關(guān)于智能變電站220kV配電裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較及優(yōu)化布置研究

摘 要：目前變電站配置裝置開(kāi)關(guān)設(shè)備主要有三種類(lèi)型：瓷柱式（AIS）、GIS和HGIS。這三種配電裝置構(gòu)成的智能變電站，在建設(shè)過(guò)程和運(yùn)行等方面，都有不同的特點(diǎn)。為此選擇合適的配電裝置型式成為變電站設(shè)計(jì)的中心問(wèn)題，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證，結(jié)合工程實(shí)際情況，研究開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型顯得十分必要。

本文通過(guò)對(duì)變電站中常用的AIS、HGIS和GIS三種配電裝置型式，從占地面積、建設(shè)維護(hù)、環(huán)境適應(yīng)性、綜合投資等方面進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)中的配電裝置比選原則及工程變電站實(shí)例，論證了HGIS設(shè)備在變電站220kV開(kāi)關(guān)中應(yīng)用的可行性與合理性。

關(guān)鍵詞：配電裝置；AIS；GIS；HGIS

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0037-03

1 引 言

變電站的主設(shè)備及配電裝置選型是變電站的重要組成部分，對(duì)布置的合理性、可靠性、維護(hù)便利性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境協(xié)調(diào)度的要求也越來(lái)越高。目前變電站配置裝置開(kāi)關(guān)設(shè)備主要有三種類(lèi)型：傳統(tǒng)的瓷柱式（AIS）、GIS和HGIS。三種配電裝置構(gòu)成的的智能變電站，在建設(shè)過(guò)程及運(yùn)行時(shí)，都有其的獨(dú)特處。為此合理的選擇配電裝置型式成為變電站設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析，結(jié)合工程實(shí)際情況，研究開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型顯得十分必要。

2 梁莊220kV變電站總平面布置方案比較

2.1 工程建設(shè)規(guī)模

根據(jù)可研審查意見(jiàn)及招標(biāo)文件內(nèi)容要求，本站建設(shè)規(guī)模如下：

該變電站主變壓器：最終3×180MVA，本期1×180MVA，電壓等220/110/10kV；220kV出線：最終6回，本期2回，預(yù)留4回；110kV出線：最終12回，本期4回，預(yù)留8回；10kV出線：最終20回，本期10回，預(yù)留10回。10kV無(wú)功補(bǔ)償：最終3×3×10MVar容性無(wú)功，本期1×3×10MVar容性無(wú)功?？裳须A段根據(jù)上述規(guī)模布置，怡德（梁莊）220kV變電站總平面布置參照國(guó)家電網(wǎng)公司220kV變電站通用設(shè)計(jì)220-B-2與220-B-3拼接設(shè)計(jì)方案，結(jié)合站址條件和建設(shè)規(guī)模進(jìn)行站址總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.2 AIS設(shè)備布置方案

根據(jù)本工程建設(shè)規(guī)模，220kV、110kV配電裝置采用了AIS設(shè)備，管母線中型布置。參照國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)方案220-C-1，得到電氣總平面布置圖如圖1所示。

由圖1可知，梁莊220kV變電站若采用AIS設(shè)備布置，整體占地面較大，縱向尺寸131m，橫向尺寸160m，其占地面積為20960m2。這種布置有下列特點(diǎn)：

（1）占地面積小，布置比較緊湊。

（2）布置和接線相對(duì)應(yīng)，接線清晰。

（3）構(gòu)支架復(fù)雜，鋼耗量高。

（4）采用硬管母線，施工便利，適用范圍廣。

（5）運(yùn)行維護(hù)工作量較大。

（6）施工的周期較長(zhǎng)，受周?chē)h(huán)境的影響。

2.3 GIS布置方案

根據(jù)本工程建設(shè)規(guī)模，220kV配電裝置采用了GIS設(shè)備，管母線中型布置。參照國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)方案220-A1-1，得到電氣總平面布置圖如圖2所示。

由圖2可知，怡德（梁莊）220kV變電站若采用GIS設(shè)備布置，整體占地面將極大的減小，縱向尺寸86m，橫向尺寸108m，其占地面積為9288m2。這種布置有下列特點(diǎn)：

（1）占地面積小，布置相對(duì)緊湊。

（2）施工周期短，維護(hù)工作量較小。

（3）整體布局合理。

（4）設(shè)備構(gòu)支架較少，構(gòu)架型式簡(jiǎn)單。

（5）GIS內(nèi)部檢修或事故時(shí)影響的范圍較大。

2.4 HGIS設(shè)備布置方案

本工程可研及競(jìng)賽方案均采用HGIS設(shè)備布置，競(jìng)賽方案母線采用戶(hù)外懸掛管母線布置，其他設(shè)備均集成在HGIS內(nèi)，通過(guò)設(shè)備的整合和布置的優(yōu)化，得到電氣總平面布置圖如圖3所示。

