配電裝置，自身具有一定承受變形能力。因此，伸縮節(jié)的合理配置一般由制造廠根據(jù)GIS配電裝置總體布置結(jié)構(gòu)計算后提出建議，由工程設(shè)計單位認可實施。

不同品種的伸縮節(jié)有不同的調(diào)節(jié)方法，在工程中一般采用簡化的調(diào)節(jié)方式，下面以拉桿直連型伸縮節(jié)為例說明伸縮節(jié)的調(diào)整注意事項：

(1) 伸縮節(jié)安裝過程中，內(nèi)外側(cè)的螺母要求松開一定尺寸，應(yīng)對管道母線的安裝情況進行調(diào)整，同時要測量調(diào)整前后的安裝尺寸并保證伸縮節(jié)未超出其允許的軸向及徑向調(diào)節(jié)范圍。

(2) 伸縮節(jié)在安裝過程中嚴禁用拉伸、壓縮和偏轉(zhuǎn)伸縮節(jié)的辦法來調(diào)整安裝誤差，這將導(dǎo)致伸縮節(jié)破壞；

(3) 伸縮節(jié)安裝完成后，在產(chǎn)品內(nèi)部充氣體之前應(yīng)鎖死伸縮節(jié)的外側(cè)螺母。

圖2 蘭州東變電站應(yīng)用的GIS母線伸縮節(jié)

2 運行中800kVGIS母線支架位移統(tǒng)計情況

2.1 800kV GIS母線筒支架位移統(tǒng)計

蘭州東變電站位于西北高原地區(qū)，海拔1898米，晝夜溫差最大可達20℃以上，因此由于溫差產(chǎn)生的熱脹冷縮作用對750kV母線筒影響較大。

為了能更好的觀察伸縮節(jié)的效用，運行人員在伸縮節(jié)處放置卡尺，對伸縮節(jié)的變化情況進行了觀察。本文抽取2009年3月份750kVⅠ母東側(cè)伸縮節(jié)每日的變化情況，如圖3所示（伸縮節(jié)伸出位移尺度計為正值，壓縮尺度計為負值）：

由圖3可以看出：750kVⅠ母母線A、B、C三相統(tǒng)計處的伸縮節(jié)在一月內(nèi)發(fā)生了較大的變化，其中早晚變化幅度最大值達13cm。可見伸縮節(jié)在吸收母線外力作用位移時起到了一定積極作用。

圖3 750kVⅠ母母線第13—14支柱間伸縮節(jié)月內(nèi)變化情況

同時，我們對母線筒位移情況也做了觀測研究。根據(jù)某兩日對母線支架位移的測試情況。可見，GIS母線筒東西兩頭處支架位移明顯增大，例如，750kVⅠ母西側(cè)位移為34mm，東側(cè)位移為30mm，750kVⅡ母西側(cè)位移為30mm，東側(cè)位移為16mm，而靠中間處母線筒位移接近零。這表明溫補伸縮節(jié)在溫度變化時，由于兩側(cè)母線筒并未受較大水平力固定，母線筒發(fā)生整體滑動，而溫補伸縮節(jié)起不到相應(yīng)的固定補償作用，這對母線的安全運行產(chǎn)生了負面影響。

2.2 現(xiàn)場運行中所遇到的問題

某日，750kV蘭州東變電站運行人員巡視時發(fā)現(xiàn)750kVⅠ母母線7117接地刀閘B、C相所在垂直段母線筒底部法蘭面西側(cè)漏氣，如圖4所示。此時環(huán)境溫度為-14℃。經(jīng)分析，在環(huán)境溫度急劇變化情況下，母線上安裝的伸縮節(jié)不能完全補償熱脹冷縮變化，引起的應(yīng)力傳遞至母線連接的垂直段母線筒底部，法蘭受力過大造成局部機械損傷，密封性能下降導(dǎo)致SF6氣體泄漏。這種問題的產(chǎn)生進而要求我們繼續(xù)對GIS母線兩端及轉(zhuǎn)角處抵消熱脹冷縮力的問題進行深入研究。

圖4 紅外線照片（750kVⅠ母線B相漏氣點）

3 模型與實際對比研究

3.1模型檢驗（略）

蘭州東變電站伸縮節(jié)均采用軸向調(diào)節(jié)（水平伸縮），本文檢驗?zāi)Ｐ偷慕⒉捎谜w結(jié)構(gòu)和伸縮進行軸向調(diào)節(jié)分析計算。

