老舊變電站敞開(kāi)式設(shè)備HGIS改造分析

李海波，張建軍

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

老舊變電站敞開(kāi)式設(shè)備HGIS改造分析

李海波，張建軍

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司檢修公司，甘肅 蘭州 730050)

簡(jiǎn)述了HGIS設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合甘肅電網(wǎng)實(shí)際情況分析了老舊超高壓變電站存在的問(wèn)題，提出了對(duì)老舊變電站進(jìn)行HGIS改造的優(yōu)勢(shì)條件，論證了改造工作的可行性，為解決甘肅電網(wǎng)老舊變電站改造提供了新思路。

老舊變電站；敞開(kāi)式設(shè)備；HGIS；升級(jí)改造

0 引言

甘肅電網(wǎng)上世紀(jì)八九十年代投運(yùn)的330 kV變電站均為敞開(kāi)式變電站，部分變電站330 kV斷路器選用罐式斷路器。由于受選址條件等因素影響，戶外設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，隔離開(kāi)關(guān)存在瓷瓶斷裂、操作失靈、導(dǎo)電回路過(guò)熱、銹蝕等幾大難題，支持瓷柱外絕緣容易發(fā)生污閃，在不改變布置結(jié)構(gòu)的情況下通過(guò)對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行大修或技改難以滿足設(shè)備可靠運(yùn)行的要求。

HGIS(緊湊型組合式高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備)可在保證變電站原有接線方式及保留舊有罐式斷路器的基礎(chǔ)上，通過(guò)更換隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流互感器等設(shè)備，完成對(duì)敞開(kāi)式設(shè)備的改造，能完全解決敞開(kāi)式設(shè)備存在的問(wèn)題，在老舊變電站設(shè)備改造中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，具備推廣價(jià)值。

1 HGIS基本情況

1.1 HGIS特點(diǎn)

HGIS是一種介于GIS(氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備)和AIS(空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備)之間的新型高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。HGIS的結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但它不包括母線設(shè)備。HGIS將一座變電站中除變壓器、母線以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、進(jìn)出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體。

HGIS在日本使用非常廣泛，自第1套HGIS于1973年投運(yùn)至今，已運(yùn)行了幾百套。在國(guó)內(nèi)，HGIS于2003年在廣東省500 kV橫瀝變電站投入運(yùn)行，近年來(lái)已在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用；同時(shí)其在750 kV變電站、1 100 kV變電站也開(kāi)始逐步得到應(yīng)用。HGIS的主要生產(chǎn)廠家，國(guó)外有日本三菱MITS、西門(mén)子等公司，國(guó)內(nèi)有西安西電開(kāi)關(guān)電氣有限公司、平高集團(tuán)有限責(zé)任公司和新東北電氣集團(tuán)有限公司3家電氣設(shè)備制造企業(yè)。

1.3 老舊變電站開(kāi)展HGIS改造的優(yōu)勢(shì)

老舊變電站主要采用AIS敞開(kāi)式設(shè)備，受停電等因素影響，其較新建變電站而言，設(shè)備改造存在一定的難度。HGIS模塊化，應(yīng)用靈活，降低了老舊變電站升級(jí)改造的施工難度和投資規(guī)模，同時(shí)提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，適宜于老舊變電站的改造。上世紀(jì)五六十年代，歐洲就開(kāi)始對(duì)敞開(kāi)式老舊變電站進(jìn)行HGIS改造，并取得了成功。

2 老舊變電站HGIS升級(jí)改造的優(yōu)勢(shì)

(1) 戶外高壓隔離開(kāi)關(guān)是受環(huán)境和氣候影響最大的電氣設(shè)備之一。其運(yùn)行條件比較惡劣，常年累月受到各種不良環(huán)境和氣候的影響，容易產(chǎn)生機(jī)械或電氣方面的故障。根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)和調(diào)查分析，戶外高壓隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)瓷瓶斷裂、操作失靈、導(dǎo)電回路過(guò)熱和銹蝕4類(lèi)問(wèn)題，并且不容易解決。經(jīng)HGIS改造后，由于主要功能元件全部被封閉在氣體絕緣殼體內(nèi)，因而抵御外界環(huán)境影響的能力較強(qiáng)，且將隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)封閉在充氣的殼體內(nèi)，有效避免了戶外隔離開(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題。

(2) 受條件限制，部分變電站不可避免地選擇在污穢地區(qū)，污閃故障頻繁發(fā)生。以3/2接線方式為例，若斷路器選用罐式斷路器，在不考慮獨(dú)立支持瓷柱的情況下，1個(gè)完整串間隔內(nèi)的AIS外露斷路器瓷套及刀閘支持瓷柱有54只，而HGIS外露斷路器瓷套及刀閘支持瓷柱僅為12只。因此，HGIS改造后可大大減少絕緣套管和支柱瓷柱的數(shù)量，從而降低絕緣支柱因污染造成對(duì)地閃絡(luò)的幾率，有效提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也可減少瓷套防污費(fèi)用。

