武漢凱迪電力工程有限公司 趙建政

淺談GIS組合開(kāi)關(guān)設(shè)備在電廠中的應(yīng)用

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電氣主接線方案設(shè)計(jì)是電廠發(fā)電機(jī)組安全可靠、高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行生產(chǎn)的重要保障,是一項(xiàng)需要對(duì)方案技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行反復(fù)論證研討的復(fù)雜過(guò)程，直接影響到發(fā)電機(jī)組能否發(fā)揮出良好的電氣性能，涉及到電廠電源接入電網(wǎng)系統(tǒng)匹配性能、機(jī)組“無(wú)人值守（少人值班）”自動(dòng)化水平等方面的內(nèi)容。電廠裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，特別是最近10年電力電子技術(shù)的不斷完善，加上設(shè)備元件制造成本的降低，電廠的變配電設(shè)備也逐步由敞開(kāi)式向緊湊型發(fā)展。本文結(jié)合自我實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，主要對(duì)GIS組合金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備在電廠電氣主接線上優(yōu)化設(shè)計(jì)中一些重點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

GIS 電廠 電氣主接線 組合開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣和滅弧性能一直是電氣設(shè)備發(fā)展的制約因素。GIS組合式金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備利用六氟化硫氣體強(qiáng)大的絕緣和滅弧功能，將母線、斷路器、接地（或非接地）開(kāi)關(guān)等高壓設(shè)備有效布置在帶接地裝置的緊湊型全封閉金屬筒內(nèi)，有效提高了各開(kāi)關(guān)設(shè)備的綜合電氣性能[1]。GIS由于其具有整體占地面積小、抗干擾能力強(qiáng)、檢修維護(hù)方便、設(shè)備間無(wú)電磁互擾等優(yōu)點(diǎn)，在大容量電廠中發(fā)揮巨大的作用，大大提高了電廠單位裝機(jī)的總投資綜合效益。電廠電氣主接線設(shè)計(jì)過(guò)程中，GIS方案是否靈活可靠、設(shè)備間選型是否匹配、參數(shù)間是否優(yōu)化等方面都直接影響到電廠能否高效穩(wěn)定運(yùn)行。不合理的GIS方案，不僅導(dǎo)致機(jī)組不能發(fā)揮高效的電氣性能，同時(shí)給電廠日常運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)巨大不便。因此，在電廠電氣主接線GIS方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合電廠的工程特性，經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等多方面的因素全方位的考慮GIS的組合方案，對(duì)提高電廠生產(chǎn)綜合效益有巨大的工程實(shí)際意義[2]。

一、電廠電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)方案比選

電廠電氣主接線設(shè)計(jì)是一個(gè)包含很多因素的綜合性分析探討過(guò)程。設(shè)計(jì)出技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)效益較高、運(yùn)行安全可靠、操作靈活簡(jiǎn)單、日常檢修維護(hù)方便得綜合性方案是電廠電氣主接線設(shè)計(jì)的主要目的。電廠電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程的實(shí)際條件，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性，合理選擇GIS配套方案和電源接入點(diǎn)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的談?wù)?。某電廠裝2臺(tái)機(jī)組（1G和2G），分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的主變壓器（1Tr.和2Tr.）進(jìn)行變電后送入電廠110KV-GIS組合開(kāi)關(guān)設(shè)備中，再通過(guò)GIS送入對(duì)應(yīng)的區(qū)域220KV變電站，其電氣主接線的主要方案如圖1所示：

圖1 電廠110KV-GIS主接線方案

從圖1可知，兩種方案在技術(shù)上都是可行的，都能將機(jī)組所發(fā)的電能有效送入220KV區(qū)域變電站中，現(xiàn)對(duì)電廠110KV-GIS主接線方案的所選用的設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能比較分析，將GIS中主要的設(shè)備及對(duì)應(yīng)的費(fèi)用列表1所示：

表 1 兩種不同的GIS主接線方案設(shè)備及費(fèi)用清單

從表1中可知，電廠兩種電氣接線方案所采用的設(shè)備數(shù)量幾乎相同，除了角形接線方案中多采用了一臺(tái)110KV母線PT外，其余設(shè)備數(shù)量和類型上基本一致。如果以角形接線方案為投資基準(zhǔn)方案而言，方案二的投資比為93.53%。現(xiàn)就兩種方案的綜合優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析如下：

1.方案一。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）電廠兩臺(tái)機(jī)組電能輸出回路中送電是相互獨(dú)立的。在GIS角形接線系統(tǒng)中，四段接線單元相互間沒(méi)有形成對(duì)應(yīng)的匯流母線，即在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，GIS接線中任一段出現(xiàn)故障或檢修時(shí),只需利用對(duì)應(yīng)的保護(hù)單元操作該段的線路開(kāi)關(guān)將故障有效切除即可,不影響其它單元的正常運(yùn)行。

