李　歡（來賓市興源電力設(shè)計(jì)有限公司，廣西 來賓 546100）

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110kV 變電站改造中110kV 母線采用GIS 設(shè)備分段分析

李歡（來賓市興源電力設(shè)計(jì)有限公司，廣西 來賓 546100）

針對(duì)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)、110kV母線為單母線接線方式，且站內(nèi)沒有預(yù)留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴(kuò)建場(chǎng)地的變電站，進(jìn)行110kV母線由單母線改造為分段母線，宜采用GIS設(shè)備。

110kV變電站；分段；GIS設(shè)備

1　概述

針對(duì)投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)的B類供電區(qū)域內(nèi)變壓站，將110kV母線由單母線改造為分段母線，是近年各地區(qū)電力網(wǎng)架完善工作的重點(diǎn)。由于歷史原因，考慮建站時(shí)經(jīng)濟(jì)及電力網(wǎng)架需要，大部分110kV變電站在投運(yùn)初期均確定為110kV單母線接線方式。雖然滿足了N-1安全準(zhǔn)則，但當(dāng)任一元件（母線或母線隔離開關(guān)等）故障或檢修，均需使整個(gè)配電裝置停電。根據(jù)新頒布實(shí)施的南方電網(wǎng) 《電力事故 （事件）調(diào)查規(guī)程 （試行）》，如110kV變電站發(fā)生全站非計(jì)劃停電，將被定性為二級(jí)電網(wǎng)事件。以2003年投運(yùn)的某110kV變電站為例，站內(nèi)110kV母線運(yùn)行方式及現(xiàn)場(chǎng)情況主要存在如下問題：

（1）110kV為單母線接線方式，操作靈活性低且運(yùn)行可靠性不高；

（2）單母線接線方式無法適應(yīng)未來出線回路數(shù)增長(zhǎng)的安全運(yùn)行的要求；

（3）站內(nèi)沒有預(yù)留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴(kuò)建場(chǎng)地。

該變電站投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，作為擔(dān)負(fù)縣城城區(qū)及周邊多處鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)供電任務(wù)的唯一110kV變電站，供電受眾約109萬余人。一旦發(fā)生110kV母線或母線所接設(shè)備故障，即可能造成全站失電，將產(chǎn)生了惡劣的社會(huì)影響。為了提高供電可靠性及操作靈活性，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，縮小110kV母線設(shè)備故障時(shí)停電范圍及操作次數(shù)，保障持續(xù)供電的產(chǎn)能，需要對(duì)該站進(jìn)行110kV母線技術(shù)改造，同時(shí)由于該站原有110kV配電裝置布置很緊湊，沒有預(yù)留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴(kuò)建場(chǎng)地，需結(jié)合站內(nèi)地型采用戶外GIS設(shè)備。

2　項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模

某110kV變電站110kV母線由單母線改為分段母線，設(shè)備選用氣體絕緣金屬全封閉開關(guān)設(shè)備。

將110kV母線開斷，由單母線接線方式改為單母線分段接線方式，新增戶外GIS間隔兩個(gè)：110kV分段間隔1個(gè)；110kVⅡ段母線PT間隔1個(gè)。

3　項(xiàng)目實(shí)施主要內(nèi)容

3.1項(xiàng)目概述

縣城境內(nèi)只有一個(gè)110kV變電站負(fù)擔(dān)縣城城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供電，該站110kV母線為單母線接線方式。不能分裂運(yùn)行，110kV部分運(yùn)行方式不靈活，母線或母線側(cè)隔離開關(guān)部分發(fā)生故障時(shí)，將造成110kV母線失壓，母線或任一母線側(cè)隔離開關(guān)檢修時(shí)，均必須將整個(gè)110kV部分轉(zhuǎn)檢修。日常運(yùn)行中兩條110kV進(jìn)線只能其中一條處于運(yùn)行狀態(tài)，另一條處于熱備用狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行線路發(fā)生故障時(shí)，在110kV進(jìn)線備自投對(duì)線路狀態(tài)檢測(cè)判斷過程中及備投合熱備用線路開關(guān)前，會(huì)有短暫的全站停電，運(yùn)行可靠性不高。項(xiàng)目實(shí)施前該站110kV部分主接線圖如圖1所示。

圖1　項(xiàng)目實(shí)施前該站110kV部分主接線圖

另外，該站已建成投運(yùn)多年且無預(yù)留間隔位置，110kV戶外設(shè)備區(qū)布置擁擠，要將110kV母線由單母線改為分段母線，需增加110kV分段間隔及相應(yīng)的母線設(shè)備。如果采用常用的AIS設(shè)備，110kV分段間隔長(zhǎng)度超過7.5m，110kV母線PT間隔長(zhǎng)度超過6m，間隔寬度均為8m。而項(xiàng)目實(shí)施時(shí)該站采用GIS設(shè)備，110kV分段及母線 PT設(shè)備基礎(chǔ)占地長(zhǎng)度不足6.6m，寬度僅為1.36m。橫向放置占地不足一個(gè)正常AIS間隔寬度，有利于2榀新建母線構(gòu)架的布置。這使在不影響其他設(shè)備正常運(yùn)行情況下進(jìn)行設(shè)備基礎(chǔ)制作提供了充分條件。且110kV分段間隔可布置在原110kV母線下方，建設(shè)用地為站內(nèi)已硬化處理或草皮種植地面范圍，不需增加地質(zhì)勘測(cè)及變電站主接地網(wǎng)擴(kuò)建內(nèi)容，可進(jìn)一步優(yōu)化站內(nèi)布局，不新增變電站占地面積，減少項(xiàng)目實(shí)施土方，節(jié)省材料用量。

