丁曉輝 張星 趙東森

引言：本文對(duì)某站110kV系統(tǒng)HGIS設(shè)備改造項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析。從施工方案的制定、施工存在問(wèn)題及解決措施方面，具體的分析各類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的原因及產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并制定了相應(yīng)的解決措施，通過(guò)對(duì)具體工程案例的詳細(xì)分析說(shuō)明，為此類(lèi)工程的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)及改造經(jīng)驗(yàn)。

引言

HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear）是一種介于GIS和AIS之間的新型高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。與GIS設(shè)備的結(jié)構(gòu)相比，HGIS的母線(xiàn)是外露的不裝于SF6氣室，因而接線(xiàn)清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊，安裝及維護(hù)檢修方便，運(yùn)行可靠性高[1]。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，超高壓變電站大量增加，進(jìn)一步增大了環(huán)境和占地的壓力，使得變電站主設(shè)備的選型就非常重要。HGIS具有占地少，運(yùn)行可靠性高，抗污穢及抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)。尤其在風(fēng)沙較大的西北地區(qū)HGIS設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用。

一、工程簡(jiǎn)介

1.1工程概況

工程所在的220kV變電站位于寧夏銀川市，變電站容量420MVA，共三臺(tái)主變#1、#2主變120MVA，#3主變180MVA，正常情況下最大負(fù)荷可達(dá)341MW，占寧夏電網(wǎng)銀川行政區(qū)總負(fù)荷的14.2%?，F(xiàn)110kV系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備為常規(guī)一次設(shè)備，設(shè)備受風(fēng)沙雨雪侵蝕嚴(yán)重有明顯老化現(xiàn)象，對(duì)于電網(wǎng)的安全運(yùn)行存在嚴(yán)重隱患，因此急需進(jìn)行改造，計(jì)劃將原有設(shè)備拆除，更換為HGIS設(shè)備。

本次110kV設(shè)備改造工程主要涉及2期項(xiàng)目共計(jì)16個(gè)110kV HGIS間隔改造；其中銀川供電局負(fù)責(zé)7個(gè)間隔改造，分別為：111線(xiàn)路、112線(xiàn)路、113線(xiàn)路、114線(xiàn)路、120線(xiàn)路、122線(xiàn)路及備用間隔121線(xiàn)路。各間隔的工作均為拆除間隔斷路器、-1、-2、-3隔離開(kāi)關(guān)，安裝HGIS設(shè)備。

1.2施工方案

為保證工程順利實(shí)施，綜合考慮施工、運(yùn)維、保護(hù)及調(diào)度等多方面因素，整個(gè)改造工程預(yù)計(jì)130天，并分為7個(gè)階段，每個(gè)階段20天，均需進(jìn)行三次倒母線(xiàn)，時(shí)間安排大致為I母2天，II母17天，I母1天。在此期間變電站110kV系統(tǒng)單母線(xiàn)運(yùn)行，為保證電網(wǎng)安全及可靠供電，需要制定詳細(xì)合理的施工方案、操作方案、事故預(yù)案及新設(shè)備啟動(dòng)方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局情況，119間隔、118間隔位于道路邊緣，因施工安裝新設(shè)備后，原有道路被施工破壞，無(wú)法進(jìn)行正常使用。故本次施工應(yīng)首先從119間隔、118間隔開(kāi)始，以保證后續(xù)工程可以順利實(shí)施；其次，改造過(guò)程中需要頻繁進(jìn)行倒母線(xiàn)操作，故需將母聯(lián)100間隔進(jìn)行改造，確保在后續(xù)改造過(guò)程中可以順利進(jìn)行倒閘操作。其余間隔在后續(xù)施工順序由現(xiàn)場(chǎng)布局決定。

二、工程中存在問(wèn)題及解決措施

通過(guò)對(duì)施工方案的分析可以看出，該項(xiàng)工程施工的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

2.1負(fù)荷轉(zhuǎn)移問(wèn)題

施工過(guò)程中存在大量負(fù)荷無(wú)法轉(zhuǎn)移的事實(shí)，大量負(fù)荷的轉(zhuǎn)移不僅施工風(fēng)險(xiǎn)大，而且容易造成甩負(fù)荷致使用戶(hù)失電的情況。

