禇　強，葉　軍，朱清清

(上海電力設(shè)計院有限公司，上海　200025)

目前，城市建設(shè)的快速發(fā)展導(dǎo)致用地日益緊張，越來越多的城市變電站中選擇使用氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)設(shè)備。相對于中小型城市，大型省會城市及直轄市的土地資源更加稀缺，城市變電站設(shè)計需在優(yōu)化創(chuàng)新布置、節(jié)約用地、優(yōu)化土地利用上開展研究。

GIS配電裝置均采用戶內(nèi)布置型式的變電站在國家電網(wǎng)公司關(guān)于110、220 kV變電站通用設(shè)計中已有一些方案，但隨著設(shè)備制造、工藝水平的提高，GIS已經(jīng)有小型化的趨勢，設(shè)備尺寸有一定減小，同時通過收緊設(shè)計裕量，經(jīng)研究分析，GIS配電裝置室尺寸尤其是房間凈高方面還有一定的優(yōu)化空間[1-2]。

1　影響GIS配電裝置室尺寸的因素

一般性而言，GIS配電裝置室的房間尺寸主要受以下幾點因素的影響：GIS設(shè)備本身的尺寸；GIS運輸通道尺寸；檢修、巡視、安裝位置的預(yù)留；耐壓試驗的帶電安全距離；GIS擴建預(yù)留通道尺寸；附屬設(shè)備的尺寸。

具體而言，房間的長度往往取決于GIS間隔的寬度、GIS間隔的數(shù)量以及必要的運輸、擴建、檢修通道、消防巡視通道；GIS配電裝置室的寬度取決于GIS間隔的深度、GIS間隔正面巡視和檢修通道的寬度、GIS電纜終端電纜頭安裝位置以及GIS電纜終端耐壓試驗時套管的帶電安全距離；GIS配電裝置室的層高則取決于GIS間隔的高度、GIS安裝吊裝高度、GIS電纜終端耐壓試驗時套管的帶電安全距離以及通風(fēng)管道的厚度、行車或吊鉤的高度等。

可見，需要優(yōu)化GIS配電裝置室的尺寸，需要從GIS設(shè)備本體尺寸優(yōu)化、改進耐壓試驗方式縮短帶電安全距離、優(yōu)化運輸通道、預(yù)留擴建通道、巡視與檢修通道等方面考慮[3]。

2　GIS設(shè)備本體的優(yōu)化

2.1　220 kV GIS本體優(yōu)化

GIS設(shè)備制造廠的設(shè)計水平、制造工藝等決定了GIS產(chǎn)品本身的尺寸大小。常見GIS間隔有主變間隔、饋線間隔、母線設(shè)備及避雷器間隔、分段間隔、母聯(lián)間隔等[4]。

以饋線間隔為例，GIS饋線間隔一般性配置有帶電顯示器、避雷器(架空線路)、線路壓變、出線側(cè)隔離開關(guān)及快速接地開關(guān)、電流互感器(次級個數(shù)按實際需求配置)、斷路器、母線側(cè)隔離開關(guān)及接地開關(guān)。

經(jīng)調(diào)研國內(nèi)外多家GIS廠家后，得到220 kV GIS設(shè)備的尺寸如表1所示[5-6]。

表1　220 kV GIS關(guān)鍵尺寸參數(shù)匯總表　mm

注：表中耐壓試驗要求最低高度按220 kV對地最小安全距離考慮。

由資料對比可見，目前大部分的GIS廠家都能生產(chǎn)寬度在2.3 m以內(nèi)的220 kV GIS，耐壓試驗要求最低高度一般7.2 m以上。而阿海法公司生產(chǎn)的220 kV GIS設(shè)備在所例舉設(shè)備中尺寸最小，間隔寬度、層高要求分別只需1.5 m和5.5 m。

在深度方向上，當220 kV側(cè)接線采用雙母線接線時，若不包括匯控柜，GIS本體深度一般可控制在6.5 m以內(nèi)，其中泰開、平高的GIS相對較長，但經(jīng)與廠家溝通，GIS長度還有優(yōu)化空間；若考慮匯控柜與本體一體結(jié)構(gòu)型式，從表1中可知，總長度可以控制在7.5 m左右。

若220 kV側(cè)接線采用線變組的接線型式時，GIS的寬度會相對加長，因泰開GIS深度相對較長，現(xiàn)以泰開線變組接線型式的220 kV GIS為例，如圖1所示[7]。

