GIS母線不停電擴(kuò)建預(yù)留接口設(shè)計(jì)

李忠富 吳軍輝 閆亞剛 劉 恒 楊衛(wèi)國

(平高集團(tuán)有限公司 河南平頂山 467000)

一、GIS擴(kuò)建概述

GIS主要是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、CT、PT、避雷器、母線、套管等元件組成，各元件封閉在一個(gè)金屬殼體內(nèi)，內(nèi)部充有一定壓力SF6氣體作為絕緣介質(zhì)。由于SF6氣體具有良好電氣絕緣性能，GIS體積往往可以做得很小，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、受環(huán)境影響小、運(yùn)行免維護(hù)、檢修周期長等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。但受設(shè)備造價(jià)相對(duì)高，工程投資大，電力系統(tǒng)規(guī)劃等一系列因素影響，許多GIS母線無法一次性安裝完畢，需要通過多期工程進(jìn)行擴(kuò)建。

GIS母線導(dǎo)體封閉在一個(gè)金屬殼體內(nèi)，內(nèi)部有一定壓力SF6氣體，常規(guī)擴(kuò)建方式(未設(shè)置擴(kuò)建預(yù)留接口)下擴(kuò)建工作較為困難。主要體現(xiàn)在：1.擴(kuò)建過程需原母線停電，停電時(shí)間長短及次數(shù)直接關(guān)乎到建設(shè)單位的效益及用電客戶的利益。2.安裝對(duì)接時(shí)，無相應(yīng)的過渡氣室緩沖措施，存在氣室隔板損壞造成氣體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。3.安裝完畢后，需要對(duì)新安裝設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場耐壓交接試驗(yàn)，范圍可能涉及到原母線部分絕緣件，其試驗(yàn)程序與新安裝設(shè)備相同。這使得原母線面臨著絕緣受損的風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)出一種擴(kuò)建預(yù)留接口能解決上述弊端，減少停電范圍及停電次數(shù)、降低原設(shè)備運(yùn)行不利影響，對(duì)GIS擴(kuò)建可行性、安全性、規(guī)范性具有重大的意義。

二、GIS母線擴(kuò)建預(yù)留接口設(shè)計(jì)

為了解決擴(kuò)建時(shí)所連母線需停電、對(duì)接工作量大、停電時(shí)間長的弊端，一期工程設(shè)計(jì)時(shí)必須盡量為今后擴(kuò)建創(chuàng)造方便條件。在氣室劃分、隔離斷口配置、安全接地、過渡緩沖等方面要考慮設(shè)計(jì)擴(kuò)建預(yù)留接口，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建過程中原設(shè)備既無需停電，又能減少對(duì)接處相鄰氣室氣體回收處理，縮短擴(kuò)建工期，降低對(duì)原設(shè)備帶來的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免母線停電所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

(一)擴(kuò)建氣室劃分原則

按GIS氣室隔板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，氣室隔板應(yīng)當(dāng)能耐受一側(cè)額定壓力，另一側(cè)處于真空狀態(tài)而不致?lián)p壞。雖然氣室隔板在設(shè)計(jì)制造時(shí)必須滿足上述強(qiáng)度要求，但由于在擴(kuò)建對(duì)接時(shí)不可避免產(chǎn)生機(jī)械碰撞、沖擊、震動(dòng)等，以及在內(nèi)部氣體壓力聯(lián)合作用下可能損壞，從人員設(shè)備安全考慮，不能在相鄰氣室額定壓力下進(jìn)行對(duì)接作業(yè)，而應(yīng)當(dāng)在擴(kuò)建接口處劃分一個(gè)緩沖過渡氣室，用于減小氣室隔板兩側(cè)所受壓力差，保護(hù)絕緣子，同時(shí)避免因安裝對(duì)接時(shí)受損發(fā)生炸裂，直接危及作業(yè)人員的人身安全。為保證隔離斷口獨(dú)立、安全、可靠，也應(yīng)將其劃分為獨(dú)立氣室，避免同一氣室在某處發(fā)生放電故障，故障區(qū)域的氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下產(chǎn)生不良分解物將污染整個(gè)氣室，使氣體絕緣性能下降，引發(fā)隔離斷口絕緣失效擊穿，發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。

