500 kV HGIS的側向低出線方案研究

關華深，簡翔浩，劉寶英

（1.廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000；2.中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663）

500 kV HGIS的側向低出線方案研究

關華深1，簡翔浩2，劉寶英2

（1.廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000；2.中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663）

復合式氣體絕緣開關設備（簡稱HGIS）廣泛應用于500 kV變電站，HGIS布置方案經過多年的優(yōu)化，出線構架、中間構架、母線構架采用聯(lián)合式構架緊密相連，布置方式非常緊湊，但緊湊的布置方式限制了出線的靈活性。該研究提出新的HGIS低出線方案，用于實現(xiàn)HGIS配電裝置的靈活布置，并在工程實踐中應用驗證。

復合式氣體絕緣開關設備；布置方式；側向低出線

隨著國民經濟的日益發(fā)展，對電力的需求越來越大，但在變電站建設中，特別在城鎮(zhèn)越來越受到土地、建筑物的制約。因此，對高壓設備的質量及設備的小型化提出了更高的要求。敞開式設備（AIS）單體設備多、運行維護工作量大、占地面積大，但檢修、擴建方便[1-3]。氣體絕緣封閉設備（GIS）雖然布置緊湊、節(jié)省占地面積，但由于主母線也采用封閉式母線，致使擴建時停電范圍較大。因此，一種同時具備AIS配電裝置和GIS配電裝置優(yōu)點的新型高壓配電裝置——復合式氣體絕緣開關設備（HGIS）應運而生。

HGIS利用成熟的GIS技術，將斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器等組合在一個內充SF6氣體的密封金屬外殼內，而通過高壓套管與母線等外電路連接[4-5]。

HGIS布置方案經過多年的優(yōu)化，往往采用母線、串內跨線、高層跨線三層式布置，出線構架、中間構架、母線構架采用聯(lián)合式構架緊密相連，布置方式非常緊湊[6]。但緊湊的布置也一定程度限制了布置的靈活性，較難實現(xiàn)側向低出線和反跳出線，對配串和布置形成限制。本文對HGIS低出線方案進行研究，用于實現(xiàn)HGIS配電裝置的靈活布置。

1 HGIS的布置型式

1.1 HGIS的基本布置型式

500 kV配電裝置大多采用一個半斷路器接線，下面介紹HGIS的常用布置形式。

1.1.1 “3+0”方式

以斷路器為單元，3臺斷路器單元連成一個整體構成一個完整串，如圖1所示。

此布置方式的優(yōu)點是接線的配置可完全與敞開式設備一致，進出線側可配置隔離開關，設備可靠性高，較適合一個完整串一次性建成。缺點是擴建和檢修不方便，布置不夠靈活，尤其是出線反跳時。

圖1 “3+0”方式布置圖Fig.1“3+0”layout of HGIS

1.1.2 “2+1”方式

以斷路器為單元，2臺斷路器單元連成一個整體，另一臺斷路器單元獨立，中間通過軟導線連接成一個完整串，如圖2、圖3所示。

圖2 “2+1”方式布置圖Fig.2“2+1”layout of HGIS

圖3 “2+1”方式布置圖Fig.3“2+1”layout of HGIS

此布置方式的優(yōu)點是布置較靈活，尤其是出線反跳時，設備可靠性高，較適合一期為不完整串的建設，擴建時同一串可使用不同廠家斷路器單元。缺點是進出線用軟導線連接側不能配置隔離開關，與“3+0”方式相比每串設備增加3只出線套管，設備費用投資稍大。

1.1.3 “1+1+1”方式

以斷路器為單元，3臺斷路器單元全部獨立布置，中間通過軟導線連接構成一個完整串，見圖4。

此布置方式的優(yōu)點是布置較靈活，較適合初期為不完整串（線-線串）的建設，擴建非常方便，出線僅需短時停電，同一串可以使用不同廠家斷路器單元。缺點是進出線側不能配置隔離開關，不適合出線反跳的布置，與“3+0”方式相比，每串設備增加6只出線套管，設備費用投資較大。