圖1　泰開220 kV線變組型式GIS

由圖1可知，相對于雙母線接線型式，由于線變組接線形式有兩頭都有電纜出線，在不包括匯控柜的情況下，深度加長了近1.3 m，達到7.7 m左右。為了縮短GIS整體的長度，常用的方法是采用匯控柜和本體一體式布置，這種方式既減少了內(nèi)部連接線纜的長度、又節(jié)約了空間，為GIS房間減少了寬度上的要求。

但在有些情況下，可能無法做到本體和匯控柜一體布置，如在保護測控、自動化設(shè)備、智能終端、合并單元等就地布置在匯控柜內(nèi)時，匯控柜的寬度需要做到很寬，此時若GIS本體的間隔寬度較小，匯控柜就無法布置的下，必須分體布置在GIS對面。

2.2　110 kV GIS本體優(yōu)化

同樣，經(jīng)調(diào)研國內(nèi)外多家GIS廠家后，110 kV GIS設(shè)備的尺寸如表2所示[8]。

表2　110 kV GIS關(guān)鍵尺寸參數(shù)匯總表　mm

注：表中耐壓試驗要求最低高度按110 kV對地最小安全距離考慮。

由資料對比可見，目前大部分的GIS廠家都能生產(chǎn)寬度在1.0 m以內(nèi)的110 kV GIS，耐壓試驗要求最低高度一般5.0 m以上。而ABB公司生產(chǎn)的110 kV GIS設(shè)備在所例舉設(shè)備中尺寸最小，間隔寬度、層高要求分別只需要0.8 m和4.7 m。

在深度方向上，當110 kV側(cè)接線采用雙母線接線或環(huán)進環(huán)出支接變壓器組接線時，若不包括匯控柜，GIS本體深度一般可控制在4.6 m以內(nèi)，其中西開的GIS相對較長。但經(jīng)與廠家分析討論，GIS長度經(jīng)過優(yōu)化還有縮短余地，若考慮匯控柜與本體一體結(jié)構(gòu)型式，從表2中可知，總長度可以控制在6.8 m左右。

若110 kV側(cè)接線采用線變組或橋接線的接線型式時，GIS的深度會相對加長，現(xiàn)以ABB線變組接線型式的110 kV GIS為例，如圖2所示。

圖2　ABB 110 kV線變組接線型式GIS

由圖2可知，同220 kV GIS，相對于雙母線/環(huán)進環(huán)出接線型式，由于線變組接線形式有兩頭都有電纜出線，在不包括匯控柜的情況下，深度加長了近1.2 m，達到4.7 m左右。同樣，GIS可采用匯控柜和本體一體式布置，但在有些情況下，可能無法做到，如在保護測控、自動化設(shè)備、智能終端、合并單元等就地布置在匯控柜內(nèi)時，匯控柜的寬度需要做到較寬，此時若GIS本體的間隔寬度較小，匯控柜就無法布置的下，必須分體布置在GIS對面[9]。

3　預(yù)留檢修位置與巡視通道的優(yōu)化

GIS設(shè)備設(shè)計上是可以實現(xiàn)斷路器現(xiàn)場拆出進行檢修，所以檢修不考慮整體運出，斷路器的結(jié)構(gòu)形式和大小決定了檢修空間要留多少。220 kV GIS中的斷路器多采用水平臥式，檢修時水平拉出，而垂直布置的斷路器檢修時則需垂直吊出。110 kV GIS雙母線接線型式或環(huán)進環(huán)出接線型式時，為了盡可能縮短GIS本體的深度，斷路器多采用垂直布置，同樣檢修時需垂直吊出；當接線型式為線變組/橋接線時，斷路器有時會采用水平臥式，可水平拉出。因此，斷路器的布置型式和斷路器的大小是決定配電裝置室的檢修通道和吊點高度的因素之一。具體布置時，可結(jié)合GIS配電裝置在寬度上的限制和在層高上的限制擇優(yōu)確定。

斷路器是整個GIS中最大的單體部件，110 kV斷路器、220 kV斷路器尺寸分別如圖3所示。

圖3　110 kV、220 kV GIS斷路器尺寸

由圖3可知，110 kV斷路器長度約2.8 m，220 kV斷路器含機構(gòu)箱長度約3.7 m，不含機構(gòu)箱長度約3.1 m，不同廠家GIS的斷路器長度基本上一致。對于水平布置的斷路器，若考慮直接水平拖出，110 kV GIS檢修通道至少需3.0 m以上，220 kV GIS檢修通道至少需3.3 m以上，對常規(guī)GIS房間空間比較寬裕的情況下可以考慮此種方案，但對于城市型變電站緊湊型布置的要求，如此大的檢修空間要求不易實現(xiàn)。因此，建議先將斷路器或其他需檢修部件利用行車或單軌吊吊起轉(zhuǎn)向后吊至檢修通道處后再水平拖出，或直接吊運至運輸門的位置。因此，只考慮1.5 m左右的斷路器運輸寬度即可。

