林少華

【摘 要】 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，在電力系統(tǒng)中使用的越來越廣泛。相對(duì)于常規(guī)110kV配電裝置，GIS是最具發(fā)展前途的開關(guān)裝置，它具有多項(xiàng)優(yōu)良的性能，具有占地少，建設(shè)快、結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、檢修周期長(zhǎng)、運(yùn)行安全可靠等等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此GIS變電站模式將逐步成為變電站設(shè)計(jì)的首選。本文論述了新建GIS變電站在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題，涉及如何實(shí)現(xiàn)各種接線方式的GIS設(shè)備間隔擴(kuò)建不停電、內(nèi)橋接線變壓器高壓側(cè)應(yīng)選用快速隔離開關(guān)、SF6密度繼電器和指示壓力表應(yīng)選用具有不拆卸即能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的裝置等問題，詳細(xì)分析了原因，并提出了相應(yīng)解決措施，為新建GIS變電站設(shè)計(jì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】 GIS；SF6；擴(kuò)建不停電；快速隔離開關(guān)；SF6密度繼電器和指示壓力表

GIS（gas—insulated metal—enclose switchgear），即氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，又稱“六氟化硫封閉式組合電器”，它是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器和母線等元件組合并封閉于金屬殼體內(nèi)，充絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的六氟化硫（SF6）氣體組成一種組合式高壓電器。與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比，GIS具有占地面積小、安全可靠性高、檢修周期長(zhǎng)、安裝維護(hù)工作量小、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。近年來，GIS在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。本文在借鑒以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，提出在新建GIS變電站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意的三個(gè)問題，詳細(xì)分析了原因，并提出了相應(yīng)解決措施。

1 應(yīng)考慮預(yù)留間隔后期擴(kuò)建時(shí)不停電

由于工程建設(shè)成本與收益直接掛鉤，許多大型鋁加工項(xiàng)目采用分期建設(shè)模式，配套的GIS變電站相應(yīng)采取分期建設(shè)方式，即土建部分一期工程一次建成，電氣設(shè)備分期實(shí)施。對(duì)于普通的變電站，由于擴(kuò)建間隔的構(gòu)架初期時(shí)已經(jīng)建好，搭接母線的時(shí)間較短，因此母線停電容易安排；GIS變電站則不同，由于母線對(duì)接后氣室還需抽真空、充SF6氣體、靜置、做耐壓試驗(yàn)等，母線停電的時(shí)間很長(zhǎng)，如果一期工程未規(guī)劃設(shè)計(jì)預(yù)留間隔擴(kuò)建時(shí)的接口方案，后期擴(kuò)建時(shí)往往會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停電，目前已有GIS變電站經(jīng)歷了擴(kuò)建停電的噩夢(mèng)。如何減少擴(kuò)建時(shí)的停電時(shí)間，甚至是不停電，應(yīng)成為GIS變電站設(shè)計(jì)人員考慮的重要問題。

為規(guī)范GIS工程設(shè)計(jì)，減少擴(kuò)建時(shí)的停電時(shí)間，2011年8月23日國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備全過程管理重點(diǎn)措施》第二章第八條、第九條對(duì)GIS工程擴(kuò)建提出了的具體要求。

第八條 采用GIS的變電站，其同分段的同側(cè)GIS母線原則上一次建成。如計(jì)劃擴(kuò)建母線，宜在擴(kuò)建接口處預(yù)裝一個(gè)內(nèi)有隔離開關(guān)（配置有就地工作電源）或可拆卸導(dǎo)體的獨(dú)立隔室；如計(jì)劃擴(kuò)建出線間隔，宜將母線隔離開關(guān)、接地開關(guān)與就地工作電源一次上全。

第九條 GIS變電站如計(jì)劃分期建設(shè)，在GIS采購時(shí)，應(yīng)要求制造廠提供包括擴(kuò)建預(yù)留部分在內(nèi)的完整的現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)方案。擴(kuò)建完成后試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能減少對(duì)原有設(shè)備的耐壓試驗(yàn)次數(shù)。