圖4 “1+1+1”方式布置圖Fig.4“1+1+1”layout of HGIS

對于初期建設的完整串，采用“3+0”HGIS模式可節(jié)約投資；對于一期不完整串，采用“2+1”模式遠期擴建時可不受廠家限制，同時可減少因擴建導致的停電時間及范圍。

1.2 HGIS布置型式的發(fā)展

早期500 kV HGIS為減少設備故障時的影響范圍，同時也便于設備的停電檢修，采用“2B+1B”布置方式，只考慮母線、串內跨線兩層式布置，母線構架與出線構架采用聯(lián)合式構架，但與中間構架分開，典型斷面見圖5。這種布置方式占地較大，但也比較靈活，可實現(xiàn)側向低出線和反跳出線。

近年來，隨著運行經驗的積累，設計的優(yōu)化，近年來一般采用兼顧“2B+1B”和“3B+0”的布置方式，其中“2B+1B”布置方式的斷面如圖6所示。

該種布置方式比較緊湊，由低到高為懸吊母線，串內跨線以及高架的側向出線，形成三層式結構；占地面積僅比GIS配電裝置多約50%，但比原HGIS布置方式減少占地約46%。由于布置緊湊，近年來得到廣泛的應用。

這種布置有下列特點：1）布置緊湊，占地面積小，配電裝置的縱向尺寸縮小很多，約為AIS的70%；2）間隔內設備少，檢修方便，維護工作量小，土建支架大大減少；3）布置與接線對應，接線清晰；4）主變采用低構架橫穿方式，簡化了構架；5）線路可以正向出線，也可反向出線，使電源可靈活地分別接在兩組母線上；6）構架簡單，鋼耗量低，可采用大檔距導線；7）采用懸掛式硬管母線，具有施工較方便，抗震性能好，載流量大，投資相當，適用范圍廣等優(yōu)點，在國內尤其在廣東省已有多年的運行經驗。

根據配電裝置尺寸的校驗，設備相間距離取7.5 m，相對地距離為6.5 m。設備支架高度一般為3.5 m～5 m，主要由設備間連線對地距離和連線對相間運輸?shù)缆返陌踩嚯x所決定；構架的高度由設備的高度以及相對地距離，不同時停電檢修等因素所決定。支架、構架有關數(shù)值見表1。

圖5 HGIS的兩層布置方式斷面圖Fig.5 Section diagram of the two layer layout of HGIS

圖6 HGIS的三層布置方式斷面圖Fig.6 Section diagram of the three layer layout of HGIS

表1 構架寬度及高度Tab.1 Frame width and height

但在該布置中，母線-串內跨線-高架出線三層導體同時布置在寬度28或33 m的間隔內，低出線和反跳出線一般難以實現(xiàn)，這樣就嚴重限制了HGIS配電裝置配串和布置的靈活性，尤其在出線回路較多時限制更大。

2 HGIS的低出線

HGIS如能實現(xiàn)側向低出線，則同串內的另一回出線就能實現(xiàn)反跳出線，使配串和布置方案更靈活、合理。HGIS已經是三層式布置，要實現(xiàn)低出線，按常規(guī)須在母線上再增加一層導線，從而達到四層式布置，但三層式布置中最上層的構架高度已達到33.5 m，如再增加一層，構架高度將進一步增加，不但加大構架的設計難度，也不利于運行維護。因此，如何在不改變現(xiàn)有構架高度的條件下，實現(xiàn)HGIS配電裝置低出線和反跳出線，是優(yōu)化配電裝置的重點。圖7、圖8是一種新的HGIS配電裝置低出線方案。

在常規(guī)的HGIS配電裝置中，母線貫穿所有配電裝置。HGIS低出線方案利用HGIS的“2B+1B”模塊，局部改變懸吊管母的作用，布置和連線的具體變化如下：1）布置方面，“1B”模塊轉90°，懸吊管“L”不和懸吊管母2 M相連；2）連線方面，“2B”模塊的一個套管和懸吊管“L”連接，“1B”模塊“一個套管和懸吊管“L”連接，另一個套管接到2 M上，側向出線也和懸吊管“L”連接。

由此懸吊管“L”變成了串中的連接點，通過該懸吊管即可實現(xiàn)側向低出線，同時可以實現(xiàn)反跳出線。由于該種布置方式改變了懸吊管母的作用，因此只能在配電裝置端頭兩串使用。

