萬家口子水電站SF6全封閉組合電器設計體會

楊春華

萬家口子水電站
SF6全封閉組合電器設計體會

楊春華

（吉林省水利水電勘測設計研究院 吉林長春 130021）

根據萬家口子水電站的地理環境狀況，220kV升壓站的電氣設備采用SF6全封閉組合電器(GIS)，本文就電氣高壓配電裝置型式及電氣設備布置進行論述，為其它工程設計提供參考。

水電站 升壓站 SF6全封閉組合電器(GIS) 高壓配電裝置型式 電氣設備布置

1 概述

萬家口子水電站位于云南省宣威市及貴州省六盤水市境內北盤江支流革香河上，為兩省交匯地界。水電站為引水式電站，廠房布置在壩后岸邊。裝設兩臺機組，單機容量90MW，總裝機容量為180MW，機端電壓為13.8kV，功率因數為0.85。根據云南電網公司計劃發展部所作《云南省萬家口子水電站接入系統報告》審查批復意見：萬家口子水電站接入系統電壓等級為220kV，以1回220kV送線線路接入平川220kV變電所，線路長度為34km，導線截面為400mm2。

萬家口子水電站發電機電壓側采用發電機-變壓組器單元接線，每1臺90000kW機組配1臺120000kVA變壓器。升高電壓側采用單母線接線，主變壓器進線間隔2回,電壓互感器間隔1回，220KV線路出線間隔1回。

2 220kV升壓站配電裝置型式

萬家口子水電站地處滇黔交界山區，海拔1308.9米，廠房位于拱壩下游高中山斜坡上（見圖1），設備布置場地特別狹窄，由于基礎座于弱風化白云巖層上，土建施工開挖困難。現對220kV升壓站進行了戶外敞開式布置方案和戶內全封閉組合電器(GIS)布置方案的技術經濟比較。

采用全封閉組合電器設備占用面積和空間少，可減少石方開挖量。戶外敞開式布置方案的升壓站占地面積40m×60m，石方開挖量約12萬m3。而戶內GIS重疊布置在廠房上游側主變壓器室之上，只占空間，不占面積。投資比較見表1。

表1 戶外升壓站中式布置與戶內GIS布置比較表

從投資比較看，GIS設備投資雖然大于戶外升壓站常規布置方案，但土建投資和綜合投資少于戶外升壓站方案。

全封閉組合電器施工周期短，GIS設備元件通用性高，在制造廠安裝組成再運輸單元，并已調試合格。當抵達現場后，對運輸單元進行少量的安裝、調整、試驗后進行整體拼裝，即可投入運行，現場的安裝工作量大大降低，從而節省施工費用。

由于全封閉組合電器設備技術成熟，工藝先進，電氣設備密封于金屬外殼內，設備外絕緣不受外界污穢環境影響，使用SF6氣體作為絕緣介質，其滅弧性能、絕緣性能優于空氣，斷路器的開斷能力高，所以GIS設備的故障率較低，維護周期長，年運行費用及故障損失費用約為戶外升壓站的50%左右。

GIS設備是全封閉式的，導電部分在外殼以內，與外界不接觸，被充以SF6氣體包圍，動熱穩定性好。避免溢流壩泄洪時產生的霧化對升壓站電氣設備安全運行帶來的影響。也不受高海拔、潮濕環境的影響。

全封閉組合電器設備的導電部分均被外殼所屏蔽，設備接地良好，其導體所產生的電磁干擾、輻射噪音都被外殼屏蔽。固定導體的盤式絕緣子把設備分隔在不同氣體中，設備之間也互不影響，故此GIS裝置不會對電氣二次設備、通訊設備進行干擾，也不會發生運行人員觸電危險。

圖1 電氣設備布置剖面圖

全封閉組合電器高度和重心低，瓷套管等脆性元件很少，具有較好的抗震性。

全封閉組合電器方案使得主變壓器、開關站與主副廠房之間布置緊湊，相對位置變得更加合理，極大地減少了電力電纜和控制電纜的需用量，減少了電路的電能及電壓損耗，便于實現自動化和電站的運行管理。

經綜合比較論證，由于萬家口子電站建在山區，空間狹小，開挖困難，采用全封閉組合電器方案整體投資和運行費用低，設備運行安全可靠，運行維護工作量小，因此該電站升壓站采用屋內SF6全封閉組合電器(GIS)方案。

3 SF6全封閉組合電器(GIS)的電氣設備布置

萬家口子水電站設計為戶內式GIS樓，在主變壓器室頂上。全封閉組合電器（GIS）設備通過SF6/油套管與主變連接。在GIS樓頂層，布置220KV出線場，通過SF6/空氣套管與送出設備連接。

GIS樓內面積為32m×11.26m（長×寬），比較狹窄，因此斷路器采用垂直布置，安裝在側面底座上，母線采用三相共體型式，長20m，占地面積小。

GIS的維護通為1m，滿足搬運試驗設備和氣體回收小車的需要。

GIS室內考慮防SF6泄漏措施，屋內設置排氣設施，注意防腐通風，防止SF6氣體泄漏或經電弧作用分解的有害氣體對人身影響。

考慮母線的熱伸縮和基礎的不均勻下沉，為消除溫度應力的影響，在適當位置安裝必要的伸縮接頭。

由于GIS設備較重，斷路器合閘時沖擊力較大，故要求地基無不均勻沉陷，地面水平誤差不超過±5mm。

因宣威地區在冬季環境溫度低于-20°C，為防止SF6氣體低溫液化，設置電阻加溫裝置。

電工建筑物、構筑物布置首先要滿足電氣主接線的要求，為安全生產、方便管理創造條件。根據機組的布置特點, 并按照機電設備運行維護方便，主、副廠房電氣設備與主變壓器室、GIS設備室等位置相對合理的原則進行布置。結合地形地質，在保證安全間距的條件下減少開挖，力爭做到布置緊湊合理，節約用地。

4 參數選擇

（1）基本技術參數

最高工作電壓：252kV

額定電壓：220kV

額定電流：3150A

母線額定電流：3150A

4s熱穩定電流：50kA

極限通過電流：125kA

額定關合電流：125kA

20oC時額定SF6氣壓：

斷路器室：0.65Mpa

其余氣室：0.3Mpa

（2）全封閉組合電器絕緣水平

額定1min工頻耐受電壓（有效值）：

相間，相對地：460kV

斷口間：460+145kV

額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）：

相間，相對地：1050kV

斷口間：1050+200kV

局部放電：每個澆注絕緣子放電量 相-地不大于10KV

5 結束語

由于地理環境條件的限制，要求萬家口子水電站樞紐總體布置緊湊，盡量減少開挖，設計人員要精心設計，結合電氣主接線的確定，220kV升壓站電氣設備的方案選擇和電站電氣設備布置要綜合考慮多方面因素。SF6全封閉組合電器(GIS)可靠性高，運行維護量小，占用面積和空間小，環境保護好。該電站設計已通過云南電網公司計劃發展部的審查，現在進入施工設計階段。

1. 卓樂友.《電力工程電氣設計200例》.北京:中國電力出版社.2004年

2. 西北電力設計院編.《電力工程電氣設計手冊》.北京:中國電力出版社.1989年.

3. 水電站機電設計手冊編寫組.《水電站機電設計手冊》（電氣一次）.北京:水利電力出版社.1982.

4. 萬千云,梁惠盈,齊立新.等.《電力系統運行實用技術問答》（第二版）.北京:中國電力出版社.2005.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.024

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1672-2469（2014）01-0072-03

楊春華（1967年—），男，高級工程師。