采取措施：嚴(yán)控變電站負(fù)荷。第一階段停電期間，預(yù)計(jì)變電站最大負(fù)荷為341MW，主變?nèi)萘颗渲脼椋?#主變（120MW）、2#主變（120MW）、3#主變（180MW）。將其中煉油二變（32MW）負(fù)荷與牽引變（16MW）負(fù)荷轉(zhuǎn)移至其他220kV變電變。屆時(shí)由該變電站供電的負(fù)荷減至293MW。通過(guò)方式調(diào)整，盡可能減小此變電站故障的影響及事故等級(jí)，保證鐵路牽引變及重要用戶(hù)供電。

2.2頻繁倒閘問(wèn)題

變電站更換母聯(lián)100開(kāi)關(guān)及隔離開(kāi)關(guān)為HGIS設(shè)備，需將100間隔拆除。在此期間，110kV系統(tǒng)I與II母需要輪流停電檢修，需要進(jìn)行倒閘操作，但此時(shí)已失去母聯(lián)開(kāi)關(guān)，無(wú)法用常規(guī)操作對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行倒閘操作，給工程改造帶來(lái)極大困難。

采取措施：縱觀整個(gè)110kV系統(tǒng)間隔，有一備用間隔117，再有旁路開(kāi)關(guān)140。故考慮利用旁路開(kāi)關(guān)140、旁路母線(xiàn)以及備用間隔117開(kāi)關(guān)串在一起，組成一個(gè)具有母聯(lián)開(kāi)關(guān)功能的類(lèi)似母聯(lián)設(shè)備，進(jìn)行倒閘操作。但這個(gè)想法是否能夠?qū)崿F(xiàn)，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，要求滿(mǎn)足繼電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行，還要對(duì)該項(xiàng)操作進(jìn)行系統(tǒng)安全校核。為此制定三步方案：

第一步：設(shè)備檢查。安排檢修人員對(duì)備用間隔117設(shè)備、旁路開(kāi)關(guān)140及旁路母線(xiàn)進(jìn)行定檢工作，檢查所有設(shè)備是否可以進(jìn)行操作，確保其設(shè)備的良好性，以利于正常操作的順利進(jìn)行。

第二步：與保護(hù)設(shè)備的配合檢查。對(duì)于組合而成的專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)是否能與保護(hù)設(shè)備進(jìn)行配合進(jìn)行檢查。因母差保護(hù)在正常動(dòng)作過(guò)程中需首先跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，但母聯(lián)100開(kāi)關(guān)已處在檢修狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常功能。對(duì)于專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)是無(wú)法滿(mǎn)足母差保護(hù)的正常運(yùn)行，所以必須進(jìn)行二次回路的改造工作。因倒閘操作結(jié)束后，旁路140要恢復(fù)帶路功能，所以考慮117開(kāi)關(guān)作為臨時(shí)母聯(lián)100開(kāi)關(guān)，并對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)命名，旁路間隔140及旁路母線(xiàn)視為-1刀閘作為硬連接，以滿(mǎn)足倒閘操作需要。接線(xiàn)如下圖1所示：

圖1旁路13140間隔與13117備用間隔接線(xiàn)圖

專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)必須具備的條件：

1、封住140母差電流。

2、將117母差保護(hù)電流回路倒接至母聯(lián)間隔。

3、將117母差保護(hù)跳閘回路接至跳母聯(lián)位置。

4、將117開(kāi)關(guān)位置接入母差保護(hù)母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置處。

變電站110kV母差保護(hù)為BP-2B母差保護(hù)，其母聯(lián)CT極性需以II母為正。根據(jù)實(shí)際情況在將117作為母聯(lián)在倒閘操作時(shí)，一次設(shè)備必須將140掛接I母，117掛接于II母線(xiàn)，通過(guò)旁母及13140、13117形成母聯(lián)，完成倒閘操作功能。

第三步：電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性校核。用專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)進(jìn)行倒閘操作，在此之前從未發(fā)生過(guò)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，所以必須對(duì)其進(jìn)行電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性校核[2]。

采用母聯(lián)100進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)，校核如下圖2所示：

圖2母聯(lián)100合環(huán)時(shí)潮流校核圖

采用117、140及旁路母線(xiàn)組成的專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)進(jìn)行合環(huán)操作時(shí)，校核如下圖3所示：