由3圖可知，怡德（梁莊）220kV變電站若采用HGIS設(shè)備布置，縱向尺寸92m，橫向尺寸94m，其占地面積為8648m2。這種布置有下列特點(diǎn)：

（1）占地面積小，布置緊湊。

（2）間隔內(nèi)設(shè)備少，檢修方便，維護(hù)工作量小，土建支架大大減少。

（3）布局清晰合理。

（4）采用聯(lián)合構(gòu)架，簡(jiǎn)化了門(mén)型構(gòu)架。

（5）線路雙層出線，出線間隔需和線路配合。

（6）構(gòu)架復(fù)雜，鋼耗量高。

3 不同開(kāi)關(guān)設(shè)備布置方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 占地面積比較

根據(jù)本工程建設(shè)規(guī)模，參照國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)方案，得到布置方案占地指標(biāo)如表1所示。

從表1可以看出在建設(shè)規(guī)模相同的情況下，配電裝置的尺寸大小在變電站占地面積中起主要控制作用。AIS布置方案占地面積是HGIS和GIS布置方案的兩倍多，都采用架空出線方式時(shí)，HGIS布置方案占地面積與GIS布置方案相當(dāng)。

3.2 施工擴(kuò)建便利性比較

（1）變電站新建階段

AIS方案的設(shè)備布置清晰明朗，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，土建施工工作量較大。GIS方案設(shè)備布置集成度高、設(shè)備尺寸小，對(duì)節(jié)省變電站的占地面積效果明顯。

HGIS的高壓電氣部分是在工廠的凈化車(chē)間完成的，二次接線采用航空插頭，整體設(shè)備在工廠內(nèi)進(jìn)行調(diào)試。HGIS現(xiàn)場(chǎng)工作量非常少，單間隔的110kV、220kV的設(shè)備僅需1d即可完成安裝。

（2）變電站擴(kuò)建階段

梁莊220kV變電站本期僅上4回出線及1臺(tái)主變，后期設(shè)備擴(kuò)建工作量較大，因此需考慮不同配電裝置擴(kuò)建的便利性。

AIS敞開(kāi)式變電站內(nèi)帶電設(shè)備及導(dǎo)線裸露，在帶電站內(nèi)施工存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，由于設(shè)備較多，施工周期長(zhǎng)。

GIS設(shè)備集成度過(guò)高，擴(kuò)建需對(duì)已建部分放、充SF6氣體，并進(jìn)行整體耐壓試驗(yàn)等，停電影響范圍大。特別是雙母線接線的GIS設(shè)備在對(duì)接母線時(shí)存在全站停電的風(fēng)險(xiǎn)，此外GIS設(shè)備對(duì)安裝的環(huán)境和工藝要求較高，遠(yuǎn)期擴(kuò)建不便。

HGIS配電裝置以間隔為單位安裝、擴(kuò)建方便且停電時(shí)間短、影響范圍小等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。HGIS適合應(yīng)用于戶(hù)外變電所的擴(kuò)建、改造，而GIS設(shè)備的適應(yīng)性較差用。

3.3 運(yùn)行維護(hù)便利性比較

AIS設(shè)備以瓷套作為設(shè)備外殼及外絕緣，設(shè)備間通過(guò)軟導(dǎo)線連接，可視性好，但因設(shè)備都暴露在空氣中，易受外界環(huán)境的影響，變電站設(shè)備多，電氣布置復(fù)雜，故障率高，需要檢修維護(hù)的工作量較大。此外常規(guī)AIS容易誤操作，不利于系統(tǒng)的安全及可靠運(yùn)行。

GIS布置變電站，設(shè)備較少，全站布局簡(jiǎn)潔，運(yùn)行維護(hù)工作量少，但若GIS母線氣室劃分不合理，一旦漏氣可能造成大范圍的停電，供電恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

HGIS將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、TA等集成為一個(gè)模塊，與常規(guī)變電站相比減少了間隔內(nèi)設(shè)備數(shù)量，從而使變電所設(shè)備對(duì)地發(fā)生污閃的概率減少了，檢修維護(hù)需要的工作量減少了。HGIS的維護(hù)周期較長(zhǎng)，廠家一般僅要求5～7年進(jìn)行一次預(yù)防性實(shí)驗(yàn)。

通常HGIS在發(fā)生故障的時(shí)候，一般由廠家到現(xiàn)場(chǎng)處理。處理方式為更換部分元器件，一般不進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的拆裝。對(duì)發(fā)生事故幾率極低的母線，則采用敞開(kāi)布置，因而使得現(xiàn)場(chǎng)布局清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊、安裝和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠性高，兼具AIS和GIS的優(yōu)點(diǎn)。