3.2 實際運況分析（略）

將分析情況匯總?cè)缦拢?/p>

表1 伸縮節(jié)實際變化值與理論計算值對比

(1) 伸縮節(jié)預(yù)壓力調(diào)整過大

在溫度變化時，溫補伸縮節(jié)長度變化較小，伸縮節(jié)未能有效的消除母線筒熱脹冷縮產(chǎn)生的變化量，反而將母線筒變化量傳遞到下一個單元，如此累加后，導(dǎo)致母線東、西兩端垂直母線筒法蘭底座承受的應(yīng)力過大，發(fā)生母線東、西兩端垂直母線筒向西或向東偏移現(xiàn)象。

(2) 現(xiàn)場安裝工藝差

GIS安裝工藝要求很高，在現(xiàn)場安裝GIS母線時，施工人員將伸縮節(jié)全部壓縮后在進行安裝，然后再進行調(diào)整預(yù)壓力，未考慮伸縮節(jié)安裝時的環(huán)境溫度。隨著，環(huán)境溫度的變化，溫補伸縮節(jié)預(yù)壓力不能滿足溫度變化，也是造成伸縮節(jié)不能完全起到溫度補償作用。

(3) 固定支架強度不足引起的固定支架位移

按照設(shè)計原理，母線溫補伸縮節(jié)應(yīng)能補償每個單元的膨脹量，固定支柱不應(yīng)有偏移，但從測試結(jié)果表明，一是由于固定支柱強度不夠，溫補伸縮節(jié)起不到相應(yīng)的補償作用，造成所有固定支柱均有不同程度的傾斜；二是由于垂直母線筒強度不夠，溫補伸縮節(jié)沒有起到相應(yīng)的補償作用，造成母線東、西兩端垂直母線筒向西或向東偏移不同程度的傾斜。

4 GIS母線端部主剛固定支架的應(yīng)用

4.1 解決方案

為了能使熱脹冷縮力在母線端部所產(chǎn)生的較大位移完全被吸收，結(jié)合現(xiàn)場實際分析提出了長距離800kVGIS母線筒架設(shè)末端適當(dāng)增加剛性三角固定支架，如圖5所示。在母線上增設(shè)主剛性支架，可以和原剛性構(gòu)支架（以下稱為次剛性固定支架）配合，減輕次剛性固定支架的負擔(dān)，如圖6所示。

圖5 母線端部主剛性支架的設(shè)置

改善罐體旁通法蘭和底腳法蘭上的受力情況，進而使在溫度變化時所引起的母線筒位移完全被兩固定支架間的伸縮節(jié)和滑塊移動吸收。

4.2 原理分析

主剛固定支架應(yīng)承受的最大荷載應(yīng)考慮在母線筒運行期間可能產(chǎn)生變化的下列荷載：

(1) 管道熱脹冷縮和其他位移產(chǎn)生的作用力和力矩；

(2) 不平衡力造成的波紋膨脹或補償器等的內(nèi)壓作用力及彈性力；

(3) 管體內(nèi)氣體突然變化引起的力，風(fēng)力以及地震力等造成使用期間瞬間和偶爾發(fā)生的荷載應(yīng)計入；

(4) 母線端部彎管內(nèi)氣體變化對支架的作用力。

圖6 現(xiàn)場應(yīng)用的支架及伸縮節(jié)配合情況

蘭州東變電站GIS母線主固定支架可能承受的最大載荷出現(xiàn)在高溫時，此時伸縮節(jié)的內(nèi)壓作用力與伸縮節(jié)變形產(chǎn)生的彈性力方向相同；低溫時，伸縮節(jié)的彈性力與伸縮節(jié)波紋的內(nèi)壓作用力方向相反。這在設(shè)計主固定支架所承受力范圍時應(yīng)該注意。

5 結(jié)論

母線筒熱脹冷縮會使兩端及轉(zhuǎn)角處受到很大的應(yīng)力，威脅到兩伸縮節(jié)端及轉(zhuǎn)角處的焊縫，嚴重時會導(dǎo)致焊縫開裂，引發(fā)設(shè)備事故。雖然支撐滑塊能夠提供母線筒發(fā)生位移時的可靠支撐，伸縮節(jié)能夠一定程度上緩解母線筒熱脹冷縮問題，但在實際應(yīng)用中這些并不能起到完全補償?shù)淖饔谩Ｒ虼斯P者建議今后750kVGIS建設(shè)中應(yīng)該考慮在長母線筒端頭、T型接頭、Π型接頭處增加主剛固定支架，而其具體的力學(xué)分析與工程應(yīng)用還將進一步研究。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“關(guān)于800kVGIS長距離母線筒位移研究”，作者為李大權(quán)、姜飛 等。）