圖3臨時(shí)母聯(lián)合環(huán)時(shí)潮流校核圖

通過(guò)與母聯(lián)100合環(huán)時(shí)的潮流圖對(duì)比分析可得：110kV系統(tǒng)在專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)117開(kāi)關(guān)處合環(huán)時(shí)，110kV I母與II母之間的功率在正常范圍內(nèi)，滿(mǎn)足安全穩(wěn)定性校核，可以進(jìn)行正常操作。

2.3運(yùn)行方式薄弱問(wèn)題

在施工中有長(zhǎng)達(dá)100多天的110kV系統(tǒng)單母線(xiàn)運(yùn)行方式，該運(yùn)行方式薄弱，供電可靠性降低。若運(yùn)行母線(xiàn)發(fā)生故障，則造成110kV系統(tǒng)全停后果，預(yù)計(jì)損失負(fù)荷293MW左右，占寧夏電網(wǎng)銀川行政區(qū)總負(fù)荷12.2%，根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司下發(fā)《國(guó)家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》中“2.2.5.1造成電網(wǎng)減供負(fù)荷100兆瓦以上者?！钡臈l例，進(jìn)入五級(jí)電網(wǎng)事件[3]。

采取措施：詳細(xì)制定變電站反事故預(yù)案。通過(guò)110kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)通道，恢復(fù)變電站重要負(fù)荷。聯(lián)絡(luò)關(guān)系為，220kV施工變電站110kV系統(tǒng)故障全停，通過(guò)A變電站—110kV變電站B—施工站110kV旁母—112線(xiàn)路、116線(xiàn)路、121線(xiàn)路進(jìn)行供電，如下圖4所示：

圖4聯(lián)絡(luò)關(guān)系接線(xiàn)圖

此種方式下，變電站A線(xiàn)路5107（型號(hào)LGJ-300/20）輸送容量131.46MW。供電的變電站有：變電站B（30MW）、變電站C（30MW）、變電站D（20MW）、牽引變E（16MW），共計(jì)負(fù)荷96MW。反帶線(xiàn)路是直接經(jīng)過(guò)旁路-4刀閘與旁路母線(xiàn)與電源點(diǎn)相聯(lián)系，并沒(méi)有經(jīng)過(guò)站內(nèi)開(kāi)關(guān)與電流互感器，所以站內(nèi)線(xiàn)路保護(hù)設(shè)備將失去應(yīng)有功能，所有線(xiàn)路由5107保護(hù)裝置保護(hù)其正常運(yùn)行。

在此特別說(shuō)明：112線(xiàn)路配置光纖縱差保護(hù)，所以必須將其線(xiàn)路光纖縱差保護(hù)退出運(yùn)行，否則線(xiàn)路一帶負(fù)荷即會(huì)出現(xiàn)差流，可能引起線(xiàn)路跳閘[4]。經(jīng)繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)整定此特殊運(yùn)行方式下的臨時(shí)定值，校核計(jì)算后，此方式確實(shí)可行。

2.4新設(shè)備啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

本次更換的新設(shè)備為HGIS設(shè)備。各間隔斷路器與-1、-2、-3刀閘之間有相對(duì)獨(dú)立的絕緣氣室，且不能直接觀察到刀閘是否正常，新設(shè)備100開(kāi)關(guān)未進(jìn)行充電試驗(yàn)，可能存在拒動(dòng)情況；母差保護(hù)二次回路經(jīng)過(guò)多次改動(dòng)，可靠性降低，可能出現(xiàn)誤動(dòng)作情況；所以新設(shè)備啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)大，任意設(shè)備元件出現(xiàn)問(wèn)題都有可能引發(fā)運(yùn)行母線(xiàn)故障，導(dǎo)致嚴(yán)重電網(wǎng)事故發(fā)生。

采取措施：在進(jìn)行變電站110kV系統(tǒng)新設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免新設(shè)備與運(yùn)行的母線(xiàn)發(fā)生直接性接觸；預(yù)先考慮故障情況下母差保護(hù)誤動(dòng)作導(dǎo)致的影響，并采取控制措施。所以將新設(shè)備啟動(dòng)分為兩次。