(二)擴(kuò)建接口設(shè)計(jì)模型

要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建過程中原設(shè)備不停電，擴(kuò)建預(yù)留接口需解決兩個(gè)核心問題：一是需提供一種高可靠、高絕緣、高安全的隔離斷口，滿足擴(kuò)建過程及現(xiàn)場耐壓交接試驗(yàn)時(shí)原設(shè)備均無需停電的電氣安全隔離要求；二是需具備緩沖過渡氣室及可靠接地安全措施，降低新老設(shè)備對(duì)接風(fēng)險(xiǎn)，保障作業(yè)人員和設(shè)備安全?；舅悸肥牵涸O(shè)備與擴(kuò)建設(shè)備之間配置兩個(gè)獨(dú)立的隔離斷口(QS1、QS2)，每個(gè)隔離斷口均按正常標(biāo)準(zhǔn)絕緣參數(shù)設(shè)計(jì)，在擴(kuò)建對(duì)接側(cè)配置一個(gè)接地裝置(QE)，按照上述擴(kuò)建氣室劃分原則進(jìn)行氣室隔板配置，并設(shè)置一個(gè)緩沖過渡氣室，使原設(shè)備與擴(kuò)建設(shè)備之間形成可靠有效的電氣及氣室隔離。擴(kuò)建接口設(shè)計(jì)模型如下：

(三)擴(kuò)建接口工況分析

1.正常運(yùn)行(待擴(kuò)建)時(shí)，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室、緩沖氣室等均為額定氣體壓力，QS1和QS2隔離斷口均處于關(guān)閉狀態(tài)，QE接地裝置處于打開狀態(tài)。此時(shí)擴(kuò)建接口參與正常電壓運(yùn)行，處于待擴(kuò)建的熱備用狀態(tài)。

2.擴(kuò)建對(duì)接時(shí)，原母線處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室為額定氣體壓力，緩沖氣室壓力降低到一定值，以減小對(duì)接處氣室隔板兩側(cè)所受壓力差，QS1和QS2隔離斷口均處于打開狀態(tài)，QE接地裝置可處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)QS1和QS2隔離斷口聯(lián)合作用構(gòu)成一個(gè)高絕緣裕度的隔離斷口，擴(kuò)建對(duì)接側(cè)由QE接地裝置可靠與大地連接。聯(lián)合斷口僅一側(cè)承受正常運(yùn)行電壓Um，另一側(cè)為零電位，安全絕緣裕度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，確保了作業(yè)人員和設(shè)備安全。

3.耐壓試驗(yàn)時(shí)，原母線處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室、緩沖氣室等均為額定氣體壓力，QS1和QS2隔離斷口均處于打開狀態(tài)，QE接地裝置處于打開狀態(tài)。此時(shí)QS1和QS2隔離斷口聯(lián)合作用構(gòu)成一個(gè)高絕緣裕度的隔離斷口，一側(cè)承受正常運(yùn)行電壓Um，另一側(cè)承受新安裝設(shè)備試驗(yàn)電壓U0，根據(jù)理論公式得知由于導(dǎo)體、筒體、氣室隔板之間存在雜散電容，兩個(gè)隔離斷口分壓并不均勻，高壓側(cè)斷口電壓略微高于低壓側(cè)斷口。而工程應(yīng)用可認(rèn)為兩隔離斷口分壓近似為1：1，單個(gè)隔離斷口折算承受電壓值均小于許用耐受電壓值，保證了耐壓試驗(yàn)時(shí)不擊穿，從而實(shí)現(xiàn)原設(shè)備不受影響的連續(xù)帶電運(yùn)行。

三、結(jié)束語

隨著GIS擴(kuò)建工程大量實(shí)施，擴(kuò)建預(yù)留接口逐漸引起電力用戶關(guān)注。本文從氣室劃分、隔離斷口配置、安全接地、過渡緩沖方面考慮GIS母線擴(kuò)建預(yù)留接口模型的設(shè)計(jì)。但由于各GIS廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡相同，在此并未以具體GIS母線擴(kuò)建接口結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，僅提出了一種GIS母線擴(kuò)建預(yù)留接口設(shè)計(jì)模型，供工程設(shè)計(jì)人員借鑒參考。