GIS在220 kV配電裝置中的布置方案研究

蔣兵

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

1 GIS的概念及發(fā)展

GIS為英文Gas Insulated Substation的縮寫，又稱SF6全封閉組合電器。是將斷路器、母線、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、出線套管、電纜連接裝置、間隔匯控柜等電氣元件按電氣接線的要求組合在一起，構(gòu)成的高壓配電裝置。除匯控柜外，其余元件均組合在接地的金屬殼體中，用環(huán)氧樹脂等絕緣材料澆注的絕緣子支持導(dǎo)體，并充SF6氣體作為絕緣和斷路器的滅弧介質(zhì)。各元件間的內(nèi)部連接采用插入式觸頭，外殼由法蘭連接，所有元件都是單相式，同相各相鄰的法蘭間均由導(dǎo)體連接，三相公用一個匯控柜。匯控柜將本間隔內(nèi)隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器、互感器等原件的測控和保護(hù)所需信號匯總送出，并將分合閘顯示、SF6壓力顯示等裝置集成于匯控柜內(nèi)。

與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比，GIS具有占地面積小、元件全部密封不受環(huán)境干擾、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長、維護(hù)工作量小、安裝迅速、運(yùn)行費(fèi)用低、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過30多年的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工況，GIS布置方式得到了長足的發(fā)展，很好地解決了敞開式配電裝置在布置上遇到的各種問題，且GIS配電裝置的應(yīng)用也大大提高了設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修的工作量，基于上述眾多優(yōu)點(diǎn)GIS配電裝置很快被應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)。

2 220 kV GIS布置方案

2.1 220 kV GIS戶內(nèi)布置方案

戶內(nèi)布置為當(dāng)前我國北方地區(qū)220 kV GIS配電裝置主要布置方案，北方地區(qū)冬季戶外環(huán)境極端最低溫度大多在-35℃以下，作為絕緣介質(zhì)的SF6氣體在斷路器操作機(jī)構(gòu)中的壓力一般為0.6 MPa，在充氣套管中的壓力一般為0.4 MPa，根據(jù)SF6氣體物理特性，當(dāng)氣壓為0.6 MPa時SF6氣體液化溫度為-25℃，當(dāng)氣壓為0.4 MPa時SF6氣體液化溫度為-40℃，為保證斷路器有足夠的分?jǐn)嗄芰俺錃馓坠苤凶銐驈?qiáng)的電氣絕緣，必須保證GIS中SF6氣體不能液化，所以GIS配電裝置在北方地區(qū)大多布置在戶內(nèi)，戶內(nèi)配套采暖設(shè)施以保證戶內(nèi)溫度不至過低，戶內(nèi)布置方案見圖1所示。

2.2 220 kV GIS戶外布置方案

圖1 戶內(nèi)布置方案Fig.1 Indoor layout

當(dāng)變電站選址困難，但因電力系統(tǒng)變電站布點(diǎn)需要或當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電需要，站址位于重污穢地區(qū)、高海拔地區(qū)或城市內(nèi)場地狹窄地區(qū)且環(huán)境溫度不至于過低使GIS中SF6氣體液化時，GIS配電裝置可戶外布置。GIS戶外布置相比戶內(nèi)布置可以去掉220 kV GIS配電室這一龐大的建筑，也可去掉因該建筑物龐大的體積而根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》里規(guī)定要求必須要配套的水消防系統(tǒng)從而顯著降低220 kV GIS配電裝置的造價，減小變電站占地面積，大大縮短變電站施工周期。戶外布置方案見圖2所示。

圖2 戶外布置方案Fig.2 Outdoor layout

2.3 220 kV GIS戶內(nèi)布置與架構(gòu)相結(jié)合方案

當(dāng)220 kV GIS配電裝置規(guī)模大、出線回路多、戶內(nèi)布置時，220 kV GIS室長度較長建筑面積顯著增大，為減少220 kV GIS室長度，減少變電站投資，220 kV GIS室兩側(cè)出線間隔通過戶外220 kV架構(gòu)出線，220 kV出線門型架構(gòu)一側(cè)設(shè)置架構(gòu)柱另一側(cè)利用GIS室構(gòu)造柱作為支撐，可減少220 kV GIS室長度約30 m，減少變電站投資。相結(jié)合方案見圖3所示。

雖然根據(jù)環(huán)境溫度220 kV GIS可戶外布置，但具體到每個工程工況千差萬別，在一些環(huán)境污染特別嚴(yán)重的地區(qū)，如:變電站位于水泥廠、鋼鐵廠附近或作為化工園區(qū)內(nèi)總降站等將面臨粉塵或顆粒污穢物污染時，或位于近海地區(qū)存在海風(fēng)鹽霧腐蝕、污染時，當(dāng)變電站GIS規(guī)模不是很大，也可考慮GIS戶內(nèi)布置。

220 kV GIS戶內(nèi)布置與架構(gòu)結(jié)合方案同時適用于出線回路較多和主變進(jìn)線回路較多的工況，都能顯著減少220 kV GIS室體積，減少變電站投資。

3 220 kV GIS與主變連接方案

3.1 GIS通過架空軟導(dǎo)線與主變連接

圖3 結(jié)合方案Fig.3 Combination layout

GIS通過架空軟導(dǎo)線與主變連接，GIS室屋頂設(shè)置導(dǎo)線掛環(huán)，建筑需在掛環(huán)處做梁以增加掛環(huán)處拉力，GIS通過軟導(dǎo)線與主變連接，此種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，施工、安裝方便，投資較省，架空軟導(dǎo)線方案見圖4所示。