第一次新設(shè)備啟動(dòng)：

1、在新設(shè)備與II母線(xiàn)安裝完畢后，進(jìn)行第一次新設(shè)備啟動(dòng)。此時(shí)新設(shè)備與I母線(xiàn)之間的引流導(dǎo)線(xiàn)處于未接狀態(tài)，所以110kV I母線(xiàn)處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，滿(mǎn)足硬隔離的先決條件。

2、母聯(lián)100是新設(shè)備，可靠性較低。新設(shè)備啟動(dòng)前，110kV II母線(xiàn)處于冷備狀態(tài)，不能用母聯(lián)100對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行充電，而是選擇主變?nèi)萘枯^小，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好的#2主變中壓側(cè)102開(kāi)關(guān)對(duì)II母線(xiàn)進(jìn)行充電，以檢查母線(xiàn)是否可以正常運(yùn)行。

3、本次新投運(yùn)設(shè)備均是站內(nèi)設(shè)備。距離母線(xiàn)很近，若發(fā)生故障，則屬于母線(xiàn)近區(qū)故障，故障短路電流會(huì)很大。而主變中后備保護(hù)切除故障的時(shí)限比較長(zhǎng)，考慮長(zhǎng)時(shí)限的短路電流有可能會(huì)燒毀主變，因此，必須更改主變后備保護(hù)定值，以保證主變的安全性[5]。

由以上幾項(xiàng)考慮可得，在滿(mǎn)足條件后，將110kV II母轉(zhuǎn)為冷備狀態(tài)，新設(shè)備運(yùn)行于II母線(xiàn)，重新整定#2主變中后備保護(hù)定值，用#2主變中壓側(cè)102開(kāi)關(guān)對(duì)II母線(xiàn)、119間隔、118間隔及母聯(lián)100間隔進(jìn)行充電，確保母線(xiàn)、各間隔開(kāi)關(guān)、-1、-2及-3刀閘設(shè)備良好。若新設(shè)備有故障，則#2主變中壓側(cè)開(kāi)關(guān)102迅速跳開(kāi)隔離故障，這樣即保護(hù)#2主變的安全性，也有效的保證I母線(xiàn)的正常運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生負(fù)荷損失情況，避免了事故的擴(kuò)大，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。若無(wú)異常情況，則第一次新設(shè)備啟動(dòng)順利完成。

第二次新設(shè)備啟動(dòng)：

第一次新設(shè)備啟動(dòng)順利完成后，繼續(xù)使用專(zhuān)用臨時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)進(jìn)行倒閘操作，110kV I母線(xiàn)轉(zhuǎn)檢修，進(jìn)行引流導(dǎo)線(xiàn)的接入。此時(shí)母聯(lián)100的母差保護(hù)二次回路沒(méi)有恢復(fù)，所以必須等母聯(lián)100的母差保護(hù)功能恢復(fù)正常后，才可進(jìn)行第二次的新設(shè)備啟動(dòng)。

具備以上條件后，方可開(kāi)始第二次新設(shè)備啟動(dòng)。第一次已經(jīng)對(duì)各間隔的開(kāi)關(guān)及刀閘進(jìn)行了充電驗(yàn)證，且母聯(lián)100的功能已經(jīng)恢復(fù)正常，所以可以用母聯(lián)100開(kāi)關(guān)對(duì)110kV I母線(xiàn)進(jìn)行充電，但之前必須退出110kV母差保護(hù)，可能存在CT極性錯(cuò)誤引發(fā)母差保護(hù)誤動(dòng)作的問(wèn)題。待母線(xiàn)運(yùn)行正常后，對(duì)各間隔進(jìn)行母差保護(hù)極性測(cè)試，測(cè)試正確后，恢復(fù)110kV系統(tǒng)正常運(yùn)行方式。

變電站110kV系統(tǒng)HGIS設(shè)備改造工程第一階段順利完工。后續(xù)改造過(guò)程中母聯(lián)100可以進(jìn)行正常倒閘操作，屬于常規(guī)工程項(xiàng)目，故不再進(jìn)行論述。

本文主要分析HGIS設(shè)備改造工程過(guò)程，從施工方案的制定、施工存在問(wèn)題及解決措施等方面，具體的分析各類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的原因及產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并制定了相應(yīng)的解決措施，通過(guò)對(duì)具體工程案例的詳細(xì)分析說(shuō)明，為此類(lèi)工程的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)及改造經(jīng)驗(yàn)。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司）