3.2GIS設(shè)備組成

GIS（Gas-lnsulated Metal-Enclosed Switchgear）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡(jiǎn)稱。GIS由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設(shè)備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。氣體絕緣金屬全封閉開關(guān)設(shè)備GIS自20世紀(jì)60年代實(shí)用化以來，已廣泛運(yùn)行于世界各地。與常規(guī)敞開式變電站設(shè)備相比，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，維護(hù)工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。經(jīng)過多年研究及發(fā)展，GIS的技術(shù)性能與參數(shù)已超過常規(guī)開關(guān)設(shè)備，并且使結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，可靠性大大提高。

GIS的組成包括：

（1）設(shè)備本體（包括架空進(jìn)出線套管等）；

（2）底座、支架、爬梯、平臺(tái)等及安裝所需緊固件和接地銅排等；

（3）操動(dòng)機(jī)構(gòu)及其輔助設(shè)備；

（4）必要的SF6氣體管路及SF6氣體（按全部間隔用氣量另加適量安裝損耗氣量）；

（5）匯控柜到各機(jī)構(gòu)箱之間的連接電纜、管線及管道；

（6）備品備件及專用工器具等。

項(xiàng)目實(shí)施前，該站有主變?nèi)萘繛?×40MVA，電壓等級(jí)為110/35/10kV，110kV配電裝置為戶外常規(guī)設(shè)備布置，采用單母線接線，有2回出線。站內(nèi)110kV母線由單母線改為分段母線，在110kV配電裝置場(chǎng)地增加110kV分段間隔一個(gè)、110kV母線PT間隔一個(gè)，選用GIS設(shè)備。其中分段間隔主要設(shè)備包含三工位隔離接地開關(guān)2組、斷路器1組、電流互感器2組；母線PT間隔包含三工位隔離接地開關(guān)1組、快速接地開關(guān)1組、三相電壓互感器1組。110kV分段及ⅡM PT間隔斷面圖如圖2所示。

圖2　110kV分段及ⅡM PT間隔斷面圖

3.3設(shè)備內(nèi)部聯(lián)鎖方式

為保證設(shè)備安全運(yùn)行要求，滿足“五防”規(guī)定，除外部增加五防系統(tǒng)電編碼鎖及設(shè)備操作掛鎖外，由設(shè)備生產(chǎn)廠家在設(shè)備內(nèi)部通過二次連接線實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖，另考慮母線隔離開關(guān)與其他母線連接設(shè)備間聯(lián)鎖要求，回路中預(yù)留必要的外部聯(lián)鎖條件接點(diǎn)，如不需要時(shí)將接點(diǎn)短接即可。該站110kV分段及ⅡM PT間隔聯(lián)鎖條件實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。

圖3　該站110kV分段及ⅡM PT間隔聯(lián)鎖條件實(shí)現(xiàn)方案

3.4GIS間隔主要技術(shù)參數(shù)要求

3.4.1型式要求

110kVGIS設(shè)計(jì)為三相共箱式結(jié)構(gòu)，開關(guān)裝置均為三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)操作。

有機(jī)肥施用對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及水分利用的影響………… 刁生鵬，高 宇，張 雄，任永峰，趙沛義，賈有余，聶 晶，駱 洪（58）

3.4.2控制要求

三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)的斷路器應(yīng)能進(jìn)行正常的三相同步操作。當(dāng)發(fā)生相間或相對(duì)地故障時(shí)，斷路器應(yīng)能三相同時(shí)分閘和重合閘，而且應(yīng)滿足重合閘不成功立即分閘的要求。

GIS中斷路器應(yīng)裝設(shè)操作閉鎖裝置，當(dāng)某種操作會(huì)危及斷路器的安全時(shí)，應(yīng)對(duì)其操作予以閉鎖。分閘閉鎖應(yīng)可防止斷路器在不允許分閘的情況下進(jìn)行分閘操作。合閘閉鎖應(yīng)能防止斷路器在不能安全地進(jìn)行一個(gè)完整的合分或自由脫扣操作時(shí)進(jìn)行合閘操作。

GIS的斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)應(yīng)適合用電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，也可以在匯控柜進(jìn)行就地電氣操作。

匯控柜中應(yīng)有一個(gè)遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)用于遠(yuǎn)方和就地控制之間相互切換，且能實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖：當(dāng)遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)處于就地位置時(shí)，遠(yuǎn)方（包括保護(hù)裝置信息）應(yīng)不能操作；當(dāng)遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠(yuǎn)方位置時(shí)，就地應(yīng)不能操作。遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)的每一個(gè)位置至少提供2對(duì)備用接點(diǎn)，并接至端子排。所有合、分閘回路均應(yīng)經(jīng)遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。

