國內(nèi)某水電廠220 kV GIS設(shè)備改造

公棟梁 趙興凱 王杰

摘 要： 國內(nèi)某水電廠220 kV GIS接近設(shè)計(jì)使用壽命，可靠性無法保證。220 kV GIS改造項(xiàng)目是一個大型的拆除、安裝項(xiàng)目，由于GIS的架空線、GIS室的現(xiàn)場土建部分結(jié)構(gòu)、后臺電纜等需利舊，在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)及安裝時(shí)存在較多難點(diǎn)。從改造方案的選擇及施工中的難點(diǎn)分析、處理等方面進(jìn)行了闡述，從而保證安全、高效、高質(zhì)地完成工程施工，為此類GIS組合電器整站改造項(xiàng)目的拆除和安裝提供了良好的借鑒。

關(guān)鍵詞： GIS設(shè)備 水電廠 電力 升壓站

中圖分類號： TM73文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）01-0027-03

國內(nèi)某水力發(fā)電廠220 kV GIS設(shè)備是國產(chǎn)首批投入使用的220 kV GIS設(shè)備，于1987年出廠，1990年投運(yùn)，已運(yùn)行近30年，接近設(shè)計(jì)使用壽命，設(shè)備的可靠性無法保證。存在主要問題為設(shè)備老化趨勢明顯，故障率較高：近年來相繼發(fā)生母線導(dǎo)體觸指連接處電阻超標(biāo)，運(yùn)行溫升高，導(dǎo)致絕緣損壞；刀閘操作機(jī)構(gòu)卡澀；SF6氣體滲漏等故障，存在較大安全隱患和較高運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為了保證電廠的安全生產(chǎn)，經(jīng)過專家評估，決定對原220 kV GIS進(jìn)行整體換型改造。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

該水力發(fā)電廠升壓站220 kV側(cè)共有4回主變進(jìn)線、5回出線，GIS戶內(nèi)布置。主變布置在下游副廠房一層；GIS設(shè)備布置在下游副廠房二層；出線套管布置在下游副廠房樓頂。220 kV GIS為三相全分箱結(jié)構(gòu)，共12個間隔，其中出線間隔5個，分別為211線、212線、213線、214和215線，前4回均為架空出線，215線為電纜終端出線；進(jìn)線間隔4個，分別為#2～5主變出線；母聯(lián)間隔1個；母線PT間隔2個。

2 運(yùn)行方式改造要求

該水電廠接入系統(tǒng)現(xiàn)況為220 kV、110 kV兩級電壓等級接入，#3～5機(jī)組以 220 kV電壓等級接入，出線5回；#2機(jī)組以220 kV、110 kV電壓等級接入，與#1、#3～ 5機(jī)組共用220 kV、110 kV母線。

根據(jù)電網(wǎng)對該水力發(fā)電廠運(yùn)行方式要求（升壓站220 kV母線分列運(yùn)行，#2～4機(jī)組通過220 kV 211線、212線和215線送A市電網(wǎng)；#5機(jī)組通過220 kV 213線、214線送電B市電網(wǎng)），結(jié)合該發(fā)電廠現(xiàn)有場地等外部因素，推薦220 kV電氣主接線采用雙母線接線（#2～ 4機(jī)組）+單母線接線方式（#5機(jī)組）。

3 改造實(shí)施方案

3.1 改造原則

本工程是在二層原220 kV GIS設(shè)備布置范圍內(nèi)進(jìn)行改造，220 kV GIS母線改為三相共箱結(jié)構(gòu)，盡量充分利用現(xiàn)有的埋件、電纜通道，在現(xiàn)有間隔位置進(jìn)行設(shè)備布置。

將220 kV母線分為完全獨(dú)立的兩段，#2、3、4主變及3回出線（211線、212線、215線）采用雙母線運(yùn)行，#5主變及2回出線（213線、214線）采用單母線運(yùn)行。其中220 kV 4回主變進(jìn)線、4回出線（211線、212線、213線、214線）采用SF6套管與架空線連接；215線采用電纜與GIS設(shè)備連接。

為了充分利用控制電纜，盡量在原就地匯控柜位置上布置新的就地匯控柜[1]。

3.2 實(shí)施方案

現(xiàn)有的220 kV GIS設(shè)備分兩期建設(shè)，在一期和二期的主母線連接處留有可拆導(dǎo)體，連接氣室安裝在I母設(shè)間隔、Ⅱ母設(shè)間隔與#4主變間隔之間。安裝時(shí)需從該連接處斷開，分兩個階段實(shí)施。

第一階段：220 kV GIS設(shè)備輪停，拆除一期與二期連接導(dǎo)體，斷開一期、二期的電氣連接（包括一次、二次設(shè)備）；恢復(fù)#2主變、#3主變、211線、212線、母聯(lián)及I母設(shè)、Ⅱ母設(shè)的正常運(yùn)行。拆除#4主變間隔、#5主變間隔、213線間隔、214線間隔、215線間隔；單母線接線設(shè)備（#5主變間隔、213線間隔、214線間隔、Ⅲ母設(shè)間隔）完成安裝、調(diào)試及交接試驗(yàn)等工作，投入運(yùn)行。第一階段拆除范圍示意圖如圖1所示，單母段平面布置圖如圖2所示。