圖7 HGIS低出線平面布置圖Fig.7 Low outgoing line layout of HGIS

圖8 HGIS低出線段斷面圖Fig.8 Section diagram of HGIS low outgoing line segment

3 HGIS低出線的應用

該布置實現(xiàn)了HGIS的低出線和反跳出線，為出線和配串提供了方便。以下結合部分常用的布置方案，論述HGIS低出線的應用情況。

3.1 母線和主變進線垂直時的應用

該種布置方案母線與主變進線垂直，主變一字排開，在母線的一側進線，線路從母線另一側或母線兩個端頭三方向出線。該方案的500 kV配電裝置的長度一般和主變區(qū)域的長度接近，而寬度較少，全站布置緊湊、方正，近年來得到廣泛的應用，但由于母線與主變進線垂直，當出線方向受限制，或出線較多時，將出現(xiàn)布置上的困難，往往需采用特殊的布置方式。

以下以規(guī)模為4臺主變、10回出線、全部進串為例進行說明。由于側向出線最多4回出線，正面需布置6回出線，將很難和4臺主變配串，可采用的特殊的布置方式如下。

3.1.1 增加一個過渡串

這種布置方式與常規(guī)的高架出線類似，較符合運行維護習慣，但增加了一個過渡串，增加了占地面積，見圖9。

圖9 HGIS常規(guī)出線Fig.9 Conventional outgoing line of HGIS

3.1.2 在同一串內高低出兩回線

這種布置方式需考慮平行回路不同時停電檢修的工況，會加大出線構架的高度，出線上下交叉，出線困難，同時也不利于運行維護，如圖10所示。

3.1.3 HGIS立體交叉出線

間隔內增加轉向構架，間隔內出線高層反跳后，利用該轉向構架，變?yōu)閭认蚋呒艹鼍€。該種布置方式在國內已有變電站采用，如圖11所示。

3.1.4 HGIS低出線

在最左邊的間隔，使用HGIS的“2B+1B”模塊，“1B”的一個套管直接接母線，線路9利用本間隔的懸吊管母側向低出線，線路8在串內反跳出線，不影響線路10的高架出線，如圖12所示。

圖10 HGIS同一間隔高架出線Fig.10 The same interval elevated outgoing line of HGIS

圖11 HGIS立體交叉出線Fig.11 Stereo crossover outgoing line of HGIS

圖12 HGIS低出線Fig.12 Low outgoing line of HGIS

和其他幾種布置方式比較，圖12的布置方式有以下優(yōu)點：1）僅利用了常規(guī)的HGIS的“2B+1B”模塊，方案簡單，跨線高度低，運行維護方便，投資??；2）既避免了圖9增加占地情況，也避免了圖10、圖11中復雜的高層跨線，簡化了配電裝置設計。

由于構架結構簡單，該方案還可方便地應用在變電站的超規(guī)模擴建中。以廣東省500 kV某變電站超規(guī)模擴建為例，該變電站原規(guī)劃4臺主變，8回500 kV出線。4臺主變全部進串，共組成6個完整串。主變進線與母線垂直布置，500 kV配電裝置向三個方向出線。一期已建設2臺主變和2回500 kV出線，本期計劃超規(guī)模擴建2回出線，采用圖12的布置后，僅需擴建一個完整的間隔，對原配電裝置改動少，擴建方便。

如果在另一端頭也采用該種布置方式，該方案也同樣適用于12回出線的變電站，如圖13所示。

圖13 HGIS雙端低出線Fig.13 Double ended low outgoing line of HGIS

以廣東省500 kV恩平開關站為例進行說明，該站遠期共規(guī)劃有4臺主變，12回500 kV出線。500 kV配電裝置采用HGIS設備，懸吊式硬管母。雙端低出線后，較好地解決了大規(guī)模500 kV HGIS平面布置出線困難、增加占地、出線受限的困難。

