怎樣解決GIS長(zhǎng)距離母線筒的位移問(wèn)題？
chanong
GIS復(fù)合電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，為了更好的解決GIS設(shè)備長(zhǎng)距離母線運(yùn)行后的水平和垂直位移問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用的方法是伸縮縫并增加水平滑塊�？偨Y(jié)750kV蘭州東變電站3年多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析伸縮縫和水平滑塊的應(yīng)用效果，采用一次剛性固定支架、伸縮縫、滑塊支架和二次剛性固定支架，分析如何解決問(wèn)題。提出長(zhǎng)母線問(wèn)題、筒端位移問(wèn)題，最后給出膨脹節(jié)位移模型，并與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
GIS（Gas Insulated Substation）是氣體絕緣全封閉復(fù)合電氣設(shè)備的英文縮寫，它具有安裝面積小、絕緣性能高、安全可靠性高、壽命長(zhǎng)、操作方便等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。用于電力領(lǐng)域。系統(tǒng)中不同電壓等級(jí)的電源。
由于GIS母線安裝距離長(zhǎng)、海拔高，安裝時(shí)要考慮土建工程、設(shè)備制造、安裝等造成的誤差、運(yùn)行過(guò)程中溫度變化引起的熱脹冷縮、地面不均勻沉降、地面沉降等。需要這樣做。斷路器操作、振動(dòng)、地震力等的瞬時(shí)變化會(huì)導(dǎo)致母線變形和應(yīng)力超過(guò)可接受的限度，在嚴(yán)重的情況下會(huì)危及GIS的安全運(yùn)行。
750kV蘭州東變電站800kV GIS母線采用新東北公司產(chǎn)品，安裝長(zhǎng)度最終將達(dá)到310米以上，因此存在長(zhǎng)母線因外力（主要是熱膨脹）產(chǎn)生位移的問(wèn)題和收縮力）的發(fā)生（由于溫度變化）值得進(jìn)一步研究和總結(jié)。
1 滑塊和伸縮縫在800kVGIS母線中的應(yīng)用750kV蘭州東變電站800kVGIS設(shè)備采用一字形3/4接線，目前安裝時(shí)設(shè)有伸縮縫，以抵消外力對(duì)母線造成的應(yīng)力。并使用伸縮縫。母線加工母線支撐滑塊
1.1 800kVGIS母線支撐滑塊的應(yīng)用
800kV母線大約每隔5米有一個(gè)支撐點(diǎn)，每個(gè)支撐點(diǎn)有兩個(gè)支柱。
支撐滑塊連接至母線基座，如圖1所示。由于滑塊能夠向四個(gè)方向移動(dòng)，因此即使匯流條筒與支撐部相對(duì)位移，支撐部也能夠可靠地支撐匯流條筒�；瑝K的位移反映了母線筒的熱脹冷縮特性，也反映了母線筒與支撐段之間水平方向的相對(duì)位移。但在運(yùn)行中，支撐滑塊僅起到母線移動(dòng)時(shí)滑動(dòng)支撐的作用，對(duì)于抵消膨脹節(jié)的熱脹冷縮作用不大。
圖1 GIS母線支撐滑塊應(yīng)用于蘭州東變電站
1.2 800kVGIS母線膨脹節(jié)的應(yīng)用
膨脹節(jié)外觀如圖2所示。一組膨脹節(jié)每隔約1522米安裝在母線上，主要用于裝配調(diào)整，吸收基礎(chǔ)間的相對(duì)位移和脹縮。它是由熱膨脹和收縮引起的。其安裝與GIS配電設(shè)備的整體布局及其相應(yīng)的土建結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，與鋁外殼的GIS配電設(shè)備相比具有一定的抗變形能力。因此，伸縮縫的合理配置一般是根據(jù)GIS配電設(shè)備的總體布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，然后由制造廠提出，并由工程設(shè)計(jì)部門批準(zhǔn)實(shí)施。
膨脹節(jié)的調(diào)整方法根據(jù)類型的不同而有所不同，但從工程角度來(lái)看，簡(jiǎn)單的調(diào)整方法是常見(jiàn)的，所以我們以拉桿直連式膨脹節(jié)為例來(lái)說(shuō)明調(diào)整膨脹節(jié)時(shí)需要注意的事項(xiàng)。
(1)膨脹節(jié)安裝過(guò)程中，需要將內(nèi)外螺母擰松到一定尺寸，并且需要調(diào)整管母線的安裝情況以及前后安裝尺寸調(diào)整。必須進(jìn)行測(cè)量以確保膨脹節(jié)不超過(guò)允許的軸向和徑向方向。