第二階段：#2主變、#3主變、211線、212線、母聯(lián)及I母設(shè)、Ⅱ母設(shè)停電并拆除。安裝#2主變間隔、#3主變間隔、#4主變間隔、211線間隔、212線間隔、215線間隔、母聯(lián)間隔、I母設(shè)間隔、Ⅱ母設(shè)間隔及其母線，完成調(diào)試及交接試驗(yàn)等工作，投入運(yùn)行。第二階段拆除范圍示意圖見圖3。

4 改造施工難點(diǎn)分析與處理

4.1 吊物孔無法滿足要求

難點(diǎn)描述：本期改造采用的220 kV GIS母線為整間隔共底架布置，集成度較高，尺寸為高3 000 mm左右、寬2 100 mm左右、長8 000 mm左右?，F(xiàn)有吊物孔尺寸為1 500 mm×5 000 mm，無法滿足要求，解決措施如下。

（1）根據(jù)原結(jié)構(gòu)布置圖，吊物孔在寬度方向鄰近的框架梁凈距約3 450 mm，原結(jié)構(gòu)在吊物孔與框架梁之間在寬度方向設(shè)置懸挑樓板，為自受力構(gòu)件，故吊物孔寬度方向擴(kuò)孔至2 900 mm可行，但吊物孔長度無法改變。

（2）本期改造設(shè)備常規(guī)設(shè)計(jì)為控制柜與GIS本體共底架，整間隔長度8 m左右，為匹配現(xiàn)場吊物孔尺寸，將控制柜與GIS本體設(shè)計(jì)分離，可縮短整間隔長度至4.5 m。

4.2 室內(nèi)行車無法滿足要求

難點(diǎn)描述：本期改造采用的220 kV GIS母線為整間隔共底架布置，集成度較高，單間隔重量為8～10 t。現(xiàn)有行車吊裝重量為5 t，無法滿足要求。

解決措施如下。

將5 t行車更換為12 t行車，對廠房行車牛腿、行車梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

牛腿加固方案：根據(jù)設(shè)定參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，行車調(diào)整后，牛腿尺寸及配筋滿足計(jì)算要求，仍需提高牛腿的耐久性，因此對原牛腿進(jìn)行粘貼碳纖維布加固處理[2]。

行車梁加固方案：根據(jù)設(shè)定參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，在保證吊裝重量≤12 t的前提下，需要對原混凝土行車梁進(jìn)行加固，考慮到現(xiàn)有機(jī)梁底部存在混凝土支柱，故對原混凝土機(jī)梁進(jìn)行增大截面加固處理[3]。

4.3 原設(shè)備基礎(chǔ)無法完全滿足新設(shè)備安裝要求

難點(diǎn)描述：在運(yùn)設(shè)備與本期改造安裝新設(shè)備尺寸、結(jié)構(gòu)差異較大，雖設(shè)備制造單位在進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)充分考慮借用現(xiàn)場基礎(chǔ)，但現(xiàn)場基礎(chǔ)并不能完全滿足安裝要求，解決措施如下。

本工程改造是96.2 m層220 kV GIS室設(shè)備改造，將220 kV GIS母線改成母線三相共箱結(jié)構(gòu)，整體設(shè)備荷載基本無變化，故整體結(jié)構(gòu)受荷與原結(jié)構(gòu)基本一致，結(jié)構(gòu)整體無需加固[4]。在局部需增加樓板埋件受力點(diǎn)處，通過植筋的方式增加樓板埋件，并根據(jù)受力點(diǎn)的大小在必要時(shí)通過在樓板下增設(shè)鋼梁或纖維布的方式進(jìn)行樓板的局部加固[5]。

5 改造結(jié)果

本期改造的252 kV GIS為當(dāng)今電力行業(yè)主流產(chǎn)品，性能可靠、技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，可大大減少運(yùn)檢人員檢修、維護(hù)工作量。該套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，高度、體積較原設(shè)備大大降低，減少了設(shè)備巡視人員的登高作業(yè)次數(shù)，提高巡視效率的同時(shí)降低了人身安全隱患。

6 結(jié)語

220 kV GIS改造項(xiàng)目是一個大型的拆除、安裝項(xiàng)目，由于GIS的架空線、GIS 室的現(xiàn)場土建部分結(jié)構(gòu)、后臺電纜等需利舊，在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)及安裝時(shí)存在較多難點(diǎn)。同時(shí)，該水電廠承擔(dān)著當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)供電的重要責(zé)任，停電改造是不可能的。

業(yè)主及施工單位根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，進(jìn)行充分的難度預(yù)想、方案準(zhǔn)備，采取不間斷供電改造的方案，創(chuàng)新管理和施工方案，實(shí)現(xiàn)在改造過程中，利用舊系統(tǒng)的設(shè)備繼續(xù)對負(fù)荷進(jìn)行供電，有利于保障所轄地區(qū)供電的連續(xù)和可靠性。因此，水電廠的不間斷供電改造方案的研究具有重大的研究價(jià)值，而且對于推廣和積累變電站不間斷供電改造工程經(jīng)驗(yàn)也具有十分重大而深遠(yuǎn)的意義。

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