HGIS在戶內敞開設備改造工程中的應用研究

潘棟 李豐克 邵昱

摘 要：隨著電網建設的不斷發(fā)展，大量20世紀八九十年代建設的變電站在長期運行后進入故障多發(fā)期，維護工作量大幅增加。同時，隨著工業(yè)制造技術的持續(xù)發(fā)展及技術的不斷創(chuàng)新，很多以前大批使用的設備由于技術的更新?lián)Q代，已逐漸被淘汰，廠家也已停止生產，零配件的缺失進一步加大了維修難度。因此，為了保證電網運行的安全可靠性，近年來，電力公司加大了對老舊變電站的改造力度。本文結合戶內變電站110kV敞開式配電裝置改造的實施方案，對老舊變電站改造的配電裝置選擇進行分析比較，并提出合適的方案。

關鍵詞：變電站改造;戶內敞開設備;HGIS組合電器

中圖分類號：TM59文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0124-03

Abstract： With the continuous development of power grid construction， a large number of substations built in the 1980s and 1990s have entered a period of frequent failures after long-term operation， and the maintenance workload has increased significantly. At the same time， with the continuous development of industrial manufacturing technology， the technology continues to Innovation， many of the equipment used in the past has been gradually eliminated due to the upgrading of technology， manufacturers have stopped production， the lack of spare parts further increased the difficulty of maintenance. Therefore， in order to ensure the safety and reliability of the power grid operation， the power company has intensified the transformation of the old substation in recent years. This paper combined the real implementation plan of the 110kV open-type power distribution unit transformation of the indoor substation to transform the old substation. The device selection was analyzed and compared， and a suitable solution was proposed.

Keywords： substation renovation;indoor open equipment;HGIS combined electrical appliances

隨著社會經濟的迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，城市現代化建設日益推進，城市用電量逐漸增加。特別是在城市人口密集區(qū)，負荷密度高，土地資源緊缺，要求變電站容量大，供電半徑小，這無疑為變電站用地的選擇帶來了巨大挑戰(zhàn)。筆者在近幾年的工程設計中曾屢次遇到變電站用地難以協(xié)商或限地建站等問題，有些站址幾經協(xié)商、變動，導致工程建設耗時耗力，不但對電力事業(yè)的發(fā)展造成不利影響，而且為社會經濟的發(fā)展帶來阻力。為此，設計作為電力建設的龍頭和先行者，將積極協(xié)助建設單位做好設計規(guī)劃，努力解決建站用地困難的問題。設計方案在滿足規(guī)程規(guī)范及功能性要求下，將優(yōu)化變電站布置，盡量縮減占地面積，促進購地事宜的順暢開展。本文以實際工程為例，主要介紹城區(qū)110kV變電站的優(yōu)化布置，以供同行交流指導。

1 變電站現狀

110kV西沙口變電站投運于1979年，位于市區(qū)中心地帶，是區(qū)域內重要的變電站之一。變電站為半戶內布置，主變戶外布置，其余配電裝置戶內布置。110kV配電裝置為雙母線接線，采用常規(guī)敞開式開關設備（AIS），布置于戶內一層，斷路器型號均為20世紀90年代的產品，型號為LW6-110IC，手車式，液壓機構，間隔內隔離利用在間隔墻上焊接鋼梁的方式，布置于母線下方，電流互感器為套管式CT，與穿墻套管合二為一。經過多年運行，西沙口變配電裝置設備逐漸老化，維護量增大，維修困難。因此，2016年對西沙口110kV配電裝置進行了改造[1]。

2 改造方案

2.1 接線方案

國家電網公司要求從2013年起全國各地區(qū)設計必須嚴格采用典型設計方案。國家電網公司典型設計采用模塊化設計手段，其目的是提高典型方案的實用性和靈活性。在實際工程中，有些與典型設計方案不完全相同，根據工程實際情況，往往是從不同的典型方案中選取基本模塊進行拼接組合。河南省電力公司以《國家電網公司輸變電工程典型設計110kV變電站分冊》為依據，結合河南省電力公司實際情況，編制了《國網河南省電力公司220、110kV變電站建設常用設計方案》，要求在河南省電力公司110kV變電站建設中全面采用常用設計方案，因此，設計時，首先應考慮采用常用設計。

經過可行性研究分析以及初步設計，西沙口變電站110kV配電裝置出線共4回，均為重要回路，因此，改造方案不改變其主接線形式，僅對其設備進行改造。

2.2 設備選型

根據絕緣形式，可將目前常用的高壓配電裝置分為以下三種類型。

①常規(guī)敞開式開關設備（AIS），以瓷套作為設備外殼及外絕緣，其優(yōu)點是優(yōu)化投資成本，缺點是占地面積大，且設備外露部件多，易受氣候環(huán)境條件的影響，不利于系統(tǒng)的安全及可靠運行[2]。

②氣體絕緣組合電器設備（GIS），把母線、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器都組合在一起的全封閉配電裝置。其優(yōu)點在于占地面積小、可靠性高、安全性強、維護工作量小，其主要部件的維修間隔不少于20年。缺點是造價較高，故障后短時間內難難修復，擴建困難[3]。

③HGIS。HGIS是一種介于GIS和AIS之間的電氣設備，其結構與GIS基本相同，但不包括母線設備，每間隔由單串或由不完成串組建而成。其優(yōu)點是母線不裝于SF6氣室，是外露型，接線清晰、簡潔、緊湊，安裝及維護方便，擴建方便、靈活，運行可靠性高[4]。