(2)伸縮縫安裝過(guò)程中，嚴(yán)禁通過(guò)拉伸、壓縮、偏轉(zhuǎn)伸縮縫來(lái)調(diào)整安裝誤差。這可能會(huì)損壞膨脹節(jié)。
(3)膨脹節(jié)安裝完畢后，必須先將膨脹節(jié)外螺母鎖緊，然后再將膨脹節(jié)本體鎖緊在產(chǎn)品內(nèi)部。
圖2 GIS母線膨脹節(jié)應(yīng)用于蘭州東變電站
2 800kV GIS母線支架運(yùn)行中位移統(tǒng)計(jì)2.1 800kV GIS母線支架位移統(tǒng)計(jì)
蘭州東變電站地處西北高原，海拔1898米，晝夜最大溫差達(dá)20攝氏度以上，因溫差引起的熱脹冷縮影響顯著。至750kV母線。
為了更好地觀察膨脹節(jié)的有效性，操作人員將卡尺放在膨脹節(jié)上，觀察膨脹節(jié)的變化。本文提取2009年3月750kV母板東側(cè)膨脹縫日變化量如圖3所示（膨脹縫的膨脹位移規(guī)模計(jì)為正值，壓縮規(guī)模計(jì)為正值）正值）。）負(fù)值）：
從圖3可以看出，750kV母線A、B、C母線三相統(tǒng)計(jì)中伸縮縫在一個(gè)月內(nèi)變化較大，早晚變化最大達(dá)到13 cm。可見(jiàn)，膨脹節(jié)對(duì)吸收母線因外力產(chǎn)生的位移起到了一定的作用。
圖3 750kV母線第13、14列脹縮量逐月變化
同時(shí)，我們還對(duì)母線筒的位移進(jìn)行了觀察和研究�；跒槠�2 天的母線支架位移測(cè)試�？梢钥闯�，GIS母線筒東西兩側(cè)支架位移明顯增大（如750kV母線，西側(cè)位移34mm，東側(cè)位移30mm） ）。 750kVII母線西側(cè)位移30mm，東側(cè)位移16mm，中心母線筒位移幾乎為零。這是因?yàn)楫?dāng)溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)的溫度發(fā)生變化時(shí)，兩側(cè)的母線筒受到很大的水平力而沒(méi)有被固定，所以整個(gè)母線筒會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)就會(huì)起到相應(yīng)的作用。表明這是不可能的。存在固定補(bǔ)償作用，對(duì)母線安全產(chǎn)生負(fù)面影響，運(yùn)行受到不利影響。
2.2 現(xiàn)場(chǎng)操作中遇到的問(wèn)題
一天，750kV蘭州東變電站運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)B、C相所在的750kV母線7117接地刀閘垂直部分母線筒底部法蘭面西側(cè)漏氣。如圖4所示。此時(shí)的環(huán)境溫度為-14。分析結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境溫度快速變化時(shí)，附在母線排上的膨脹節(jié)不能充分補(bǔ)償熱脹冷縮的變化，產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)傳遞到與母線排連接的垂直母線筒的底部。被傳送到.法蘭會(huì)受到過(guò)大的應(yīng)力，發(fā)生局部機(jī)械損傷，導(dǎo)致密封性能差，SF6氣體泄漏。這一問(wèn)題的出現(xiàn)，需要繼續(xù)深入研究GIS母線端部和角部熱脹冷縮力的平衡問(wèn)題。
圖4 紅外照片（750kV母線B相漏氣位置）
3 模型與現(xiàn)實(shí)的比較3.1 模型試驗(yàn)（略）
蘭州東變電站的伸縮縫均采用軸向調(diào)整（水平伸縮），本文在搭建試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，采用整體結(jié)構(gòu)和伸縮縫對(duì)軸向調(diào)整進(jìn)行分析計(jì)算。
3.2 實(shí)際運(yùn)行情況分析（略）
分析總結(jié)如下。
表1 伸縮縫實(shí)際變化值與理論計(jì)算值對(duì)比
(1)膨脹節(jié)預(yù)緊力調(diào)整過(guò)大
溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)即使在溫度變化時(shí)，長(zhǎng)度也幾乎沒(méi)有變化，但由于母線熱脹冷縮而產(chǎn)生的變化無(wú)法有效去除，母線的變化會(huì)傳遞到下一個(gè)單元去做。累積后，母線東西兩端垂直母線的翼緣根部受到過(guò)大的應(yīng)力，導(dǎo)致母線東西兩端垂直母線向西或向東偏移。
