氣體絕緣組合電器主接線形式存在的問題及優化分析

陳春鷹，甄 利，張祎慧，潘 瑾

(1.國網河北省電力公司滄州市渤海新區供電分公司，河北 滄州 061113；2.國網河北省電力公司，石家莊 050021；3.華北電力大學，河北 保定 071003；4.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

氣體絕緣組合電器主接線形式存在的問題及優化分析

陳春鷹1，甄 利2，張祎慧3，潘 瑾4

(1.國網河北省電力公司滄州市渤海新區供電分公司，河北 滄州 061113；2.國網河北省電力公司，石家莊 050021；3.華北電力大學，河北 保定 071003；4.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)主接線形式的特殊性，以GIS雙母線主接線形式為例，提出GIS對變電站運行存在的問題，分析在變電站擴建、故障檢修期間進行耐壓試驗時，GIS主接線問題發生的原因，提出GIS主接線形式的優化建議。

氣體絕緣組合電器(GIS)；主接線；耐壓試驗；隔離開關

氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear，GIS)是把變電站中除了變壓器以外的所有電氣設備，包括斷路器、隔離開關、電壓互感器等封裝在一個接地的金屬腔體內，并充以4～5個大氣壓的SF6氣體作為絕緣介質的金屬封閉開關設備，因其占地面積小，受大氣環境影響小，運行穩定性高，在電力系統中得到廣泛應用。GIS相對于常規敞開式開關設備(AIS)，具有運行可靠性高、環境適應能力強、耐地震能力強以及占地面積和占有空間小等許多優點。近年來電力設備運行缺陷統計分析也表明，GIS缺陷發生率遠低于敞開式設備，大量應用GIS設備對保障電網安全穩定運行、提高綜合經濟效益有良好作用。但是，如果GIS在應用中簡單套用AIS的主接線形式，將會帶來母線頻繁全停。

1 GIS 采用雙母線主接線形式時存在的問題

國網河北省電力公司滄州供電分公司某220 kV變電站采用了雙母線主接線形式。在2012年進行的一次出線間隔擴建工程中，2條220 kV母線全停6 d，使地區電網安全風險顯著增加，供電公司經濟效益遭受損失，并造成了不良社會影響。

該變電站現有3臺240 MVA主變壓器，為某鋼鐵公司等14座110 kV用戶變電站和公用變電站提供電源。擴建期間，220 kV母線全停6 d，全站僅通過1條110 kV線路由外來電源反送電至110 kV母線為重要用戶提供保安電源。反送電涉及的1座220 kV變電站、3條110 kV線路及該變電站110 kV母線的任一環節出現問題，均將造成鋼鐵公司煉鋼爐等用戶設備損壞，帶來很大損失，電網安全運行風險也很大。

2012年9月21-26日該變電站擴建期間，當地大工業用戶壓限負荷最大339.3 MW，平均負荷損失280 MW，停電136 h，損失電量38 080 MWh，按照平均電價0.57元/kWh計算，損失電費2 173萬元。

擴建期間，地區境內最大工業用戶需要全面停產，僅保留相關設備保安負荷；另一公司原定9月20日投產的2號煉鋼爐推遲至9月27日之后；還有一家公司受承擔反送電任務的某220 kV變電站運行方式影響，2次停產；其他多個中小用戶全部停產。據統計，近2年滄州市除前述變電站擴建停運6 d外，另有8座220 kV GIS站因擴建造成220 kV母線停運共計49 d。前述變電站還預留有1臺主變壓器的建設位置，再次擴建時將會造成更大的損失。

2 原因分析

GIS擴建期間為了滿足現場耐壓交接試驗的要求，變電站需要將母線全停。根據DL/T 555-2004 《氣體絕緣金屬封閉開關設備現場耐壓及絕緣試驗導則》第3.5條規定：“GIS擴建部分耐壓時，原有相鄰設備應斷電并接地，否則，應考慮突然擊穿對原有部分造成的損壞采取措施。”如果在故障處理、維修或重新調整中進行了解體拆裝，也應進行現場耐壓試驗。由于GIS設備本身結構特點，整套設備中沒有可靈活拆解的引線，當設備進行耐壓試驗時，與被試部分相鄰的設備要可靠接地，就造成停電范圍比被試部分要大。對照GIS典型間隔結構(如圖1)，當某一間隔內元件需要耐壓試驗時，或者是2條母線均停電接地，或者是通過某一母線施加試驗電壓，另一母線停電接地，即與該間隔相連的母線均需停電。

