內(nèi)橋型110kV移動式GIS設(shè)計(jì)及應(yīng)用

石治中 王海洋 朱傳運(yùn)

摘 要：針對市區(qū)中心變電站站在檢修、擴(kuò)建中停電困難，以及遭遇洪災(zāi)、旱災(zāi)、冰災(zāi)、地震、風(fēng)災(zāi)等自然災(zāi)害后電力恢復(fù)供應(yīng)時間長等問題，本文基于內(nèi)橋接線方式，結(jié)合現(xiàn)有GIS小型化產(chǎn)品特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型的110kV移動式GIS。通過對主母線空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制柜三連體設(shè)計(jì)及電纜終端橫置出線設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)備緊湊目的，滿足現(xiàn)有運(yùn)輸條件。該項(xiàng)目成功研制填補(bǔ)了國內(nèi)110kV移動式GIS設(shè)備的空白，目前已在杭州110kV五福變電站改造過程中成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：110kV GIS；移動式；內(nèi)橋接線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.141

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速增長[1-3]，大負(fù)荷用電用戶日益增多，負(fù)荷密度較快增長，特別是國家級大型活動、法定節(jié)假日、持續(xù)高溫或低溫天氣等對供電連續(xù)性、可靠性提出了更高要求。原有變電站因投運(yùn)年份增長，老舊設(shè)備隱患逐步顯現(xiàn)，面臨著更新及技術(shù)改造，變電站更新改造所涉及到的一次設(shè)備改造率達(dá)到100%，所有二次設(shè)備都可能全部更換。因受限于當(dāng)前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、裝備水平及技術(shù)手段，城區(qū)變電站實(shí)施整體改造難度較大：一是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)仍顯薄弱，城區(qū)負(fù)荷相對集中，負(fù)載率超80%的變電站較多，依托現(xiàn)有電網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷難度較大；二是即使部分變電站可依托配網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，改造期間配網(wǎng)也將承受很大的運(yùn)行壓力；三是采取高、低壓設(shè)備分階段改造模式，施工周期被迫拉長，將極大增加電網(wǎng)運(yùn)行、操作風(fēng)險(xiǎn)；四是改造期間非正常供電方式歷時較長，若發(fā)生設(shè)備或線路故障將導(dǎo)致整站全停，供電可靠性難以保證[4-7]。另外，突發(fā)性自然災(zāi)害出現(xiàn)時，移動式變電站能迅速趕赴供電地點(diǎn)，接替土建供電所損壞的供電設(shè)備，給供電所提供一種替代性的選擇。因此，為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和解決臨時供電問題，在完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、更新改造電氣設(shè)備、提高供電可靠性的前提下，配置可靠性高、體積小、機(jī)動性強(qiáng)、智能化、無人值守的移動變電站將成為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的當(dāng)務(wù)之急，同時移動式變電站也是電力系統(tǒng)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案重要的組成部分。隨著現(xiàn)代技術(shù)不斷革新，國內(nèi)開關(guān)廠家110kV GIS設(shè)備體積進(jìn)一步減小，開發(fā)既能滿足通用運(yùn)輸條件，又能保證足夠的移動能力移動式GIS成為可能。

110kV移動式GIS方案在不斷汲取歷年來工程改造經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出移動式變電站采用“內(nèi)橋”接線方式更貼合工程改造需求，也具備更高的供電可靠性。目前國內(nèi)110kV移動式GIS設(shè)備主要采用“線變組”設(shè)計(jì)，體積小、移動能力強(qiáng)，但可靠性難以保證，一旦110kV進(jìn)線發(fā)生故障或遭遇外力破壞時，“線變組”接線方式將會失電，而“內(nèi)橋”接線配合變電站的站域備自投可確保供電可靠性。

鑒于上述情況，研制一種基于“內(nèi)橋”接線的110kV移動式GIS設(shè)備，在電網(wǎng)改造期間可根據(jù)實(shí)際情況與前期的高壓側(cè)主變壓器、低壓側(cè)開關(guān)柜系統(tǒng)，搭建組成臨時性的變電站供電系統(tǒng)，完成短時間的供電任務(wù)；同時也可以整體搭接成完整110kV移動式變電站，供突發(fā)性自然災(zāi)害出現(xiàn)時組建應(yīng)急臨時電源。這對變電站技術(shù)改造、搶修、局部加強(qiáng)電網(wǎng)方面具有重要意義，可提高工程改造期間的電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和供電可靠性。

2 移動式GIS設(shè)計(jì)方案

2.1 電氣主接線

典型內(nèi)橋接線包括2回主變間隔、2回出線間隔及母聯(lián)間隔，應(yīng)工程實(shí)際需要，主母線上帶三相PT保護(hù)，主接線如圖1所示。

2.2 整體結(jié)構(gòu)布置

該移動式GIS設(shè)備母線采用高低位布置形式，主變與出線間隔布置方式類似于線變組結(jié)構(gòu)，相鄰間隔間間距為1000mm，整體吊裝尺寸為7450×2820×3300mm（長×寬×高），結(jié)構(gòu)緊湊，如圖2所示，整體吊裝重量22噸。其相關(guān)組建說明見表1所示。

