李曉暉，余 勝，楊 毅

（1.武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.武漢供電設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430032）

0 引言

GIS 組合電器具有占地面積小、可靠性高、免維護(hù)、檢修周期長等特點(diǎn)，在土地資源越來越稀缺及變電站無人化、智能化的發(fā)展背景下，已廣泛應(yīng)用于220 kV及以下電壓等級(jí)城市電網(wǎng)變電站中。

GIS 由于其自身布局緊湊、集成度較高的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在后期擴(kuò)建間隔拼裝模塊時(shí)，往往影響已投運(yùn)設(shè)備甚至需要全站停電，對于部分城市電網(wǎng)影響極大。針對GIS 擴(kuò)建過程中已投設(shè)備的停電施工問題，特別是新擴(kuò)部分耐壓試驗(yàn)過程中對受壓部位、操作空間及停電方式問題，廠家已提出不同的解決方案。

本文以110 kV 寶安變電站為例，介紹了一種GIS非全停擴(kuò)建技術(shù)在城市中心變電站中的應(yīng)用，希望對類似變電站GIS設(shè)計(jì)提供優(yōu)化建議。

1 項(xiàng)目背景

110 kV寶安變位于武漢市內(nèi)大型社區(qū)南湖片區(qū)中心位置，其供電負(fù)荷全部為居民和周邊商業(yè)用電。該變電站原為戶外AIS 變電站，已有3 臺(tái)容量為50 MVA主變，變比為110/10 kV，110 kV原為單母分段接線，出線現(xiàn)有3回。由于附近武漢地鐵5號(hào)線張家灣主變電所需要進(jìn)線電源，本期將寶安變站內(nèi)110 kV配電裝置改造為戶內(nèi)GIS設(shè)備，接線改為雙母線接線，本期出線4 回，另外留有2 個(gè)備用間隔，該工程為配合地鐵通車需在2021年11月底前完成送電。而根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，寶安變短期內(nèi)需擴(kuò)建出線間隔，為加強(qiáng)該站可靠性，計(jì)劃從220 kV鲇魚套變電站引一回電源，需占用改造后的寶安變備用間隔中的一個(gè)，項(xiàng)目計(jì)劃于2022年實(shí)施。

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴(kuò)建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設(shè)部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴(kuò)建間隔時(shí)不停電施工的可能性。

2 常規(guī)方案問題分析

備用間隔的擴(kuò)建過程中需考慮停電主要受以下兩個(gè)要素的影響：新上導(dǎo)電體及氣室與已上部分的對接施工；安裝完畢后，對新上設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場耐壓及老化試驗(yàn)對現(xiàn)有母線和相鄰設(shè)備的影響。

對于雙母線接線形式下GIS 遠(yuǎn)期備用間隔的設(shè)計(jì)，在武漢地區(qū)一般情況下處理方式是將備用間隔的母線刀閘上齊，備用間隔所在母線部分設(shè)計(jì)與其他完整間隔沒有差別，相鄰間隔僅通過1 個(gè)盆式絕緣子進(jìn)行氣室阻隔。該方式下氣隔示意圖、平面布置圖及間隔斷面圖分別如圖1～圖3所示。

圖1 常規(guī)方式下氣隔圖Fig.1 Gas isolation diagram in conventional mode

圖2 常規(guī)方式下平面布置圖Fig.2 Floor plan in conventional mode

圖3 常規(guī)方式下間隔斷面圖Fig.3 Section in conventional mode

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴(kuò)建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設(shè)部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴(kuò)建間隔時(shí)不停電施工的可能性。

在設(shè)備對接施工過程中，要求對接部位的氣室降為零（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），相鄰氣室氣壓減半。從斷面圖可以看出，其結(jié)構(gòu)決定了備用間隔擴(kuò)建部分不具備輪停對接的條件，只能同時(shí)與兩個(gè)母線刀閘所在氣室進(jìn)行拼接，備用間隔母線氣室氣壓需降至零，而其對應(yīng)母線與前期完整間隔之間并無緩沖氣室進(jìn)行過渡，故拼接時(shí)雙母線需同時(shí)停電。