AIS設備的主要優(yōu)點是造價低，可輪流停電進行施工，但可靠性及安全性較低;GIS設備的主要優(yōu)點是可靠性及安全性高，但施工將造成全站停電，影響較大，且造價高;HGIS設備的主要優(yōu)點是可靠性及安全性高，可輪流停電進行施工，造價介于AIS和GIS之間。

根據對比結果，從經濟性、施工便利性、安全可靠性等多個方面綜合考慮，又經過計算，本站原有110kV配電裝置母線滿足目前運行要求，不需要更換，因此本工程最終選用HGIS配電裝置方案，安全可靠性高，可輪流停電進行施工，后期維護方便，且造價適中[5]。

3 戶內HGIS配電裝置平面布置及施工

將HGIS布置在原配電裝置間的最大難點在于尺寸的限制。施工設計過程中考慮了各個方面可能存在的問題，且全面考慮了設備的放置，最大程度上避免了施工過程中可能出現的問題。

3.1 平面布置

戶內110kV配電裝置AIS布置，受空間限制，橫向間隔寬度通常設置為6～6.5m，并且在豎向上有不同的方案設計，以達到節(jié)省空間的目的，因此間隔的實際長度和寬度都比戶外配電裝置要小得多。本文中作為案例的西沙口站橫向間隔寬度為6 000mm，豎向間隔寬度為6 370mm，運輸及巡視通道約6 130mm[6]。

經過核實，除去墻體厚度，在橫向寬度上，110kV HGIS設備放入間隔內以后，其帶電部分對墻體的凈距約為1 050mm，同時考慮導線安裝后的彎曲度，仍可以滿足規(guī)程規(guī)定的對地距離。而在豎向上，HGIS的長度大于墻體長度，此時兩個相鄰間隔的HGIS設備帶電部分的距離約為2 100mm。而根據相關規(guī)程規(guī)定，室內110kV配電裝置平行的不同時停電檢修的無遮攔裸導體之間的最小電氣安全凈距為2 650mm，而2 100mm的距離不能滿足規(guī)程規(guī)定。

為解決安全距離的問題，施工時采取了延長間隔墻的方式。這樣，每個間隔內的設備帶電部分對墻體的距離為1 050mm，可以滿足110kV屋內配電裝置帶電部分至接地部分之間的最小凈距850mm。同時，由于配電間內通道寬敞，延長間隔墻后對運輸通道沒有影響[7]。

3.2 HGIS設備與母線的連接

西沙口變電站采用雙母線接線，一條母線布置于設備上方，接線較方便，另一條母線距離設備較遠，接線不便，且母線布置較高，與設備之間連接距離長，原方案將兩條母線隔離開關采用鋼梁架空放置于母線下方，既便于接線，同時起到了支撐導線的作用。本期改造后，原有的設備均被拆除，HGIS設備布置于上方母線的下面，與另一條母線距離較遠，高度高，距離遠，無法直接連接[8]。

為解決這一問題，設計時在原有母線隔離開關的位置設置支柱絕緣子，同時考慮導線的硬度，為便于安裝，支柱絕緣子采用45°傾斜安裝。而對于PT間隔，支柱絕緣子則采取多種安裝方式。

4 結論

在城區(qū)變電站建設用地越來越困難的情況下，設計優(yōu)化布置是必要的，本文通過工程實例，對城區(qū)110kV變電站進行了優(yōu)化布置。與典型設計方案相比，可減少占地23.5%，促進購地事宜的順暢，同時也減少土建費用。H-GIS的優(yōu)勢主要包括以下幾方面。

①MTS開關設備完全解決了戶外隔離開關運行可靠性問題。同時，由于各元件組合，大大減少了對地絕緣套管和支柱數（僅為常規(guī)設備的30%～50%）。此外，也減少了絕緣支柱因污染造成對地閃絡的概率，有助于提高運行的可靠性。

②由于元件組合，縮短了設備間接線距離，節(jié)省了各設備的布置尺寸。相對于傳統(tǒng)的AIS，大大縮小了高壓設備縱向布置尺寸，減少占地面積達40%～60%。

③由于采用在制造廠預制式整體組裝調試、模塊化整體運輸和現場施工安裝的方式，現場施工安裝更為簡單、方便。同時，減少了變電站支架、鋼材需用量。又由于基礎小，工程量少，混凝土用量少，大大減少了基礎工作和費用開支。

④由于MTS模塊化，非常靈活，特別適用于老式變電站的改造。MTS減少了老變電站升級改造的施工難度和投資規(guī)模，同時提高了可靠性。

通過對實施過程進行分析可知，戶內AIS設備改造為HGIS的實施較為復雜，在老舊設備型號停產、戶內場地受限的情況下，通常不能更換相同類型的設備，而整個配電裝置的改造施工周期長，停電影響較大。在這種情況下，HGIS設備是較好的選擇。HGIS設備可以分間隔進行施工，輪流停電，停電影響較小，且基礎施工簡單，如有場地還可進行擴建，不同間隔可選擇不同廠家產品，不受廠家限制。

參考文獻：

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[2]張杰，黃萍，徐迪，等.500kV HGIS的電氣主接線優(yōu)化設計[J].山東電力技術，2007（1）：65-67.

[3]劉紅太，丁凱.500kV HGIS變電站的現場安裝調試[J].高電壓技術，2007（4）：180-182.

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