2.3 母線空間結(jié)構(gòu)布置策略

傳統(tǒng)主母線布置方式有上下布置與水平布置方式兩種，基于此兩種布置方式的Ⅰ母與Ⅱ母都可統(tǒng)稱為母線“一”字形布置形式?？紤]到移動式GIS設(shè)備間隔種類多，基于傳統(tǒng)母線布置方式勢必導(dǎo)致設(shè)備寬度超過通用平板車3m的限制。

因此，主母線采用空間立體結(jié)構(gòu)布置形式，很大程度上縮減設(shè)備寬度。該布置方式即保留傳統(tǒng)主母線上下布置結(jié)構(gòu)形式，同時在主母線前后方位及上下方位都有延伸。

2.4 三連柜設(shè)計(jì)策略

為達(dá)到匯控柜內(nèi)部端子排布置優(yōu)化目的，減小設(shè)備總體長度，匯控柜采用三連柜布置方式，并將其置于出線側(cè)電纜終端上方。同時便于現(xiàn)場組裝的快速性與靈活性，三連柜采用插接件接線形式，其插接件布置于匯控柜兩側(cè)與底部。

2.5 接口柜預(yù)留雙重接線策略

為便于現(xiàn)場快速搭建，設(shè)計(jì)獨(dú)立的接口柜與現(xiàn)場車載式綜自柜或控制后臺等外圍設(shè)計(jì)進(jìn)行連接。同時為了滿足現(xiàn)場不同的改造要求，接口柜考慮插接件接線方式和模擬端子排接線方式雙重接線方案。

2.6 設(shè)備整體吊裝策略

為保證底架強(qiáng)度要求，整體底架采用高為200mm的H型工字鋼和槽鋼焊接而成。該底架設(shè)計(jì)方案即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的整體吊離，同時也便于設(shè)備運(yùn)行后的拆解維護(hù)檢修?？紤]到整體吊裝重量大，對整體底架強(qiáng)度要求較高，基于ANSYS有限元軟件的底架結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析如圖3所示。

從計(jì)算結(jié)果可看出，整體底架最大應(yīng)力值為160.77MPa，抗拉強(qiáng)度判據(jù)要求值小于等于375MPa，滿足強(qiáng)度要求。

2.7 車載和地面雙重運(yùn)行策略

在變電站改造過程中，為提高使用靈活性，減少對使用場合限制，要求移動式GIS可滿足車載和地面兩種情況下運(yùn)行。

2.8 機(jī)構(gòu)及密度繼電器安裝

便于現(xiàn)場對機(jī)構(gòu)分合閘狀態(tài)的巡視，與常規(guī)安裝方式相比較，低位進(jìn)出線間隔用豎直三工位機(jī)構(gòu)需安裝于三工位隔離-接地組合開關(guān)本體背側(cè)。氣室劃分除考慮充放氣、水分處理方便外，密度繼電器放置位置也應(yīng)遵循便于巡視原則，如圖1所示。

2.9 橫置電纜終端出線策略

運(yùn)輸過程中由于車體顛簸，對設(shè)備具有一定破壞性，采用電纜終端出線抗震性能較好。電纜終端橫置有利于電纜頭進(jìn)行插接，便于設(shè)備在車載情況和地面兩種運(yùn)行情況下順利進(jìn)行對接，同時可降低電纜出線側(cè)設(shè)備高度。

2.10 移動式GIS運(yùn)輸固定減震策略

由于該移動式GIS設(shè)備較重，常用運(yùn)輸固定方式不能滿足運(yùn)輸及設(shè)備操作要求，需采用集裝箱掛鎖固定方式。為防止設(shè)備操作時引起平板車車輪彈跳，利用“立木頂千斤”的原理設(shè)置6個支撐裝置，并采用電動操縱雙速單動、聯(lián)動的機(jī)械式的左右支腿形式。考慮到市中心或山區(qū)路段路況較差，為避免因車體顛簸造成設(shè)備破壞，特別是易損二次件，平板車考慮氣墊減震措施。

3 移動式GIS裝配及耐壓試驗(yàn)

由于移動式GIS設(shè)備緊湊，裝配工藝復(fù)雜，設(shè)備在裝配試驗(yàn)過程中需綜合考慮場地使用，吊裝限制及調(diào)度協(xié)調(diào)等問題。

4 結(jié)論

本文基于“內(nèi)橋”接線方式設(shè)計(jì)了一種新型110kV移動式GIS，克服了目前國內(nèi)采用“線變組”設(shè)計(jì)的移動式GIS可靠性低問題。通過改變傳統(tǒng)主母線布置設(shè)計(jì)理念，采用主母線空間設(shè)計(jì)方案，并配合匯控柜連體設(shè)計(jì)以及電纜終端水平出線設(shè)計(jì)，進(jìn)一步減小了設(shè)備體積，既能滿足通用運(yùn)輸條件要求，又能保證足夠的移動能力。該項(xiàng)目成功研制填補(bǔ)了國內(nèi)110kV移動式GIS設(shè)備方面的空白，提高公司開關(guān)設(shè)備的技術(shù)水平和知名度，為用戶及公司帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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