GIS的斷路器應(yīng)裝設(shè)兩套完全一樣的分閘裝置，包括以下各項(xiàng)，但不僅限于這些：

（1）每相（臺(tái)）有兩個(gè)電氣上獨(dú)立的且相同的分閘線圈，兩個(gè)分閘線圈分別或同時(shí)動(dòng)作時(shí)不應(yīng)影響分閘操作。

（2）兩套分閘裝置相互間應(yīng)電氣獨(dú)立，而且采用相同的接線方式及保護(hù)設(shè)備，并分別與二套獨(dú)立的控制或分閘電源連接。

操動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)配備電氣防止跳躍裝置 （且防跳回路應(yīng)有明顯分界點(diǎn)，可現(xiàn)場(chǎng)方便脫出以上回路）。當(dāng)斷路器被一持續(xù)合閘信號(hào)合閘于故障時(shí)，防跳裝置應(yīng)能防止斷路器反復(fù)地進(jìn)行分閘和合閘，并具有保證合-分時(shí)間的能力。同時(shí)防跳回路中需配置就地/遠(yuǎn)方切換功能，滿足當(dāng)就地操作時(shí)使用斷路器本體的防跳，當(dāng)遠(yuǎn)方操作時(shí)不使用斷路器本體的防跳的要求，并提供短接片供用戶選擇使用此項(xiàng)功能。

非三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)操作的斷路器本體三相不一致保護(hù)應(yīng)按單套配置，分別跳斷路器兩個(gè)跳閘線圈。三相不一致繼電器應(yīng)能使斷路器發(fā)生三相位置不一致時(shí)候，應(yīng)可實(shí)現(xiàn)已合閘相立即分閘，且須有一副常開接點(diǎn)引至匯控柜的端子排上。鑒于目前三相不一致繼電器的試驗(yàn)按鈕在現(xiàn)場(chǎng)已不再使用，不再選用帶有試驗(yàn)按鈕的繼電器。斷路器本體三相不一致保護(hù)時(shí)間繼電器應(yīng)采用時(shí)間刻度范圍在0.5～5.0s內(nèi)連續(xù)可調(diào)，刻度誤差與時(shí)間整定值靜態(tài)偏差≤±0.1s的高精度時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器應(yīng)確保在斷路器振動(dòng)時(shí)，時(shí)間定值不發(fā)生偏移，且保證在強(qiáng)電磁環(huán)境下運(yùn)行不易損壞，不發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)。該保護(hù)用跳閘出口重動(dòng)繼電器宜采用啟動(dòng)功率不小于5W、動(dòng)作電壓介于55～65%Ue、動(dòng)作時(shí)間不小于10ms的中間繼電器。

斷路器本體三相不一致保護(hù)動(dòng)作后宜啟動(dòng)就地防跳功能。

4　項(xiàng)目實(shí)施成果

該站項(xiàng)目實(shí)施后110kV主接線圖如圖4所示。

圖4　項(xiàng)目實(shí)施后110kV主接線圖

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，設(shè)備基礎(chǔ)制作及電纜溝建設(shè)等土建施工過程均不需設(shè)備停電。只在母線構(gòu)架架設(shè)、110kV母線分?jǐn)嗉茉O(shè)、及最后110kV分段間隔接入系統(tǒng)等幾個(gè)步驟實(shí)施時(shí)，方對(duì)110kV母線或某段母線進(jìn)行了停電施工。

項(xiàng)目實(shí)施后，該110kV變電站110kV母線由單母線改為分段母線，按調(diào)度運(yùn)行要求，可將110kV母線分裂運(yùn)行，兩回110kV進(jìn)線均可處于運(yùn)行狀態(tài)，分別給一段母線供電，110kV備自投裝置改為兼具進(jìn)線備投及分段備投功能，變電站的供電性能得到很大提升，運(yùn)行方式靈活，可靠性高，防患二次電網(wǎng)事件發(fā)生。

5　小結(jié)

按本項(xiàng)目方案，當(dāng)變電站內(nèi)無法提供足夠安裝相應(yīng)AIS間隔所需占地時(shí)，選擇GIS設(shè)備，可在極小占地條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行方式的改變和供電可靠性的提升。為今后電網(wǎng)網(wǎng)區(qū)內(nèi)其他變電站的技術(shù)改造提供了便捷有效的手段和經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的生產(chǎn)生活有極大影響，高可靠性的供電方式將產(chǎn)生良好的社會(huì)效益，帶動(dòng)電網(wǎng)公司社會(huì)形象的口碑。同時(shí)本項(xiàng)目實(shí)施具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，其直接經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)為提高電網(wǎng)安全運(yùn)行時(shí)間和穩(wěn)定性以及促進(jìn)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展。機(jī)電產(chǎn)品銷售增加，拉動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，給這社會(huì)提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。

李 歡（1976-），女，工程師，本科，主要從事電力規(guī)劃設(shè)計(jì)及規(guī)劃技經(jīng)分析方面的工作。

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2095-2066（2016）09-0045-03

2016-3-10