3.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

根據(jù)不同配電裝置的設(shè)備選型和建設(shè)規(guī)模，參照國(guó)網(wǎng)公司通用造價(jià)（2014年版）中典型造價(jià)，不同方案的投資費(fèi)用如表2所示。

從表2可以看出：①AIS及GIS布置方案建筑費(fèi)用相當(dāng)，競(jìng)賽方案通過(guò)HGIS配電裝置型式優(yōu)化，土建建筑費(fèi)用可減少50%左右；②設(shè)備購(gòu)置費(fèi)AIS方案最少，GIS和HGIS相當(dāng)，但AIS與GIS方案安裝費(fèi)用明顯高于HGIS方案；③從總的投資來(lái)看AIS方案和GIS布置方案相差不大，HGIS方案投資費(fèi)用少于前者，約為AIS方案的83%，GIS方案的81%。若考慮到后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及擴(kuò)建成本，HGIS方案的經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。

3.5 環(huán)境影響比較分析

常規(guī)AIS變電站占地面積較大，站內(nèi)地面平整度要求較高，需要大范圍的平場(chǎng)，對(duì)環(huán)境的影響較大，而采用GIS、HGIS的變電站占地面積較小，設(shè)備緊湊、可在滿(mǎn)足電氣設(shè)備布置的條件下，降低了對(duì)環(huán)境的影響。

常規(guī)AIS變電站日常維護(hù)工作量較多，周?chē)h(huán)境容易造成污染；而采用緊湊型設(shè)備則日常維護(hù)量相對(duì)較少，施工擴(kuò)建土建工作量少，可降低對(duì)環(huán)境的影響。

因此在環(huán)境影響方面，GIS、HGIS布置方案優(yōu)于AIS布置方案。

3.6 小 結(jié)

通過(guò)上述不同方面對(duì)比分析可以看出，AIS方案占地面積最大，運(yùn)行維護(hù)及擴(kuò)建不便，環(huán)境適應(yīng)性差，但可視性好，運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)豐富；GIS方案占地面積最小，運(yùn)行維護(hù)工作量少，環(huán)境適應(yīng)性好，但故障時(shí)停電損失大，擴(kuò)建不便；HGIS兼具AIS和GIS的優(yōu)點(diǎn)，且投資費(fèi)用最省。

4 結(jié) 論

本文對(duì)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)特性進(jìn)行分析，并結(jié)合工程建設(shè)的條件制定了不同配電裝置的布置方案，從占地面積、施工擴(kuò)建、運(yùn)行維護(hù)、投資費(fèi)用、環(huán)境適應(yīng)性等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

（1）占地面積方面，AIS布置方案是HGIS和GIS布置方案的2倍多，通過(guò)優(yōu)化布置HGIS方案占地面積與GIS布置方案相當(dāng)。

（2）施工擴(kuò)建方面，AIS方案由于設(shè)備較多，施工周期長(zhǎng)；GIS設(shè)備集成度過(guò)高，停電影響范圍大，存在全站停電的風(fēng)險(xiǎn)，遠(yuǎn)景擴(kuò)建較為不便；HGIS配電裝置以間隔為單位施工安裝、擴(kuò)建方便且停電時(shí)間短，較適合于戶(hù)外變電站的擴(kuò)建、間隔的改造。

（3）運(yùn)行維護(hù)方面，AIS方案設(shè)備布置復(fù)雜，故障率高，維護(hù)的工作量較大，存在誤操作的可能，不利于系統(tǒng)的安全及可靠運(yùn)行。GIS方案運(yùn)行維護(hù)工作量少，但故障時(shí)可能造成大面積停電，恢復(fù)供電時(shí)間長(zhǎng)。HGIS方案結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊、安裝和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠性高，兼具AIS和GIS的優(yōu)點(diǎn)。

（4）工程造價(jià)方面，AIS方案和GIS布置方案相差不大，HGIS方案投資費(fèi)用少于前者，約為AIS方案的83%，GIS方案的81%。若考慮到后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及擴(kuò)建成本，HGIS方案的經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。

（5）綜合考慮各類(lèi)開(kāi)關(guān)設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性，梁莊220kV變電站的220kV、110kV配電裝置選擇HGIS設(shè)備作為最終推薦方案。

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收稿日期：2018-11-9

作者簡(jiǎn)介：周良才（1985-），男，工程師，碩士研究生，從事變電一次設(shè)計(jì)工作。

任 然（1986-），男，工程師，碩士研究生，從事變電一次設(shè)計(jì)工作。