巡視通道的設(shè)置。通常GIS配電裝置兩側(cè)應(yīng)設(shè)置安裝檢修和巡視的通道，主通道宜靠近斷路器側(cè)/匯控柜側(cè)(非電纜頭側(cè))，主通道寬度宜為2.0～3.5 m；巡視通道不應(yīng)小于1.0 m。一般說來，GIS的主通道寬度往往取決于GIS本體與匯控柜之間的寬度。

現(xiàn)在很多廠家均可生產(chǎn)匯控柜和本體一體化布置的GIS，以思源電氣220 kV GIS為例，如圖4所示。

圖4　匯控柜布置方式對比

由圖4可以看出，GIS匯控柜一體化布置以后，縱向長度可以減少0.4 m左右，有一定的優(yōu)化空間。

綜上，檢修、巡視通道一般合用，但從檢修、巡視角度來說，建議GIS匯控柜側(cè)主通道寬度設(shè)置為2.0 m，另外一側(cè)通道寬度≥1.0 m，同時從節(jié)約空間角度考慮，建議GIS采用本體、匯控柜一體布置。

4　GIS吊裝對配電裝置室層高的影響

4.1　GIS本體吊裝

由于GIS配電裝置室層高相對較低，110、220 kV GIS房間層高分別只有6.0、8.0 m左右，并且GIS安裝時運輸門已經(jīng)安裝完成，110 kV GIS運輸門尺寸大約2.9 m×4 m，220 kV GIS運輸門高度大約為3.5 m×5.0 m，吊車無法直接將吊臂伸入房間進行GIS就位。因此一般情況下，GIS間隔由吊車吊運至運輸門口，然后大型部件如斷路器可有滾木等推入房間就位，小件如壓變等可由叉車運入，再由房間內(nèi)預(yù)設(shè)單軌吊或行車將部件進行吊起就位。常見廠家的GIS尺寸為，220 kV GIS最高點均在4.3 m左右；110 kV GIS最高點高度均在3 m左右。因此，若按吊鉤下至少預(yù)留1.0 m空間，GIS就位時抬高高度按0.5 m考慮。經(jīng)計算，220 kV GIS吊裝所需凈高不超過5.8 m，110 kV GIS吊裝所需凈高不超過4.5 m。

4.2　GIS耐壓試驗套管吊裝

GIS就位后，加裝耐壓試驗套管后，220 kV GIS整體最高約6.6 m，110 kV GIS整體最高約5.0 m，考慮吊鉤下至少預(yù)留1.0 m空間。經(jīng)計算，220 kV GIS耐壓試驗套管吊裝所需凈高不超過7.6 m，110 kV GIS吊裝所需凈高不超過6.0 m。耐壓套管現(xiàn)場吊裝如圖5所示。

圖5　GIS耐壓試驗套管吊裝

以GIS吊裝空間需求為限制條件，220 kV GIS室凈高不得低于7.6 m，110 kV GIS室凈高不得低于6.0 m。

5　GIS耐壓試驗對配電裝置室層高的影響

GIS現(xiàn)場耐壓試驗，是指GIS在現(xiàn)場全部安裝完畢后進行的交流耐壓試驗，是驗證GIS內(nèi)部絕緣承受過電壓的能力并有效發(fā)現(xiàn)由于包裝不當、運輸、儲存、起吊和安裝過程中造成的絕緣缺陷以及雜物混入等，從而及時處理消除，防止投運后發(fā)生電氣事故，確保GIS的長期安全運行。試驗電壓應(yīng)施加于每相導(dǎo)體和外殼之間，非試驗相均應(yīng)可靠接地[10]。

若采用串聯(lián)諧振裝置進行交流耐壓，需在GIS上加裝試驗套管，應(yīng)滿足的要求見表3。

在耐壓試驗中，若高壓體與周圍接地體或墻壁的安全距離不足，會造成意外的閃絡(luò)擊穿，使設(shè)備耐壓試驗無法進行。

表3　GIS耐壓試驗套管的基本要求

綜合考慮人員安全、規(guī)范要求及現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)場耐壓試驗，110 kV安全距離考慮大于1.0 m，220 kV安全距離考慮大于2.2 m。同時，GIS用的試驗套管的大小、安裝位置決定配電裝置室空間的大小，特別是配電室的高度。因此，需要制造廠合理地選擇試驗套管的形式和安裝位置(見圖6)。