從國家電網(wǎng)公司的擴(kuò)建要求中不難看出，GIS變電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該充分考慮擴(kuò)建時(shí)的各項(xiàng)工作。

在110kV變電站設(shè)計(jì)中110kV側(cè)普遍采用四種接線方式：雙母線接線方式、內(nèi)橋接線方式、單母線分段接線方式、單母線接線方式。下面以ZF12-126（L）為例，對(duì)采用雙母線接線方式和內(nèi)橋、單母線分段、單母線接線方式的GIS擴(kuò)建工程的不停電接口設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析：

1.1雙母線接線

1.1.1以母線端部作為擴(kuò)建接口，擴(kuò)建完整間隔（見圖1、2）

間隔擴(kuò)建時(shí)，F(xiàn)3母聯(lián)間隔具體操作為：CB分閘、DS2分閘、ES2合閘。F2間隔具體操作為：DS分閘、ES1合閘。F4、F5間隔具體操作為：DS2分閘。完成F5、F6間隔Ⅱ母線的擴(kuò)建對(duì)接。

F3母聯(lián)間隔具體操作：CB分閘、DS1分閘、ES1合閘。F1間隔具體操作：ES1合閘、DS分閘。F4、F5間隔具體操作：DS1分閘。完成F5、F6間隔Ⅰ母線的擴(kuò)建對(duì)接。

二期設(shè)備的擴(kuò)建實(shí)質(zhì)上對(duì)一期設(shè)備沒有具體的要求，除了需要滿足對(duì)接接口的具體尺寸外，不受一期設(shè)備的限制。利用兩條母線的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，完成不停電擴(kuò)建對(duì)接。但是，兩條母線不能同時(shí)運(yùn)行，且需要操作的開關(guān)相對(duì)較多。具體就需要考慮對(duì)接接口部位的結(jié)構(gòu)（圖3）：

A、用不通絕緣盆子和一期隔開，使一期設(shè)備和后期設(shè)備對(duì)接時(shí)能保持在額定氣壓，這樣可保證一期設(shè)備不停電或停電范圍減少。B、對(duì)接接口部位采用可拆卸的伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)，將一期設(shè)備從氣室、導(dǎo)電回路隔斷。使后期設(shè)備先就位，單獨(dú)做完絕緣試驗(yàn)后，再和前期設(shè)備對(duì)接。

1.1.2以母線隔離、接地開關(guān)處作為擴(kuò)建接口（見圖4、5）

間隔擴(kuò)建時(shí)，具體操作為：Ⅰ母帶電，所有負(fù)荷導(dǎo)向Ⅰ母，Ⅱ母停電，F(xiàn)6間隔具體操作：DS1分閘、DS2分閘、ES1合閘，回收DS2氣室內(nèi)的SF6氣體。

一期設(shè)備為“備用間隔（即僅上了母線上的隔離開關(guān)和接地開關(guān)）”，二期擴(kuò)建時(shí)，將備用間隔的隔離開關(guān)分閘，接地開關(guān)合閘后，即可在不影響其它間隔運(yùn)行的狀態(tài)下完成整個(gè)間隔的擴(kuò)建。但是，兩條母線不能同時(shí)運(yùn)行，且需要操作的開關(guān)相對(duì)較多。采用此種預(yù)留間隔后期對(duì)接時(shí)，對(duì)接面不在兩側(cè)存在氣壓差的絕緣子上，避免了外力直接沖擊氣隔絕緣子，對(duì)接相對(duì)較為安全，即使氣隔絕緣子出破裂問題，因?yàn)橛蠨S2角隔筒體的緩沖作用，也不會(huì)對(duì)人員和設(shè)備造成較大傷害。

