關(guān)華深，簡(jiǎn)翔浩，劉寶英

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510663）

500 kV HGIS的側(cè)向低出線方案研究

關(guān)華深1，簡(jiǎn)翔浩2，劉寶英2

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510663）

復(fù)合式氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（簡(jiǎn)稱HGIS）廣泛應(yīng)用于500 kV變電站，HGIS布置方案經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化，出線構(gòu)架、中間構(gòu)架、母線構(gòu)架采用聯(lián)合式構(gòu)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(shí)現(xiàn)HGIS配電裝置的靈活布置，并在工程實(shí)踐中應(yīng)用驗(yàn)證。

復(fù)合式氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備；布置方式；側(cè)向低出線

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，對(duì)電力的需求越來(lái)越大，但在變電站建設(shè)中，特別在城鎮(zhèn)越來(lái)越受到土地、建筑物的制約。因此，對(duì)高壓設(shè)備的質(zhì)量及設(shè)備的小型化提出了更高的要求。敞開(kāi)式設(shè)備（AIS）單體設(shè)備多、運(yùn)行維護(hù)工作量大、占地面積大，但檢修、擴(kuò)建方便[1-3]。氣體絕緣封閉設(shè)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(kuò)建時(shí)停電范圍較大。因此，一種同時(shí)具備AIS配電裝置和GIS配電裝置優(yōu)點(diǎn)的新型高壓配電裝置——復(fù)合式氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（HGIS）應(yīng)運(yùn)而生。

HGIS利用成熟的GIS技術(shù)，將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流互感器等組合在一個(gè)內(nèi)充SF6氣體的密封金屬外殼內(nèi)，而通過(guò)高壓套管與母線等外電路連接[4-5]。

HGIS布置方案經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化，往往采用母線、串內(nèi)跨線、高層跨線三層式布置，出線構(gòu)架、中間構(gòu)架、母線構(gòu)架采用聯(lián)合式構(gòu)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(shí)現(xiàn)側(cè)向低出線和反跳出線，對(duì)配串和布置形成限制。本文對(duì)HGIS低出線方案進(jìn)行研究，用于實(shí)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(gè)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(tái)斷路器單元連成一個(gè)整體構(gòu)成一個(gè)完整串，如圖1所示。

此布置方式的優(yōu)點(diǎn)是接線的配置可完全與敞開(kāi)式設(shè)備一致，進(jìn)出線側(cè)可配置隔離開(kāi)關(guān)，設(shè)備可靠性高，較適合一個(gè)完整串一次性建成。缺點(diǎn)是擴(kuò)建和檢修不方便，布置不夠靈活，尤其是出線反跳時(shí)。

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(tái)斷路器單元連成一個(gè)整體，另一臺(tái)斷路器單元獨(dú)立，中間通過(guò)軟導(dǎo)線連接成一個(gè)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(diǎn)是布置較靈活，尤其是出線反跳時(shí)，設(shè)備可靠性高，較適合一期為不完整串的建設(shè)，擴(kuò)建時(shí)同一串可使用不同廠家斷路器單元。缺點(diǎn)是進(jìn)出線用軟導(dǎo)線連接側(cè)不能配置隔離開(kāi)關(guān)，與“3+0”方式相比每串設(shè)備增加3只出線套管，設(shè)備費(fèi)用投資稍大。

1.1.3 “1+1+1”方式

以斷路器為單元，3臺(tái)斷路器單元全部獨(dú)立布置，中間通過(guò)軟導(dǎo)線連接構(gòu)成一個(gè)完整串，見(jiàn)圖4。

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

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

對(duì)于初期建設(shè)的完整串，采用“3+0”HGIS模式可節(jié)約投資；對(duì)于一期不完整串，采用“2+1”模式遠(yuǎn)期擴(kuò)建時(shí)可不受廠家限制，同時(shí)可減少因擴(kuò)建導(dǎo)致的停電時(shí)間及范圍。

1.2 HGIS布置型式的發(fā)展

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

近年來(lái)，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)的優(yōu)化，近年來(lái)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(nèi)跨線以及高架的側(cè)向出線，形成三層式結(jié)構(gòu)；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(lái)得到廣泛的應(yīng)用。