圖6　耐壓試驗套管不同安裝位置

由圖6可見，做現(xiàn)場耐壓試驗時，若試驗空間受限，可根據(jù)實際情況，改變套管角度及套管位置等滿足試驗條件。

根據(jù)目前GIS技術(shù)的發(fā)展情況，絕大多數(shù)GIS廠家完全可以滿足將安裝試驗套管后高度控制在6.0 m以下的要求；110 kV GIS安裝耐壓試驗套管后高度大多數(shù)GIS廠家可以控制在5.0 m以下。目前，為同時保證試驗時的電氣安全距離，GIS室凈高要求相對較高，通用設(shè)計方案中220 kV GIS房間凈高要求為8.5 m，通用設(shè)計方案中110 kV GIS房間凈高要求為6.5 m。因此，GIS耐壓試驗采用常規(guī)諧振耐壓試驗裝置時，220 kV GIS房間凈高要求可降低約0.3 m，至8.2 m；110 kV GIS房間凈高要求可降低約0.5 m，至6.0 m。

6　GIS擴建預(yù)留通道的優(yōu)化

若變電站GIS基建時不是一次性上齊就需要充分考慮遠景擴建時，在不影響正在運行的GIS的情況下，擴建的GIS如何吊運就位，因此就需要給遠景擴建的GIS留出足夠的運輸通道。由于GIS長度較長，經(jīng)過調(diào)研，比較不同廠家GIS的最大運輸單元，一般110 kV GIS最大運輸尺寸約為3.8 m(長)×1.0 m(寬)×3.7 m(高)；220 kV GIS最大運輸尺寸約為4.5 m(長)×1.8 m(寬)×3.2 m(高)。因此，現(xiàn)實中，現(xiàn)場不可能有這么大空間實現(xiàn)GIS運輸單元在地面轉(zhuǎn)運就位過程中直角轉(zhuǎn)彎，這就需要有足夠數(shù)量的運輸門，并且運輸門和預(yù)留擴建間隔的位置要合理。以110 kV配電裝置室為例，當運輸門與擴建間隔的相對位置角度為30°時，GIS室運輸通道尺寸如圖7所示。

圖7　GIS擴建間隔安裝圖

由圖7可知，110 kV配電裝置室的寬度達到了10.1 m，而國網(wǎng)典型設(shè)計的110 kV配電裝置室的寬度為9.0 m，不可行。經(jīng)核算，若要110 kV配電裝置室的寬度控制在9.0 m以內(nèi)，運輸門和擴建間隔的相對位置角度要控制在15°以內(nèi)，基本上要求運輸門正對著擴建間隔。因此，基建工程中，合理規(guī)劃GIS的近遠景間隔位置至關(guān)重要，否則只能在擴建過程中拆除墻面，增加很大工作量及投資。

經(jīng)過分析，GIS運輸通道的寬度其實只需考慮GIS本體的寬度即可，方便以后GIS檢修轉(zhuǎn)運，110 kV GIS運輸通道寬度建議為1.2 m，220 kV GIS運輸通道寬度建議為2.0 m。

7　結(jié)語

本文通過調(diào)研多個國內(nèi)外常用廠家的GIS情況，分別從GIS本體尺寸、耐壓試驗凈高要求、巡視和檢修通道尺寸、吊裝尺寸、擴建預(yù)留通道尺寸等幾個方面進行對比分析，得出了GIS配電裝置房間的尺寸要求，并提出了優(yōu)化方案。

其中重點對房間的凈高要求進行了詳細分析，分別在原有通用設(shè)計中220 kV GIS房間凈高要求8.5 m、110 kV GIS房間凈高要求6.5 m的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化，通過分析，結(jié)論如下。

(1)GIS房間的凈高要求主要受GIS耐壓試驗及吊裝所需高度制約；

(2)GIS建議采用本體、匯控柜一體布置的結(jié)構(gòu)型式；

(3)GIS斷路器側(cè)/匯控柜側(cè)主檢修巡視通道寬度建議為2.0 m以上；

(4)110 kV GIS電纜頭側(cè)運輸通道寬度建議為1.5 m以上；220 kV GIS電纜頭側(cè)運輸通道寬度建議為2.0 m以上；此運輸通道兼做巡視通道；

(5)可將220 kV GIS房間凈高要求縮至8.2 m、110 kV GIS房間凈高要求縮至6.0 m；

(6)GIS及主變房間凈高要求降低后，可進一步壓縮變電站的層高，使之更加適應(yīng)城市型變電站的要求。

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