（2）電廠GIS內(nèi)部配電設(shè)備采用閉合環(huán)形接線方案,提高了電廠供電可靠性和運(yùn)行調(diào)度靈活性都比較高。

缺點(diǎn)：

（1）當(dāng)GIS配電回路中任一臺(tái)斷路器出現(xiàn)故障或檢修時(shí),GIS系統(tǒng)將處于開(kāi)環(huán)運(yùn)行工況,從而降低了該接線方案的綜合可靠性；

（2）系統(tǒng)擴(kuò)建不方便，相互約束性較強(qiáng)；

（3）設(shè)備總投資要比方案二要高。

2. 方案二。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用單母線、單回路接線方式。送電回路各自采用獨(dú)立的斷路器，相互獨(dú)立性較強(qiáng)，互不干擾。

（2）GIS內(nèi)部接線簡(jiǎn)單清晰,不需要復(fù)雜的繼電保護(hù)系統(tǒng)，綜合控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

（3）系統(tǒng)擴(kuò)建擴(kuò)容方便、易行。

（4）設(shè)備投資較方案一稍低。

缺點(diǎn)：

（1）采用單母線的接線形式，當(dāng)母線及所連接的電氣設(shè)備任一單元出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，均會(huì)造成全廠電能無(wú)法送出,故障影響范圍廣，經(jīng)濟(jì)損失較大。

（2）當(dāng)GIS內(nèi)部線路斷路器出現(xiàn)故障或檢修,也可以造成全廠電能無(wú)法送出,供電綜合可靠性較方案一低很多，運(yùn)行調(diào)度不靈活。

從上述兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較討論結(jié)果看，方案一在系統(tǒng)供電可靠性、故障或檢修影響范圍、運(yùn)行調(diào)度靈活性等技術(shù)性能方面都要優(yōu)于方案二；而在經(jīng)濟(jì)投資上只比方案二多采用一臺(tái)母線PT，占總投資的50/773=6.5%，投資比也較優(yōu)越。因此，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益兩方面進(jìn)行綜合分析探討后，推薦方案一為該電廠的GIS內(nèi)部接線方案。

從圖1和表1及各方案的優(yōu)缺點(diǎn)可以看出，對(duì)于同一工程而言，不同的設(shè)計(jì)方案將會(huì)帶來(lái)不同的綜合技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在電廠電氣GIS接線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)工程功能和實(shí)際工況性能，選取多種技術(shù)可行的綜合接線方案，并在結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較分析，最終選取工程投資、運(yùn)行、調(diào)度、檢修等性能都較優(yōu)越的GIS內(nèi)部接線方案，有效提高電廠供電可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

二、電廠電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮擴(kuò)建靈活性

電廠GIS組合開(kāi)關(guān)設(shè)備如同室外變電設(shè)備一樣也有自己對(duì)應(yīng)的間隔，不過(guò)在GIS內(nèi)部稱為氣室。GIS氣室是相互獨(dú)立的，將封閉金屬筒內(nèi)的電氣設(shè)備有效隔開(kāi)，保證各設(shè)備具有良好的電氣性能。GIS氣室間的隔板材料成本是相當(dāng)昂貴的。如果在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段沒(méi)有有效考慮到系統(tǒng)分期建設(shè)及后期擴(kuò)建需求，就會(huì)導(dǎo)致后期GIS氣室擴(kuò)建費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)設(shè)計(jì)，同時(shí)由于GIS氣室密封性能非常嚴(yán)格，每外加一個(gè)氣室，就給GIS氣室間相互匹配添加了更大的壓力，也增加了系統(tǒng)故障或事故率，大大降低了GIS供電可靠性。因此，在電廠GIS設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮系統(tǒng)分期建設(shè)和后期擴(kuò)建的綜合工程特性，并做好相應(yīng)的建設(shè)和擴(kuò)建計(jì)劃措施，防止發(fā)生全廠大面積停電事故，有效提高系統(tǒng)供電可靠性和綜合經(jīng)濟(jì)效益[3]。

三、結(jié)束語(yǔ)

電廠GIS接線設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面進(jìn)行全方位的比較分析，選取適合工程特性的安全穩(wěn)定、高效經(jīng)濟(jì)的綜合方案。并在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到系統(tǒng)分期建設(shè)和擴(kuò)建需求，制定有效的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，提高電廠GIS綜合電氣性能，保證系統(tǒng)供電可靠性，增加電廠綜合經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 卓樂(lè)友.電力工程電氣設(shè)計(jì)200例[M.北京:中國(guó)電力出版社,2004.

[2] 吳祎瓊,賀虎,龐亞?wèn)|,等.晉東南變電站1000 kV 配電裝置設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(13):19-23.

[3] 李宏任.實(shí)用繼電保護(hù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版,2002.