3.2 GIS通過充氣套管與主變連接

GIS通過充氣套管與主變連接，GIS套管由GIS廠家配套提供，主變廠家提供詳細(xì)連接法蘭尺寸，由GIS廠家與主變廠家相互配合，保證良好對接。GIS與主變通過充氣套管連接，將導(dǎo)體置于GIS套管內(nèi)，與外界環(huán)境隔離，沒有裸露的導(dǎo)體，不受海拔及污穢等環(huán)境的影響，套管走向布置清晰，可有效提高安全運(yùn)行水平，但此種連接方式，主變與GIS為硬導(dǎo)體及套管連接，施工誤差積累較多，平差較難，布置復(fù)雜，因此對土建施工及電氣安裝質(zhì)量要求較高，且需在可能發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降位置設(shè)置伸縮裝置，如GIS套管與主變連接處、GIS套管中間等位置，充氣套管方案見圖5所示。

3.3 GIS通過電纜與主變連接

當(dāng)變電站位于極度嚴(yán)寒地區(qū)，如內(nèi)蒙古的呼倫貝爾地區(qū)、蒙古國北部沿河地區(qū)，冬季極端最低氣溫可達(dá)到-45°，GIS通過套管與主變連接或通過架空導(dǎo)線與主變連接均有全部或部分的GIS套管暴露在外部環(huán)境中，為使在-45°嚴(yán)寒中GIS套管內(nèi)SF6氣體不至液化，需給充氣套管加裝保溫措施，一般在套管外部加裝加熱設(shè)備（伴熱帶），在套管內(nèi)氣體部分開始液化、壓力下降時投入加熱裝置，但此方案造價昂貴，工程實例較少，而一般是采用GIS通過高壓電纜與主變連接的方式來解決極度嚴(yán)寒帶來的問題。

圖4 架空軟導(dǎo)線方案Fig.4 Overhead soft w ire layout

圖5 充氣套管方案Fig.5 Inflatable casing layout

GIS通過電纜與主變連接，連接電纜終端采用插拔式電纜終端，電纜終端插座需在工廠預(yù)先安裝、調(diào)試，電纜終端安裝時無須變壓器廠配合，電纜終端可直接插入。電纜終端可拔下與GIS或變壓器分開，單獨(dú)做試驗。GIS與主變通過電纜連接，電纜經(jīng)電纜隧道敷設(shè)至主變處，出電纜隧道后經(jīng)電纜支架與主變插拔式電纜終端相連。電纜在電纜隧道內(nèi)采用“一”字形布置，電纜鋁護(hù)套在配電裝置和主變壓器兩側(cè)均妥善接地。GIS與主變通過電纜連接，電纜隧道受站區(qū)建筑物及設(shè)備影響較小，路徑走向選擇余地較大，且電纜敷設(shè)土建施工及電氣安裝均為常規(guī)內(nèi)容，較易實行，電纜連接方案見圖6所示。

圖6 電纜連接方案Fig.6 Cable connection layout

4 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力設(shè)備制造水平的提升，GIS設(shè)備的造價勢必會有所下降，隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會的進(jìn)步，城市、城鎮(zhèn)規(guī)模越來越大，適合建站的站址越來越少，土地資源越發(fā)金貴，且近些年來在建站過程中，征地、清賠等社會矛盾越來越復(fù)雜，給變電站建設(shè)帶來不少的阻力，使變電站投產(chǎn)日期滯后，在變電站全壽命周期內(nèi)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較下，GIS變電站相較常規(guī)變電站各方面優(yōu)勢愈加凸顯，GIS設(shè)備的應(yīng)用也會更加廣泛。因此，對GIS配電裝置布置不斷總結(jié)，才能使GIS設(shè)備發(fā)揮更大作用。

[1] 于建輝，李海德.GIS絕緣問題研究綜述[J].陜西電力，2013，41（5）：33-39.YU Jianhui，LI Haide.Summary of gis insulation study[J].Shaanxi Electric Power，2013，41（5）：33-39（in Chinese）.

[2] 孟巖，梁乃峰，孫大陸.110 kV電壓等級GIS實體缺陷設(shè)計及帶電檢測[J].陜西電力，2014，42（3）：54-58.MENG Yan，LIANG Naifeng，SUN Dalu.Design and online detection of defects in 110 kV GIS[J].Shaanxi Electric Power，2014，42（3）：54-58（in Chinese）.

[3] 陳曉清，任明，彭華東，等.GIS設(shè)備中SF6氣體分解影響因素分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（7）：34-38.CHEN Xiaoqing，REN Ming，PEN Huadong，et al.GIS equipment SF6gas decomposition influence factors in the analysis[J].Power system and clean energy，2010，26（7）：34-38（in Chinese）.

[4] 段開武，李政偉.萬家寨水電站220 kV GIS開關(guān)站特點(diǎn)及改造[J].西北水電，2011（6）：69-72.DUAN Kaiwu，LI Zhengwei.Wanjiazhai hydropower plant 220 kV GIS switching station characteristics and reform[J].Northwest Hydroelectric，2011（6）：69-72（in Chinese）.

[5] 李慧萍，趙國梁.變電站室外GIS設(shè)備常見故障處理技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（22）：191-192，196.LI Huiping，ZHAO Guoliang.Outdoor GIS substation equipment common troubleshooting technology research[J].The Modern Electronic Technology，2012（22）：191-192，196（in Chinese）.

[6] 羅學(xué)琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].中國電力出版社，2003.

[7] 黎斌.SF6高壓電器設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[8] 電力工程電力設(shè)計手冊，電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，2008.

[9] 電力工程電力設(shè)備手冊，電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，2008.