這種布置有下列特點(diǎn)：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(nèi)設(shè)備少，檢修方便，維護(hù)工作量小，土建支架大大減少；3）布置與接線對(duì)應(yīng)，接線清晰；4）主變采用低構(gòu)架橫穿方式，簡(jiǎn)化了構(gòu)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(gòu)架簡(jiǎn)單，鋼耗量低，可采用大檔距導(dǎo)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(dāng)，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)尤其在廣東省已有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)配電裝置尺寸的校驗(yàn)，設(shè)備相間距離取7.5 m，相對(duì)地距離為6.5 m。設(shè)備支架高度一般為3.5 m～5 m，主要由設(shè)備間連線對(duì)地距離和連線對(duì)相間運(yùn)輸?shù)缆返陌踩嚯x所決定；構(gòu)架的高度由設(shè)備的高度以及相對(duì)地距離，不同時(shí)停電檢修等因素所決定。支架、構(gòu)架有關(guān)數(shù)值見(jiàn)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(gòu)架寬度及高度Tab.1 Frame width and height

但在該布置中，母線-串內(nèi)跨線-高架出線三層導(dǎo)體同時(shí)布置在寬度28或33 m的間隔內(nèi)，低出線和反跳出線一般難以實(shí)現(xiàn)，這樣就嚴(yán)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(shí)限制更大。

2 HGIS的低出線

HGIS如能實(shí)現(xiàn)側(cè)向低出線，則同串內(nèi)的另一回出線就能實(shí)現(xiàn)反跳出線，使配串和布置方案更靈活、合理。HGIS已經(jīng)是三層式布置，要實(shí)現(xiàn)低出線，按常規(guī)須在母線上再增加一層導(dǎo)線，從而達(dá)到四層式布置，但三層式布置中最上層的構(gòu)架高度已達(dá)到33.5 m，如再增加一層，構(gòu)架高度將進(jìn)一步增加，不但加大構(gòu)架的設(shè)計(jì)難度，也不利于運(yùn)行維護(hù)。因此，如何在不改變現(xiàn)有構(gòu)架高度的條件下，實(shí)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(diǎn)。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(zhuǎn)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(gè)套管和懸吊管“L”連接，“1B”模塊“一個(gè)套管和懸吊管“L”連接，另一個(gè)套管接到2 M上，側(cè)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(diǎn)，通過(guò)該懸吊管即可實(shí)現(xiàn)側(cè)向低出線，同時(shí)可以實(shí)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(yīng)用

該布置實(shí)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(jié)合部分常用的布置方案，論述HGIS低出線的應(yīng)用情況。

3.1 母線和主變進(jìn)線垂直時(shí)的應(yīng)用

該種布置方案母線與主變進(jìn)線垂直，主變一字排開(kāi)，在母線的一側(cè)進(jìn)線，線路從母線另一側(cè)或母線兩個(gè)端頭三方向出線。該方案的500 kV配電裝置的長(zhǎng)度一般和主變區(qū)域的長(zhǎng)度接近，而寬度較少，全站布置緊湊、方正，近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用，但由于母線與主變進(jìn)線垂直，當(dāng)出線方向受限制，或出線較多時(shí)，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(tái)主變、10回出線、全部進(jìn)串為例進(jìn)行說(shuō)明。由于側(cè)向出線最多4回出線，正面需布置6回出線，將很難和4臺(tái)主變配串，可采用的特殊的布置方式如下。

3.1.1 增加一個(gè)過(guò)渡串

這種布置方式與常規(guī)的高架出線類似，較符合運(yùn)行維護(hù)習(xí)慣，但增加了一個(gè)過(guò)渡串，增加了占地面積，見(jiàn)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(nèi)高低出兩回線

這種布置方式需考慮平行回路不同時(shí)停電檢修的工況，會(huì)加大出線構(gòu)架的高度，出線上下交叉，出線困難，同時(shí)也不利于運(yùn)行維護(hù)，如圖10所示。

3.1.3 HGIS立體交叉出線

間隔內(nèi)增加轉(zhuǎn)向構(gòu)架，間隔內(nèi)出線高層反跳后，利用該轉(zhuǎn)向構(gòu)架，變?yōu)閭?cè)向高架出線。該種布置方式在國(guó)內(nèi)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(gè)套管直接接母線，線路9利用本間隔的懸吊管母?jìng)?cè)向低出線，線路8在串內(nèi)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(diǎn)：1）僅利用了常規(guī)的HGIS的“2B+1B”模塊，方案簡(jiǎn)單，跨線高度低，運(yùn)行維護(hù)方便，投資?。?）既避免了圖9增加占地情況，也避免了圖10、圖11中復(fù)雜的高層跨線，簡(jiǎn)化了配電裝置設(shè)計(jì)。