1.2內(nèi)橋、單母線分段、單母線接線

1.2.1以母聯(lián)間隔處作為擴(kuò)建接口（圖6、7）。本圖示意為內(nèi)橋接線，單母分段原理與此相同。

間隔擴(kuò)建時(shí)，F(xiàn)3間隔進(jìn)行如下操作操作：CB分閘，ES2合閘，DS2分閘。因?yàn)閱文妇€結(jié)構(gòu)上一期設(shè)備中有母聯(lián)間隔，在擴(kuò)建時(shí)，僅需操作母聯(lián)間隔，即可實(shí)現(xiàn)一期設(shè)備F1、F2間隔不停電，完成擴(kuò)建對(duì)接。

1.2.2以母線隔離開關(guān)處作為擴(kuò)建接口（圖8、9、10），本圖適用于內(nèi)橋接線、單母分段、單母線接線。

間隔擴(kuò)建時(shí)，F(xiàn)3間隔具體操作為：DS1分閘，ES1合閘。因?yàn)橐黄谠O(shè)備中，包含了需要擴(kuò)建間隔的母線隔離開關(guān)、接地開關(guān)。所以，在擴(kuò)建時(shí)，僅需對(duì)母線隔離開關(guān)、接地開關(guān)相關(guān)操作，即可完成擴(kuò)建對(duì)接。本主接線方式，是否能夠?qū)崿F(xiàn)不停電對(duì)接，決定與一期設(shè)備的結(jié)構(gòu)，故一期設(shè)備需特殊設(shè)計(jì)（見圖10），前期上設(shè)備DS1和ES1作為一個(gè)獨(dú)立氣室和后期對(duì)接法蘭之間用不通盆隔離開，保證對(duì)接時(shí)不拆卸不通絕緣子，使DS1和ES1氣室作為過渡氣室且處于額定壓力，保證隔離斷口絕緣不擊穿，DS1分閘，ES1合閘，實(shí)現(xiàn)不停電對(duì)接。如果沒有過渡氣室或?qū)舆^程需要拆卸絕緣子及螺栓，則無法實(shí)現(xiàn)不停電對(duì)接。

綜合上面的分析，可以得出結(jié)論：

新建GIS變電站采用雙母線接線方式時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，有兩種設(shè)計(jì)方案：

后期擴(kuò)建間隔在母線端部時(shí)，要想使間隔擴(kuò)建時(shí)不停電，可以采用在擴(kuò)建接口處設(shè)置獨(dú)立氣室，并預(yù)留可拆卸的伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)的建設(shè)位置的方案。

后期擴(kuò)建間隔在中間位置時(shí)，必須在一期工程建設(shè)擴(kuò)建間隔的母線隔離開關(guān)及接地開關(guān)，并要求母線與母線隔離開關(guān)之間、兩個(gè)母線隔離開關(guān)之間不在一個(gè)氣室內(nèi)。

新建GIS變電站采用單母線接線方式時(shí)，要想使間隔擴(kuò)建時(shí)不停電，必須在一期工程建設(shè)擴(kuò)建間隔的母線隔離開關(guān)及接地開關(guān)，并要求將隔離開關(guān)及接地開關(guān)處于一個(gè)獨(dú)立氣室。

新建GIS變電站采用單母線分段或內(nèi)橋接線方式時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，有兩種設(shè)計(jì)方案：

后期擴(kuò)建一段母線的所有間隔，要想使間隔擴(kuò)建時(shí)不停電，必須在一期工程建設(shè)母聯(lián)間隔。

后期擴(kuò)建某段母線某一或某幾個(gè)間隔，要想使間隔擴(kuò)建時(shí)不停電，必須在一期工程建設(shè)擴(kuò)建間隔的母線隔離開關(guān)及接地開關(guān)，并要求將隔離開關(guān)及接地開關(guān)處于一個(gè)獨(dú)立氣室。

為確保新建GIS變電站在預(yù)留間隔擴(kuò)建時(shí)母線不停電，設(shè)計(jì)者還可在招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書和技術(shù)協(xié)議書中要求廠家有針對(duì)性地提出不停電擴(kuò)建的完整方案，并體現(xiàn)到施工設(shè)計(jì)中。

