GIS 全封閉變電站在禹門(mén)口一級(jí)泵站工程的應(yīng)用

劉若宙

(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030024)

1 概述

山西省禹門(mén)口一級(jí)泵站改擴(kuò)建工程位于山西省河津市境內(nèi)，緊靠原禹門(mén)口一級(jí)站上游側(cè)，距黃河禹門(mén)口峽谷出口約80m，距河津市區(qū)約15km，該工程站址與原禹門(mén)口一級(jí)泵站廠房及變電站相鄰，因此采用與一級(jí)站共用變電站的方式。該變電站電源引自相距約12km的清澗變電站，導(dǎo)線規(guī)格為L(zhǎng)GJ-120。雖然本站是單電源供電，但由于清澗變電站為雙回220 kV進(jìn)線，供電系統(tǒng)還是較為可靠的。通過(guò)對(duì)一級(jí)泵站110 kV變電站的改建，新增兩個(gè)110 kV出線間隔，增設(shè)兩臺(tái)主變壓器，實(shí)現(xiàn)新舊兩泵站共用一個(gè)變電站，充分利用現(xiàn)有變電站，使改擴(kuò)建工程更經(jīng)濟(jì)合理。

2 變電站的方案比選

根據(jù)電氣主接線的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合泵站裝機(jī)容量、臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方式和電力系統(tǒng)情況，對(duì)泵站變電站進(jìn)行了新建110 kV的GIS全封閉變電站和改擴(kuò)建現(xiàn)有一級(jí)站110 kV戶(hù)外變電站的方案比較，決定采用新建110 kV的GIS全封閉變電站，原因如下:

1)本工程是改造工程，原有變電站已有兩個(gè)出線間隔，改造后需要增加兩個(gè)出線間隔，若擴(kuò)建現(xiàn)有變電站，所需占地面積大，考慮到變電站在公路附近，擴(kuò)地難度大，協(xié)調(diào)工作大，資金投入大，所以改擴(kuò)建現(xiàn)有一級(jí)站110 kV戶(hù)外變電站不合適。2)本站地處黃河邊，且離公路不遠(yuǎn)，因此，項(xiàng)目區(qū)污穢等級(jí)高，潮濕度大，若對(duì)現(xiàn)有一級(jí)站110 kV戶(hù)外變電站進(jìn)行擴(kuò)建，則需投入很大的財(cái)力和人力進(jìn)行維護(hù)，這無(wú)疑增加了后期運(yùn)行成本。3)新建GIS站為室內(nèi)全封閉開(kāi)關(guān)站，占地面積較小，由于封閉式的元件不受污染、潮濕等因素的影響，且SF6氣體為絕緣介質(zhì)，其本身不燃燒，且滅弧性能好，絕緣性能極佳，該氣體充斥其中可保證可靠的運(yùn)行，相對(duì)維護(hù)工作特別少，符合“無(wú)人值班、少人值守”設(shè)計(jì)理念。

3 方案概述

本工程通過(guò)對(duì)一級(jí)泵站110 kV變電站的改建，新增兩個(gè)110 kV出線間隔，增設(shè)兩臺(tái)主變壓器，實(shí)現(xiàn)新舊兩泵站共用一個(gè)變電站。變電站110 kV母線采用單母線形式，套管進(jìn)線間隔一回，套管出線間隔四回，PT/避雷器保護(hù)間隔一回。原變電站兩臺(tái)110/6 kV主變壓器仍留用，容量為6 300 kVA/臺(tái)，新增設(shè)兩臺(tái)110/10 kV主變壓器，容量均為6 300 kVA/臺(tái)，四臺(tái)變壓器高壓側(cè)均引自GIS開(kāi)關(guān)室套管出線間隔。

由于原泵站主變低壓側(cè)為6 kV電壓等級(jí)，而現(xiàn)階段主變等級(jí)為10 kV，所以擴(kuò)建泵站采用10 kV母線配電方式，變壓器低壓側(cè)以10 kV電纜經(jīng)電纜溝引至泵站10 kV高壓開(kāi)關(guān)室的10 kV成套配電裝置。對(duì)擴(kuò)建泵站10 kV母線側(cè)分別進(jìn)行單母線和單母線分段兩個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，考慮到該站裝機(jī)兩臺(tái)，廠房開(kāi)挖難度較大，面積應(yīng)盡量最小，單母線接線方式便可以滿(mǎn)足運(yùn)行需要，所以，以節(jié)省投資為原則，本站10 kV母線側(cè)推薦采用單母線接線方案。

另外，因電動(dòng)機(jī)功率因素較低，專(zhuān)設(shè)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置一套，補(bǔ)償容量為4800 kVAR，兩組投切。

為保證站用負(fù)荷用電，電站設(shè)兩臺(tái)站用變壓器，分別接在泵站10 kV母線和現(xiàn)有禹門(mén)口一級(jí)泵站6 kV母線，站用電接線低壓側(cè)采用單母線不分段接線方式。