3.2 母線和主變進線平行時的應用

該種布置方案母線與主變進線平行，主變一字排開，在母線的端頭進串或進母線，線路可從母線兩側或母線另一端頭三方向出線。常規(guī)敞開式配電裝置通常采用這種布置方式，配合低/高架進出線，反跳出線，常?？梢猿鼍€方向靈活，配串合理，但當采用HGIS配電裝置時，往往因布置緊湊而缺乏反跳出線的手段，出線方向和配串均受到限制。

以下以規(guī)模為4臺主變，10回出線，全部進串為例進行說明。當母線和主變進線平行時，可采用的布置方式如下。

3.2.1 采用三面出線

這種布置方式配合高架側向出線，從母線兩側和母線端頭三方向出線，如圖14所示。

圖14 HGIS三面出線Fig.14 Three outgoing line of HGIS

3.2.2 HGIS低出線

在最左邊的間隔，使用HGIS的“2B+1B”模塊，1B的一個套管直接接母線，3號主變利用本間隔的懸吊管側向低出線，線路1在串內反跳出線，如圖15所示。

圖15 HGIS低出線Fig.15 Low outgoing line of HGIS

圖16 恩平開關站500 kV配電裝置三面出線斷面布置圖Fig.16 Three outgoing line section of 500kV power distribution unit in Enping Switch Station

圖14的布置方式有以下優(yōu)點：1）實現(xiàn)了反跳出線，出線高度和常規(guī)出線一致，運行維護方便；2）出線方向少，僅在母線兩側出線，不堵死擴建可能。

以500 kV恩平開關站為例，遠期共規(guī)劃有4臺主變，12回500 kV出線。2臺主變進母線，2臺主變進串，主變進線與母線平行布置。500 kV配電裝置采用HGIS設備，懸吊式硬管母。獅洋甲、乙和西江甲、乙線裝設有線路側高抗。下面分別采用三面出線布置和側向低出線布置方案進行對比。

圖17 恩平開關站500 kV配電裝置側向低架出線斷面布置圖Fig.17 Lateral low frame outgoing line section of 500kV distribution unit in Enping Switch Station

從圖16、圖17可見，采用三面出線和側向低架出線在占地面積上相差不大，但是側向低架出線通過HGIS“2B+1B”模塊90°旋轉的巧妙布置，縮短了500 kV場地東西向長度，高抗集中布置在場地北側，500 kV線路僅南北兩個方向出線。尤其是采用側向低架出線布置方案后，保留了遠期超規(guī)模擴建的可能性。

4 結論

本文在國內現(xiàn)有的500 kV配電裝置布置形式基礎上，利用HGIS通過高壓套管與母線等外電路連接的特點，創(chuàng)造性地提出了500 kV HGIS側向低架出線布置方式。局部改變懸吊管母作用，在母線兩端間隔采用HGIS的“2B+1B”模塊，其中“1B”模塊雙套管HGIS與常規(guī)布置相比旋轉90°，直接接到母線上，通過懸吊管即可實現(xiàn)側向低進串，同一串的另一回出線由出線構架反跳出線。該種布置方式豐富了HGIS布置，使HGIS具有了敞開式配電裝置一樣的反跳出線，為優(yōu)化平面布置，豐富配串方案，方便運行維護提供了新的手段。

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（編輯 徐花榮）

Research on Low Outgoing Line Scheme of 500 kV Hybrid Gas Insulated Switchgear

GUAN Huashen1，JIAN Xianghao2，LIU Baoying2
（1.Jiangmen Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，Jiangmen 529000，Guangdong，China；
2.Guangdong Electric Power Design Institute，China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510663，Guangdong，China）

Composite gas insulated switchgear（HGIS）is widely used in 500 kV substation，and after years of optimization its layout is mature with the outlet frame，a middle frame，bus architecture closely connected with a combined type structure.This arrangement is very compact but the compact arrangement limits the flexibility of the outgoing line.In this paper，a new HGIS low outgoing line scheme is proposed，which is used to implement the flexible arrangement of HGIS distribution devices.The scheme has been verified with application in the engineering practice.

hybrid gas insulated switchgear；layout；low outgoing line

廣東電網重點工程項目（030000WS24110004）。

Key projects of Guangdong power grid（030000WS24110004）.

1674-3814（2016）08-0086-07

TM564

A

2016-03-25。

關華深（1977—），男，高級工程師，碩士研究生，從事工程技術研究。