潘棟 李豐克 邵昱

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

關(guān)鍵詞：變電站改造;戶內(nèi)敞開設(shè)備;HGIS組合電器

中圖分類號(hào)：TM59文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，城市現(xiàn)代化建設(shè)日益推進(jìn)，城市用電量逐漸增加。特別是在城市人口密集區(qū)，負(fù)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(shè)計(jì)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(jīng)協(xié)商、變動(dòng)，導(dǎo)致工程建設(shè)耗時(shí)耗力，不但對(duì)電力事業(yè)的發(fā)展造成不利影響，而且為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來阻力。為此，設(shè)計(jì)作為電力建設(shè)的龍頭和先行者，將積極協(xié)助建設(shè)單位做好設(shè)計(jì)規(guī)劃，努力解決建站用地困難的問題。設(shè)計(jì)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(jìn)購地事宜的順暢開展。本文以實(shí)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(dǎo)。

1 變電站現(xiàn)狀

110kV西沙口變電站投運(yùn)于1979年，位于市區(qū)中心地帶，是區(qū)域內(nèi)重要的變電站之一。變電站為半戶內(nèi)布置，主變戶外布置，其余配電裝置戶內(nèi)布置。110kV配電裝置為雙母線接線，采用常規(guī)敞開式開關(guān)設(shè)備（AIS），布置于戶內(nèi)一層，斷路器型號(hào)均為20世紀(jì)90年代的產(chǎn)品，型號(hào)為L(zhǎng)W6-110IC，手車式，液壓機(jī)構(gòu)，間隔內(nèi)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(jīng)過多年運(yùn)行，西沙口變配電裝置設(shè)備逐漸老化，維護(hù)量增大，維修困難。因此，2016年對(duì)西沙口110kV配電裝置進(jìn)行了改造[1]。

2 改造方案

2.1 接線方案

國家電網(wǎng)公司要求從2013年起全國各地區(qū)設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格采用典型設(shè)計(jì)方案。國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)手段，其目的是提高典型方案的實(shí)用性和靈活性。在實(shí)際工程中，有些與典型設(shè)計(jì)方案不完全相同，根據(jù)工程實(shí)際情況，往往是從不同的典型方案中選取基本模塊進(jìn)行拼接組合。河南省電力公司以《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)110kV變電站分冊(cè)》為依據(jù)，結(jié)合河南省電力公司實(shí)際情況，編制了《國網(wǎng)河南省電力公司220、110kV變電站建設(shè)常用設(shè)計(jì)方案》，要求在河南省電力公司110kV變電站建設(shè)中全面采用常用設(shè)計(jì)方案，因此，設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮采用常用設(shè)計(jì)。

經(jīng)過可行性研究分析以及初步設(shè)計(jì)，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(duì)其設(shè)備進(jìn)行改造。

2.2 設(shè)備選型

根據(jù)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(guān)設(shè)備（AIS），以瓷套作為設(shè)備外殼及外絕緣，其優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化投資成本，缺點(diǎn)是占地面積大，且設(shè)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(yùn)行[2]。

②氣體絕緣組合電器設(shè)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(diǎn)在于占地面積小、可靠性高、安全性強(qiáng)、維護(hù)工作量小，其主要部件的維修間隔不少于20年。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，故障后短時(shí)間內(nèi)難難修復(fù)，擴(kuò)建困難[3]。

③HGIS。HGIS是一種介于GIS和AIS之間的電氣設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但不包括母線設(shè)備，每間隔由單串或由不完成串組建而成。其優(yōu)點(diǎn)是母線不裝于SF6氣室，是外露型，接線清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊，安裝及維護(hù)方便，擴(kuò)建方便、靈活，運(yùn)行可靠性高[4]。

AIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，可輪流停電進(jìn)行施工，但可靠性及安全性較低;GIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)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(jià)高;HGIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是可靠性及安全性高，可輪流停電進(jìn)行施工，造價(jià)介于AIS和GIS之間。

根據(jù)對(duì)比結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)性、施工便利性、安全可靠性等多個(gè)方面綜合考慮，又經(jīng)過計(jì)算，本站原有110kV配電裝置母線滿足目前運(yùn)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(jìn)行施工，后期維護(hù)方便，且造價(jià)適中[5]。

3 戶內(nèi)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(diǎn)在于尺寸的限制。施工設(shè)計(jì)過程中考慮了各個(gè)方面可能存在的問題，且全面考慮了設(shè)備的放置，最大程度上避免了施工過程中可能出現(xiàn)的問題。