由于構(gòu)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該方案還可方便地應(yīng)用在變電站的超規(guī)模擴(kuò)建中。以廣東省500 kV某變電站超規(guī)模擴(kuò)建為例，該變電站原規(guī)劃4臺(tái)主變，8回500 kV出線。4臺(tái)主變?nèi)窟M(jìn)串，共組成6個(gè)完整串。主變進(jìn)線與母線垂直布置，500 kV配電裝置向三個(gè)方向出線。一期已建設(shè)2臺(tái)主變和2回500 kV出線，本期計(jì)劃超規(guī)模擴(kuò)建2回出線，采用圖12的布置后，僅需擴(kuò)建一個(gè)完整的間隔，對(duì)原配電裝置改動(dòng)少，擴(kuò)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(kāi)關(guān)站為例進(jìn)行說(shuō)明，該站遠(yuǎn)期共規(guī)劃有4臺(tái)主變，12回500 kV出線。500 kV配電裝置采用HGIS設(shè)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(jìn)線平行時(shí)的應(yīng)用

該種布置方案母線與主變進(jìn)線平行，主變一字排開(kāi)，在母線的端頭進(jìn)串或進(jìn)母線，線路可從母線兩側(cè)或母線另一端頭三方向出線。常規(guī)敞開(kāi)式配電裝置通常采用這種布置方式，配合低/高架進(jìn)出線，反跳出線，常?？梢猿鼍€方向靈活，配串合理，但當(dāng)采用HGIS配電裝置時(shí)，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(tái)主變，10回出線，全部進(jìn)串為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)母線和主變進(jìn)線平行時(shí)，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(cè)向出線，從母線兩側(cè)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(gè)套管直接接母線，3號(hào)主變利用本間隔的懸吊管側(cè)向低出線，線路1在串內(nèi)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(kāi)關(guān)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(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了反跳出線，出線高度和常規(guī)出線一致，運(yùn)行維護(hù)方便；2）出線方向少，僅在母線兩側(cè)出線，不堵死擴(kuò)建可能。

以500 kV恩平開(kāi)關(guān)站為例，遠(yuǎn)期共規(guī)劃有4臺(tái)主變，12回500 kV出線。2臺(tái)主變進(jìn)母線，2臺(tái)主變進(jìn)串，主變進(jìn)線與母線平行布置。500 kV配電裝置采用HGIS設(shè)備，懸吊式硬管母。獅洋甲、乙和西江甲、乙線裝設(shè)有線路側(cè)高抗。下面分別采用三面出線布置和側(cè)向低出線布置方案進(jìn)行對(duì)比。

圖17 恩平開(kāi)關(guān)站500 kV配電裝置側(cè)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(jiàn)，采用三面出線和側(cè)向低架出線在占地面積上相差不大，但是側(cè)向低架出線通過(guò)HGIS“2B+1B”模塊90°旋轉(zhuǎn)的巧妙布置，縮短了500 kV場(chǎng)地東西向長(zhǎng)度，高抗集中布置在場(chǎng)地北側(cè)，500 kV線路僅南北兩個(gè)方向出線。尤其是采用側(cè)向低架出線布置方案后，保留了遠(yuǎn)期超規(guī)模擴(kuò)建的可能性。

4 結(jié)論

本文在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的500 kV配電裝置布置形式基礎(chǔ)上，利用HGIS通過(guò)高壓套管與母線等外電路連接的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地提出了500 kV HGIS側(cè)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(zhuǎn)90°，直接接到母線上，通過(guò)懸吊管即可實(shí)現(xiàn)側(cè)向低進(jìn)串，同一串的另一回出線由出線構(gòu)架反跳出線。該種布置方式豐富了HGIS布置，使HGIS具有了敞開(kāi)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(yùn)行維護(hù)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(wǎng)重點(diǎn)工程項(xiàng)目（030000WS24110004）。

Key projects of Guangdong power grid（030000WS24110004）.

1674-3814（2016）08-0086-07

TM564

A

2016-03-25。

關(guān)華深（1977—），男，高級(jí)工程師，碩士研究生，從事工程技術(shù)研究。