而在110 kV GIS 的常規(guī)交流耐壓試驗(yàn)過程中，一般分為“老練試驗(yàn)”和“耐壓試驗(yàn)”兩個(gè)階段進(jìn)行，“老練試驗(yàn)”階段試驗(yàn)電壓為72 kV，耐壓試驗(yàn)階段最高試驗(yàn)電壓達(dá)到184 kV。若母線不停電，前期已上母線側(cè)隔離開關(guān)在耐壓試驗(yàn)階段單斷口將承受工頻（50 Hz）運(yùn)行電壓63.5 kV和變頻（100 Hz）試驗(yàn)電壓184 kV，將對該斷口的絕緣性能帶來極大的考驗(yàn)?？紤]到上述因素，在《DL/T 555-2004 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備現(xiàn)場耐壓及絕緣試驗(yàn)導(dǎo)則》中第3.5 條規(guī)定：GIS 擴(kuò)建部分進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，原有相鄰設(shè)備應(yīng)斷電并接地，否則應(yīng)考慮突然擊穿對原有部分造成的損壞并采取措施。結(jié)合本工程案例如當(dāng)前期IM 母線停電與擴(kuò)建母線對接安裝完畢后在對母線進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，IM母線上的各個(gè)間隔母線側(cè)隔離開關(guān)需接地。為避免造成間隔接地故障，IIM母線上各間隔母線側(cè)隔離開關(guān)也需斷開，所有進(jìn)出線將停電。

綜上，后期間隔擴(kuò)建時(shí)無論在設(shè)備拼接階段還是后期交接耐壓試驗(yàn)，寶安變110 kV GIS設(shè)備均需全停，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)全停時(shí)間一般在四天～五天，對周邊居民影響巨大，因此有必要對GIS 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以滿足后期擴(kuò)建時(shí)的不停電施工。

3 GIS氣室布局的優(yōu)化

通過上述分析可知，常規(guī)設(shè)計(jì)的GIS 組合電器由于結(jié)構(gòu)緊湊，缺乏氣室的過渡，間隔擴(kuò)建過程中不可避免地對相鄰間隔產(chǎn)生影響而停電。若對GIS母線氣室布局進(jìn)行優(yōu)化，在整套GIS 設(shè)備中設(shè)置若干個(gè)靈活的過渡模塊，實(shí)現(xiàn)一定條件下帶電模塊與擴(kuò)建模塊的有效隔離，GIS 不停電擴(kuò)建就有可能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計(jì)院與GIS 廠家反復(fù)溝通論證，在擴(kuò)建間隔與前期完整間隔母線間設(shè)置一個(gè)由軸向膨脹節(jié)和T模塊組成的可拆卸導(dǎo)體，通過該過渡導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)非全停擴(kuò)建間隔。

改進(jìn)后寶安變GIS組合電器的氣隔圖和平面布置圖如4、圖5。

圖4 方案優(yōu)化后GIS平面布置圖Fig.4 GIS layout after scheme optimization

圖5 方案優(yōu)化后GIS平面氣隔圖Fig.5 Gas isolation diagram after scheme optimization

具體施工步驟如下：

1）母線斷口形成階段：經(jīng)過雙母線輪停，拆除T模塊內(nèi)部的導(dǎo)體，形成一個(gè)安全斷口，氣隔如圖6所示；

圖6 母線端口形成階段氣隔圖Fig.6 Gas isolation diagram of bus port formation stage

2）模塊拼接階段：安裝備用間隔擴(kuò)建模塊，此時(shí)T模塊斷口的右側(cè)母線帶負(fù)荷，左側(cè)人工接地，氣隔如圖7所示；

3）耐壓試驗(yàn)階段：通過母線隔離開關(guān)和拆除T 模塊內(nèi)可拆卸導(dǎo)體形成兩個(gè)斷口，滿足耐壓試驗(yàn)要求，已上完整間隔可帶電運(yùn)行，氣隔同圖7所示；

圖7 模塊拼接及耐壓試驗(yàn)階段氣隔圖Fig.7 Gas isolation diagram of module splicing and voltage withstand test stage

4）母線導(dǎo)通階段：上（下）母線停電、下（上）母線投運(yùn)中，完成上（下）母線的T模塊內(nèi)斷口處導(dǎo)體安裝；下（上）母線對上（下）母線充電完成對T 模塊老練試驗(yàn)，氣隔如圖8所示。

圖8 母線導(dǎo)通階段氣隔圖Fig.8 Gas isolation diagram of bus conduction stage

通過上述施工過程的分析可以看出，通過設(shè)置軸向膨脹節(jié)和T 模塊組成的過渡氣室，在前期設(shè)備與后期擴(kuò)建間隔母線之間形成緩沖區(qū)域，并設(shè)置SF6密度繼電器、壓力釋放裝置和吸附劑?？刹鹦稊嗫诳蓾M足前期設(shè)備和后期設(shè)備分別試驗(yàn)的要求，同時(shí)在設(shè)備對接拼裝過程中也能做到可靠隔離，可滿足非全停擴(kuò)建的要求。