3.1 平面布置

戶內(nèi)110kV配電裝置AIS布置，受空間限制，橫向間隔寬度通常設(shè)置為6～6.5m，并且在豎向上有不同的方案設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)省空間的目的，因此間隔的實(shí)際長(zhǎng)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(yùn)輸及巡視通道約6 130mm[6]。

經(jīng)過核實(shí)，除去墻體厚度，在橫向?qū)挾壬希?10kV HGIS設(shè)備放入間隔內(nèi)以后，其帶電部分對(duì)墻體的凈距約為1 050mm，同時(shí)考慮導(dǎo)線安裝后的彎曲度，仍可以滿足規(guī)程規(guī)定的對(duì)地距離。而在豎向上，HGIS的長(zhǎng)度大于墻體長(zhǎng)度，此時(shí)兩個(gè)相鄰間隔的HGIS設(shè)備帶電部分的距離約為2 100mm。而根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，室內(nèi)110kV配電裝置平行的不同時(shí)停電檢修的無遮攔裸導(dǎo)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(shí)采取了延長(zhǎng)間隔墻的方式。這樣，每個(gè)間隔內(nèi)的設(shè)備帶電部分對(duì)墻體的距離為1 050mm，可以滿足110kV屋內(nèi)配電裝置帶電部分至接地部分之間的最小凈距850mm。同時(shí)，由于配電間內(nèi)通道寬敞，延長(zhǎng)間隔墻后對(duì)運(yùn)輸通道沒有影響[7]。

3.2 HGIS設(shè)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(shè)備上方，接線較方便，另一條母線距離設(shè)備較遠(yuǎn)，接線不便，且母線布置較高，與設(shè)備之間連接距離長(zhǎng)，原方案將兩條母線隔離開關(guān)采用鋼梁架空放置于母線下方，既便于接線，同時(shí)起到了支撐導(dǎo)線的作用。本期改造后，原有的設(shè)備均被拆除，HGIS設(shè)備布置于上方母線的下面，與另一條母線距離較遠(yuǎn)，高度高，距離遠(yuǎn)，無法直接連接[8]。

為解決這一問題，設(shè)計(jì)時(shí)在原有母線隔離開關(guān)的位置設(shè)置支柱絕緣子，同時(shí)考慮導(dǎo)線的硬度，為便于安裝，支柱絕緣子采用45°傾斜安裝。而對(duì)于PT間隔，支柱絕緣子則采取多種安裝方式。

4 結(jié)論

在城區(qū)變電站建設(shè)用地越來越困難的情況下，設(shè)計(jì)優(yōu)化布置是必要的，本文通過工程實(shí)例，對(duì)城區(qū)110kV變電站進(jìn)行了優(yōu)化布置。與典型設(shè)計(jì)方案相比，可減少占地23.5%，促進(jìn)購地事宜的順暢，同時(shí)也減少土建費(fèi)用。H-GIS的優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾方面。

①M(fèi)TS開關(guān)設(shè)備完全解決了戶外隔離開關(guān)運(yùn)行可靠性問題。同時(shí)，由于各元件組合，大大減少了對(duì)地絕緣套管和支柱數(shù)（僅為常規(guī)設(shè)備的30%～50%）。此外，也減少了絕緣支柱因污染造成對(duì)地閃絡(luò)的概率，有助于提高運(yùn)行的可靠性。

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

③由于采用在制造廠預(yù)制式整體組裝調(diào)試、模塊化整體運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工安裝的方式，現(xiàn)場(chǎng)施工安裝更為簡(jiǎn)單、方便。同時(shí)，減少了變電站支架、鋼材需用量。又由于基礎(chǔ)小，工程量少，混凝土用量少，大大減少了基礎(chǔ)工作和費(fèi)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(jí)改造的施工難度和投資規(guī)模，同時(shí)提高了可靠性。

通過對(duì)實(shí)施過程進(jìn)行分析可知，戶內(nèi)AIS設(shè)備改造為HGIS的實(shí)施較為復(fù)雜，在老舊設(shè)備型號(hào)停產(chǎn)、戶內(nèi)場(chǎng)地受限的情況下，通常不能更換相同類型的設(shè)備，而整個(gè)配電裝置的改造施工周期長(zhǎng)，停電影響較大。在這種情況下，HGIS設(shè)備是較好的選擇。HGIS設(shè)備可以分間隔進(jìn)行施工，輪流停電，停電影響較小，且基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單，如有場(chǎng)地還可進(jìn)行擴(kuò)建，不同間隔可選擇不同廠家產(chǎn)品，不受廠家限制。

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