4 GIS全封閉變電站特征

1)節(jié)約占地，大大減少了征地、拆遷、賠償?shù)葮O為昂貴的費(fèi)用，迎合了國(guó)家的政策。具體來(lái)說(shuō)，220 kV GIS設(shè)備比常規(guī)設(shè)備的占地面積少約60%;110 kV GIS設(shè)備比常規(guī)設(shè)備的占地面積少約54%。2)絕緣性能高，滅弧性能強(qiáng)。SF6氣體為絕緣介質(zhì)，其本身不燃燒，滅弧性能好，絕緣性能極佳，該氣體充斥其中可保證可靠的運(yùn)行，相對(duì)維護(hù)工作特別少，符合“無(wú)人值班、少人值守”設(shè)計(jì)理念。3)環(huán)保、抗潮性強(qiáng)。GIS站為室內(nèi)全封閉開(kāi)關(guān)站，占地面積較小，且封閉式的元件不受潮濕、污染等因素的影響，GIS設(shè)備能滿(mǎn)足極強(qiáng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和抗潮強(qiáng)度。4)安裝工期短，大大節(jié)約施工時(shí)間。GIS設(shè)備元件較為平常，有很好的通用性，加上積木式的結(jié)構(gòu)，且組合安裝在運(yùn)輸單元中，到達(dá)工地就位固定，其工作強(qiáng)度約為常規(guī)設(shè)備安裝工作量的20%，大大節(jié)約安裝時(shí)間。

5 變電站GIS設(shè)計(jì)及運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題

GIS的總體布置:對(duì)GIS進(jìn)行總體布置時(shí)，電力電纜敷設(shè)、控制和繼電保護(hù)盤(pán)的布置、架空線走向等因素成為考慮內(nèi)容。在進(jìn)行室內(nèi)布置時(shí)，GIS設(shè)備的寬度和通道寬度決定GIS室的寬度。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)時(shí)，GIS設(shè)備需要裝設(shè)臨時(shí)SF6空氣套管，嚴(yán)格按照規(guī)范要求計(jì)算帶電體與墻壁之間的距離，考慮到進(jìn)出電纜對(duì)工作通道寬度的要求，計(jì)算出移動(dòng)式SF6氣體回收裝置的寬度及轉(zhuǎn)彎半徑，及其檢修和搬運(yùn)GIS組件所需要的寬度。GIS室的高度需要考慮到設(shè)備運(yùn)輸，安裝，大修和試驗(yàn)時(shí)對(duì)室內(nèi)高度的要求，當(dāng)其進(jìn)行檢修時(shí)，有足夠空間能整體吊斷路器及其組件，尤其在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)時(shí)，帶電體與房頂有充足且安全的距離。在進(jìn)行戶(hù)外布置時(shí)，考慮到可能開(kāi)進(jìn)汽車(chē)起吊等作業(yè)，通道的寬度和通道上架空跳線的高度有相應(yīng)的要求，一般距GIS外緣不得小于3.5m。GIS的土木建筑設(shè)計(jì):GIS設(shè)備的各個(gè)元件用螺栓連接，基礎(chǔ)預(yù)埋槽鋼之間的水平誤差不能超過(guò)2mm，母線管法蘭連接時(shí)的垂直誤差不能超過(guò)0.5mm，保證了SF6氣體不泄漏。GIS的通風(fēng)設(shè)計(jì):通風(fēng)設(shè)備必須裝設(shè)于GIS室內(nèi)，并且保證通風(fēng)量為GIS室空間體積的3倍～5倍，按照規(guī)范要求，考慮到發(fā)熱通風(fēng)的因素，GIS室里的出風(fēng)口布置于室內(nèi)的上部，這樣便可以滿(mǎn)足SF6氣體的體積分?jǐn)?shù)不大于1000mL/m3，室內(nèi)的含氧量高于18%，可防止GIS外殼發(fā)生爆裂后不能可靠排出SF6氣體，也便于運(yùn)行人員進(jìn)入GIS室前對(duì)室內(nèi)進(jìn)行換氣。GIS室通風(fēng)設(shè)備的出風(fēng)口應(yīng)設(shè)在GIS的下部，主要原因是SF6氣體的比重是空氣比重的5倍，容易積聚在電纜溝或接近地板的底層空間，其出風(fēng)口在GIS的下部能保證設(shè)備有效排出外溢的SF6氣體。GIS設(shè)備的故障分析:GIS可靠性高，檢修周期長(zhǎng)，維護(hù)工作量少，其故障率只有常規(guī)設(shè)備的20%～40%。在安裝或大修后投入運(yùn)行的一年內(nèi)，GIS設(shè)備會(huì)出現(xiàn)背部閃絡(luò)故障，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，相關(guān)元件故障率如表1所示。

表1 相關(guān)元件故障率 %

因此，運(yùn)行中，相關(guān)人員第一年必須加大日常的巡視檢查力度，檢查隔離開(kāi)關(guān)和盆型絕緣子是否完好，特別留意SF6氣體壓力，觀察其變化情況，判斷音質(zhì)特性的變化及持續(xù)時(shí)間的差異，觀察是否有發(fā)熱、生銹等現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)異常，一定及時(shí)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢查，并及時(shí)匯報(bào)，以避免事故的發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化技術(shù)在水利行業(yè)的發(fā)展，GIS在變電站的應(yīng)用也愈加廣泛，因此，我們要從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)、檢修等各方面對(duì)其不斷地加以總結(jié)，才能使GIS設(shè)備發(fā)揮更大的作用。