該方案中T模塊在擴(kuò)建間隔做最高試驗(yàn)電壓達(dá)到184 kV耐壓試驗(yàn)時(shí)不安裝可拆卸導(dǎo)體與相鄰正常運(yùn)行間隔導(dǎo)通，完成上述實(shí)驗(yàn)后GIS母線輪停安裝，并只進(jìn)行工頻（50 Hz）運(yùn)行電壓63.5 kV 的老練試驗(yàn)，單個(gè)導(dǎo)電桿及元器件需在安裝之前做耐壓試驗(yàn)。

寶安變配電裝置改造工程按照上述方案對GIS結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，滿足了后期GIS 備用間隔擴(kuò)建時(shí)不停電施工的要求。

4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

1）在國家電網(wǎng)有限公司通用設(shè)計(jì)和通用設(shè)備中，110 kV GIS 間隔寬度都要求為1 000 mm，個(gè)別合資廠家間隔寬度可以按800 mm設(shè)計(jì)，而為非全停擴(kuò)建而增設(shè)的過渡模塊需在母線間留出1 500 mm～2 000 mm的位置，與通用設(shè)計(jì)和通用設(shè)備不相吻合。目前國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)中GIS 室的布置極為緊湊，若過渡模塊設(shè)計(jì)過多有可能突破典設(shè)尺寸，設(shè)計(jì)院需在平面布置時(shí)考慮尺寸增大的情況。

2）在武漢地區(qū)GIS 應(yīng)用雙母線接線時(shí)，設(shè)計(jì)院依照國家電網(wǎng)有限公司《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》12.2.1.7 條中“如計(jì)劃擴(kuò)建出線間隔，應(yīng)將母線隔離開關(guān)、接地開關(guān)與就地工作電源一次上全”，機(jī)械理解為所有主接線形式下均需將備用間隔中的母線側(cè)刀閘上齊，而從寶安變改造GIS 設(shè)置過渡模塊化擴(kuò)建間隔的施工過程可以看出，雙母線接線中備用間隔在模塊拼接和耐壓試驗(yàn)階段是與帶電運(yùn)行部分完全分隔開的，備用間隔母線刀閘上與不上實(shí)質(zhì)上對擴(kuò)建過程中停電范圍沒有影響，可以考慮只上母線過渡氣室，母線隔離刀閘完全沒有必要上。因此將來遇到類似工程時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)換思路，多加的母線刀閘未必一定就是有利的，一定要具體工程具體分析。

通過上述分析可知，常規(guī)設(shè)計(jì)的GIS 組合電器由于結(jié)構(gòu)緊湊，缺乏氣室的過渡，間隔擴(kuò)建過程中不可避免地對相鄰間隔產(chǎn)生影響而停電。若對GIS母線氣室布局進(jìn)行優(yōu)化，在整套GIS 設(shè)備中設(shè)置若干個(gè)靈活的過渡模塊，實(shí)現(xiàn)一定條件下帶電模塊與擴(kuò)建模塊的有效隔離，GIS 非全停擴(kuò)建就有可能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計(jì)院與GIS 廠家反復(fù)溝通論證，在擴(kuò)建間隔與前期完整間隔母線間設(shè)置一個(gè)由軸向膨脹節(jié)和T模塊組成的可拆卸導(dǎo)體，通過該過渡導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換可不停電擴(kuò)建間隔。

考慮到寶安變在供區(qū)內(nèi)的位置，全站停電狀況下的擴(kuò)建施工幾乎不可能得到調(diào)度部門的同意，建設(shè)部門要求本期配電裝置的改造必須考慮擴(kuò)建間隔時(shí)不停電施工的可能性。

5 結(jié)語

GIS在雙母線接線形式下在前期完整間隔與備用間隔（只上間隔內(nèi)部分設(shè)備）母線之間設(shè)置含可拆卸導(dǎo)體的過渡模塊，擴(kuò)建時(shí)拆除母線可拆卸導(dǎo)體形成安全斷口，滿足GIS 模塊拼接和耐壓試驗(yàn)中非全停施工的要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程設(shè)計(jì)中綜合考慮尺寸和客觀需要合理設(shè)計(jì)備用母線刀閘及母線過渡氣室，既方便擴(kuò)建又滿足運(yùn)行的相關(guān)要求。