2 內(nèi)橋接線主變壓器高壓側(cè)應(yīng)選用快速隔離開關(guān)

某工程配套建設(shè)110kVGIS變電站，110kV側(cè)接線簡(jiǎn)圖如下圖所示：

全站由進(jìn)線2主供的情況下，若1021號(hào)刀閘采用的是普通的隔離開關(guān)，無法斷開空載變壓器，當(dāng)2號(hào)變壓器要進(jìn)行檢修或預(yù)試時(shí)，就只能斷開110kV進(jìn)線182號(hào)開關(guān)，全站停電，然后斷開1021號(hào)刀閘主變壓器停電，再回復(fù)182號(hào)開關(guān)對(duì)1號(hào)主變壓器供電，2號(hào)主變壓器才能進(jìn)行檢修，事實(shí)上，由于遵守先斷開負(fù)荷側(cè)開關(guān)才能斷開電源側(cè)開關(guān)的操作順序，全站停電的時(shí)間將會(huì)很長(zhǎng)。

如果1021號(hào)刀閘采用的是快速隔離開關(guān)，可以開斷變壓器的空載電流，當(dāng)2號(hào)變壓器要進(jìn)行檢修或預(yù)試時(shí)，可以直接斷開變壓器低壓側(cè)開關(guān)，然后拉開1021號(hào)刀閘對(duì)主變壓器停電，完全不影響1號(hào)主變壓器的供電，極大地縮短了2號(hào)主變壓器的停電時(shí)間。由此可見，內(nèi)橋形接線主變壓器高壓側(cè)選用快速隔離開關(guān)將給今后的檢修和維護(hù)帶來很大的方便。

3 SF6密度繼電器和指示壓力表應(yīng)具有不拆卸即能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的裝置

根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中關(guān)于GIS設(shè)備的要求，應(yīng)按照周期對(duì)SF6氣體密度監(jiān)視器（包括整定值）進(jìn)行預(yù)試。國家電網(wǎng)公司18項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（試行）關(guān)于“預(yù)防SF6斷路器及GIS故障的措施”明確規(guī)定：SF6壓力表和密度繼電器應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)。但大量的密度繼電器由于沒有專用的接頭，必須拆卸后才能進(jìn)行測(cè)試，僅僅為了預(yù)試在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量密度繼電器的拆卸幾乎是不可能的。另一方面，有些生產(chǎn)廠家密度繼電器的接頭是定型產(chǎn)品，他們不愿意改變定型設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致不能嚴(yán)格貫徹執(zhí)行預(yù)試規(guī)程和反措的要求。隨著反措貫徹力度的加強(qiáng)，很多廠家也生產(chǎn)出了不拆卸即能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的密度繼電器。因此在標(biāo)書和技術(shù)協(xié)議中應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)SF6密度繼電器和指示壓力表應(yīng)具有不拆卸即能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的裝置，并在投運(yùn)前認(rèn)真驗(yàn)收。有種不拆卸即能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的裝置類似于管道的三通接頭，有兩個(gè)閥門。當(dāng)主閥門關(guān)閉后，打開側(cè)閥門即可以很方便地用儀器校驗(yàn)密度繼電器。校驗(yàn)完成后，關(guān)閉側(cè)閥，打開主閥恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。要特別注意的是，試驗(yàn)完成后一定要開啟主閥門，否則密度繼電器的讀數(shù)無法正確反映GIS氣室的實(shí)際壓力，若開關(guān)氣室漏氣未被發(fā)現(xiàn)，壓力繼續(xù)降低有可能造成開關(guān)無法滅弧發(fā)生爆炸的嚴(yán)重后果。

4 結(jié)束語

作為設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行GIS變電站設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真做好主接線及設(shè)備選型的分析比較工作，制定出兼顧運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)及擴(kuò)建階段的主接線方案及設(shè)備選型方案，并注意加強(qiáng)GIS設(shè)備方面知識(shí)的學(xué)習(xí)和交流，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的不足加以改進(jìn)和完善。

參考文獻(xiàn)：

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