(2)現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝不完善
GIS安裝過(guò)程要求很高，在現(xiàn)場(chǎng)安裝GIS母線時(shí)，施工人員在安裝前將所有伸縮縫壓緊，沒(méi)有考慮伸縮縫安裝時(shí)的環(huán)境溫度，我當(dāng)時(shí)正在調(diào)整預(yù)緊力。如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)的預(yù)緊力將不再能夠響應(yīng)溫度變化，膨脹節(jié)將不再能夠充分發(fā)揮其溫度補(bǔ)償功能。
(3)固定支架強(qiáng)度不夠?qū)е鹿潭ㄖЪ苠e(cuò)位
根據(jù)設(shè)計(jì)原理，母線溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)應(yīng)能補(bǔ)償各單元的膨脹，防止固定柱偏移，但根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，首先是強(qiáng)度不足，所以固定柱如果固定后，溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)就無(wú)法相應(yīng)地發(fā)揮作用。補(bǔ)償效應(yīng)導(dǎo)致所有固定柱以不同角度傾斜。其次，垂直母線筒強(qiáng)度不足，使得溫度補(bǔ)償膨脹節(jié)無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用。相應(yīng)的補(bǔ)償作用使母線東西兩端的垂直母線筒向西或向東移動(dòng)，并偏移不同的傾斜角度。
4 GIS母線端部主固定固定支架的應(yīng)用4.1 解決方案
為了充分吸收母線端部熱脹冷縮力引起的大位移，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析，我們建議在遠(yuǎn)距離800kVGIS端部適當(dāng)增設(shè)剛性三角形固定支架。組裝母線筒，如圖5 所示。如圖6所示，母線增設(shè)主剛性支架，可與原有剛性支架（以下簡(jiǎn)稱次剛性固定支架）配合，減輕次剛性固定支架的負(fù)擔(dān)。
圖5 母線端部主剛性支架安裝
改善了罐體旁通法蘭和底腳法蘭上的應(yīng)力，母線因溫度變化而產(chǎn)生的位移完全被膨脹節(jié)與兩個(gè)固定支架之間滑塊的移動(dòng)所吸收。
4.2 原理分析
主固定支架必須承受的最大載荷必須考慮母線運(yùn)行過(guò)程中可能變化的下列載荷：
(1)管道熱脹冷縮及其他位移引起的力和力矩。
(2)不平衡力、補(bǔ)償器內(nèi)壓等以及彈力引起的波形擴(kuò)展。
(3)應(yīng)包括管體內(nèi)氣體突變引起的力、使用中風(fēng)、地震力引起的瞬時(shí)和暫時(shí)載荷。
(4)氣體施加在支架上的力在母線端部彎頭處發(fā)生變化。
圖6 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整支架和伸縮節(jié)使用
蘭州東變電站GIS母線主固定支架所能承受的最大載荷出現(xiàn)在高溫時(shí)，此時(shí)膨脹節(jié)內(nèi)壓與膨脹節(jié)變形產(chǎn)生的彈力方向相同。膨脹節(jié)；低溫時(shí)，膨脹節(jié)的彈力與膨脹節(jié)波形方向相同，內(nèi)壓方向相反。在設(shè)計(jì)主固定支架的受力范圍時(shí)請(qǐng)記住這一點(diǎn)。
5 小結(jié)母線筒的熱脹冷縮在兩端和拐角處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致兩個(gè)膨脹節(jié)端部和拐角處的焊縫產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)焊縫裂紋，造成設(shè)備事故。雖然支撐滑塊可以在母線位移過(guò)程中提供可靠的支撐，并且膨脹節(jié)可以在一定程度上緩和母線的熱脹冷縮，但在實(shí)際應(yīng)用中并不能完全補(bǔ)償。因此，筆者考慮在長(zhǎng)母線筒端部增設(shè)主剛性固定支架、T型接頭、型接頭，并在今后750kV GIS施工中對(duì)其進(jìn)行具體的力學(xué)分析和工程建議：有必要。該應(yīng)用將進(jìn)一步研究。
（編輯《電氣技術(shù)》，原標(biāo)題為《800kVGIS長(zhǎng)距離母線筒位移研究》，作者為李大全、蔣飛等）