圖1 GIS典型間隔結構剖面圖(mm)

3 優化建議

3.1 總體要求

常見的各種GIS變電站主接線形式中，雙母無分段、單母無分段、線變組結構(單出線)在母線上擴建或故障檢修后耐壓時，需要全部停電。雙母單分段結構在分段母線上擴建或故障檢修后耐壓時，可保留另一段母線運行，在不分段母線上擴建或故障檢修后耐壓時，需要全部停電。雙母雙分段、單母帶分段、橋式接線等結構當一側擴建或故障檢修后耐壓時，可保留另一段母線運行，避免全部停電。

分析河北省南部電網的167座110 kV及以上GIS變電站，其中500 kV 6座、220 kV 42座、110 kV 119座。6座500 kV GIS變電站220 kV側全部是雙母雙分段接線。220 kV GIS變電站220 kV側雙母不分段35座、雙母單分段3座、雙母雙分段1座、單母分段3座；220 kV GIS變電站110 kV側雙母不分段31座、雙母單分段4座、單母帶分段2座、橋式1座。110 kV GIS變電站96座為橋式接線、單母不分段6座、單母帶分段13座、雙母不分段1座、線變組3座。

對照耐壓試驗要求，現有500 kV GIS變電站220 kV側擴建或故障檢修后耐壓時，可避免全部停電；220 kV GIS變電站220 kV側擴建或故障檢修后耐壓時，38座需要母線全部停電，只有4座可避免全部停電，需全停比率達90.5%；220 kV GIS變電站110 kV側擴建或故障檢修后耐壓時，35座需要母線全部停電，僅3座可避免全部停電，需全停比率達92.1%；110 kV GIS變電站110 kV側擴建或故障檢修后耐壓時，10座需要母線全部停電，109座可避免全部停電，需全停比率為8.4%。

為減少或避免GIS變電站在擴建或故障檢修時母線全停，分別就新建工程和在運設備提出如下設計建議。

3.2 建議

3.2.1 對于新建GIS工程

采用雙母線雙分段或單母線分段主接線形式。如確實無法突破有關設計規范，可采取在不改變雙母線主接線形式的前提下，在兩條母線上分別增加2組耐壓用隔離開關(獨立氣室)，對其中一側母線進行耐壓試驗時，保留另一側母線繼續運行。如圖2所示，當在母線右側擴建時，可拉開耐壓用隔離開關1-4、1-5、2-4、2-5，合上接地開關1-1、2-1，耐壓用隔離開關右側滿足實施耐壓試驗的條件(母線停電接地或一條母線加試驗電壓另一條母線接地)，耐壓用隔離開關左側仍可保持運行狀態。

圖2 GIS母線上分別增加2組耐壓用隔離開關

3.2.2 對于在運GIS變電站

實地調查現場情況，對具備條件的進行改造，增加母線耐壓用隔離開關。采取多種措施，加強GIS設備運行維護管理，減少運行中故障概率。

4 結束語

GIS在電力系統中占有重要地位，其安全關系著整個電網的安全穩定運行，因此要及時發現GIS運行中的問題進行優化改進，以上針對GIS雙母線主接線形式提出優化建議，以期減低GIS 的故障率，提高電網運行安全穩定性。

本文責任編輯：丁 力

Problems and Optimization Analysis on Main Line Connection Mode of GIS

Aiming at the special of the GIS main line connection,advances the problems of the substation operation by GIS,taking GIS double bus main line connection as an example,analyzes the causes of GIS main line connection problems during substation expansion,fault maintenance,raises optimized suggestions for GIS main line connection mode.

Gas Insulated Switchgear(GIS);main line connection;induced voltage Test;isolating switch

2013-12-10

陳春鷹 (1972-)，男，高級工程師，主要從事變電設備運維管理工作。

TM85

B

1001-9898(2014)01-0003-02