GIS 全封閉變電站在禹門口一級泵站工程的應用

劉若宙

(山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原 030024)

1 概述

山西省禹門口一級泵站改擴建工程位于山西省河津市境內，緊靠原禹門口一級站上游側，距黃河禹門口峽谷出口約80m，距河津市區約15km，該工程站址與原禹門口一級泵站廠房及變電站相鄰，因此采用與一級站共用變電站的方式。該變電站電源引自相距約12km的清澗變電站，導線規格為LGJ-120。雖然本站是單電源供電，但由于清澗變電站為雙回220 kV進線，供電系統還是較為可靠的。通過對一級泵站110 kV變電站的改建，新增兩個110 kV出線間隔，增設兩臺主變壓器，實現新舊兩泵站共用一個變電站，充分利用現有變電站，使改擴建工程更經濟合理。

2 變電站的方案比選

根據電氣主接線的設計要求，結合泵站裝機容量、臺數、運行方式和電力系統情況，對泵站變電站進行了新建110 kV的GIS全封閉變電站和改擴建現有一級站110 kV戶外變電站的方案比較，決定采用新建110 kV的GIS全封閉變電站，原因如下:

1)本工程是改造工程，原有變電站已有兩個出線間隔，改造后需要增加兩個出線間隔，若擴建現有變電站，所需占地面積大，考慮到變電站在公路附近，擴地難度大，協調工作大，資金投入大，所以改擴建現有一級站110 kV戶外變電站不合適。2)本站地處黃河邊，且離公路不遠，因此，項目區污穢等級高，潮濕度大，若對現有一級站110 kV戶外變電站進行擴建，則需投入很大的財力和人力進行維護，這無疑增加了后期運行成本。3)新建GIS站為室內全封閉開關站，占地面積較小，由于封閉式的元件不受污染、潮濕等因素的影響，且SF6氣體為絕緣介質，其本身不燃燒，且滅弧性能好，絕緣性能極佳，該氣體充斥其中可保證可靠的運行，相對維護工作特別少，符合“無人值班、少人值守”設計理念。

3 方案概述

本工程通過對一級泵站110 kV變電站的改建，新增兩個110 kV出線間隔，增設兩臺主變壓器，實現新舊兩泵站共用一個變電站。變電站110 kV母線采用單母線形式，套管進線間隔一回，套管出線間隔四回，PT/避雷器保護間隔一回。原變電站兩臺110/6 kV主變壓器仍留用，容量為6 300 kVA/臺，新增設兩臺110/10 kV主變壓器，容量均為6 300 kVA/臺，四臺變壓器高壓側均引自GIS開關室套管出線間隔。

由于原泵站主變低壓側為6 kV電壓等級，而現階段主變等級為10 kV，所以擴建泵站采用10 kV母線配電方式，變壓器低壓側以10 kV電纜經電纜溝引至泵站10 kV高壓開關室的10 kV成套配電裝置。對擴建泵站10 kV母線側分別進行單母線和單母線分段兩個方案的技術經濟比較，考慮到該站裝機兩臺，廠房開挖難度較大，面積應盡量最小，單母線接線方式便可以滿足運行需要，所以，以節省投資為原則，本站10 kV母線側推薦采用單母線接線方案。

另外，因電動機功率因素較低，專設無功自動補償裝置一套，補償容量為4800 kVAR，兩組投切。

為保證站用負荷用電，電站設兩臺站用變壓器，分別接在泵站10 kV母線和現有禹門口一級泵站6 kV母線，站用電接線低壓側采用單母線不分段接線方式。

4 GIS全封閉變電站特征

1)節約占地，大大減少了征地、拆遷、賠償等極為昂貴的費用，迎合了國家的政策。具體來說，220 kV GIS設備比常規設備的占地面積少約60%;110 kV GIS設備比常規設備的占地面積少約54%。2)絕緣性能高，滅弧性能強。SF6氣體為絕緣介質，其本身不燃燒，滅弧性能好，絕緣性能極佳，該氣體充斥其中可保證可靠的運行，相對維護工作特別少，符合“無人值班、少人值守”設計理念。3)環保、抗潮性強。GIS站為室內全封閉開關站，占地面積較小，且封閉式的元件不受潮濕、污染等因素的影響，GIS設備能滿足極強的環保標準和抗潮強度。4)安裝工期短，大大節約施工時間。GIS設備元件較為平常，有很好的通用性，加上積木式的結構，且組合安裝在運輸單元中，到達工地就位固定，其工作強度約為常規設備安裝工作量的20%，大大節約安裝時間。

5 變電站GIS設計及運行中應注意的問題

GIS的總體布置:對GIS進行總體布置時，電力電纜敷設、控制和繼電保護盤的布置、架空線走向等因素成為考慮內容。在進行室內布置時，GIS設備的寬度和通道寬度決定GIS室的寬度。在進行現場耐壓試驗時，GIS設備需要裝設臨時SF6空氣套管，嚴格按照規范要求計算帶電體與墻壁之間的距離，考慮到進出電纜對工作通道寬度的要求，計算出移動式SF6氣體回收裝置的寬度及轉彎半徑，及其檢修和搬運GIS組件所需要的寬度。GIS室的高度需要考慮到設備運輸，安裝，大修和試驗時對室內高度的要求，當其進行檢修時，有足夠空間能整體吊斷路器及其組件，尤其在進行現場耐壓試驗時，帶電體與房頂有充足且安全的距離。在進行戶外布置時，考慮到可能開進汽車起吊等作業，通道的寬度和通道上架空跳線的高度有相應的要求，一般距GIS外緣不得小于3.5m。GIS的土木建筑設計:GIS設備的各個元件用螺栓連接，基礎預埋槽鋼之間的水平誤差不能超過2mm，母線管法蘭連接時的垂直誤差不能超過0.5mm，保證了SF6氣體不泄漏。GIS的通風設計:通風設備必須裝設于GIS室內，并且保證通風量為GIS室空間體積的3倍～5倍，按照規范要求，考慮到發熱通風的因素，GIS室里的出風口布置于室內的上部，這樣便可以滿足SF6氣體的體積分數不大于1000mL/m3，室內的含氧量高于18%，可防止GIS外殼發生爆裂后不能可靠排出SF6氣體，也便于運行人員進入GIS室前對室內進行換氣。GIS室通風設備的出風口應設在GIS的下部，主要原因是SF6氣體的比重是空氣比重的5倍，容易積聚在電纜溝或接近地板的底層空間，其出風口在GIS的下部能保證設備有效排出外溢的SF6氣體。GIS設備的故障分析:GIS可靠性高，檢修周期長，維護工作量少，其故障率只有常規設備的20%～40%。在安裝或大修后投入運行的一年內，GIS設備會出現背部閃絡故障，根據統計資料顯示，相關元件故障率如表1所示。

表1 相關元件故障率 %

因此，運行中，相關人員第一年必須加大日常的巡視檢查力度，檢查隔離開關和盆型絕緣子是否完好，特別留意SF6氣體壓力，觀察其變化情況，判斷音質特性的變化及持續時間的差異，觀察是否有發熱、生銹等現象。若發現異常，一定及時對該設備進行專項檢查，并及時匯報，以避免事故的發生。

6 結語

隨著自動化技術在水利行業的發展，GIS在變電站的應用也愈加廣泛，因此，我們要從設計、安裝、運行維護、檢修等各方面對其不斷地加以總結，才能使GIS設備發揮更大的作用。