(3) 由于GIS母線筒長(zhǎng)且無(wú)氣室分隔或氣室間隔距離長(zhǎng)，母線筒一旦漏氣將造成大面積停電，恢復(fù)供電需要時(shí)間較長(zhǎng)。近年來(lái)，在超高壓GIS中頻繁發(fā)生母線筒受環(huán)境溫度影響發(fā)生位移造成漏氣的重大故障。而HGIS保留了AIS的特點(diǎn)，只將發(fā)生事故幾率極低的母線暴露在空氣中，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接線清晰、安裝維護(hù)方便、運(yùn)行可靠性高，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

(4) 常規(guī)AIS存在隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)間各種可能的誤操作，給設(shè)備倒閘操作帶來(lái)了隱患。而HGIS隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)的合一，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，大大縮小了尺寸。這種隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可省略它們之間的電氣操作聯(lián)鎖，杜絕了誤操作的可能性，有效提升了人員及設(shè)備的安全。

幾天以后，王樹(shù)林出差了，這年的秋季省城舉辦了聲勢(shì)浩大的商品訂貨會(huì)，作為常年的大客戶之一，王樹(shù)林所在的公司自然是舉辦方盛情邀請(qǐng)的貴賓，作為多年主管，王樹(shù)林的出席是再合適不過(guò)的了。當(dāng)然，還有一個(gè)更為重要的理由讓他欣欣然而往。

(5) 由于HGIS改造采用在制造廠預(yù)制式整體組裝調(diào)試、模塊化整體運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)施工安裝的方式，現(xiàn)場(chǎng)施工安裝更為簡(jiǎn)單、方便。在運(yùn)維過(guò)程中，HGIS基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品，后期維護(hù)成本相應(yīng)降低。敞開(kāi)式設(shè)備隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)機(jī)械壽命一般約為3 000次，而HGIS中的各種操作元件的機(jī)械壽命都高達(dá)10 000次。

(6) HGIS的造價(jià)介于AIS和GIS之間。以500 kV變電站1個(gè)完整串報(bào)價(jià)為例，緊湊型HGIS價(jià)格低于GIS，但與罐式斷路器相比差價(jià)不大。國(guó)內(nèi)1個(gè)完整串罐式斷路器加隔離開(kāi)關(guān)總價(jià)約1 400萬(wàn)元，HGIS國(guó)內(nèi)制造廠報(bào)價(jià)比其高約400萬(wàn)元，國(guó)外制造廠報(bào)價(jià)比其高約600萬(wàn)元。此外，HGIS減少了變電站支架、鋼材的需用量；且由于其基礎(chǔ)小，工程量少，混凝土用量少，也減少了基礎(chǔ)工作量和費(fèi)用開(kāi)支。

(7) HGIS與AIS的綜合性能比較如表1所示。

表1 HGIS與AIS的性能比較

3 甘肅電網(wǎng)老舊330 kV變電站現(xiàn)狀

(1) 甘肅電網(wǎng)投運(yùn)的超高壓變電站中，有12座敞開(kāi)式變電站330 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備選用罐式斷路器，共計(jì)121臺(tái)；隔離開(kāi)關(guān)也選用敞開(kāi)式，具備HGIS改造的條件。在其中7座上世紀(jì)八九十年代投產(chǎn)的老舊變電站中，有4座位于污穢等級(jí)為c級(jí)的區(qū)域，有3座位于污穢等級(jí)為d級(jí)的區(qū)域。

(2) 以330 kV C站為例對(duì)敞開(kāi)式老舊變電站進(jìn)行分析。330 kV C站為敞開(kāi)式變電站，于1999年投運(yùn)，地處d級(jí)污穢區(qū)，周?chē)植贾T多小磚廠，環(huán)境污染對(duì)設(shè)備造成的危害巨大。

330 kV C站斷路器選用LW13-330型罐式斷路器，為西安西電開(kāi)關(guān)電氣有限公司和西安西電三菱電機(jī)開(kāi)關(guān)設(shè)備有限公司生產(chǎn)。在C站運(yùn)行的18臺(tái)330 kV罐式SF6斷路器中，有12臺(tái)為1999—2000年投運(yùn)的產(chǎn)品，運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)12年，按照制造廠家關(guān)于檢修周期的規(guī)定：“對(duì)于運(yùn)行時(shí)間已達(dá)到或超過(guò)12年的罐式SF6斷路器應(yīng)進(jìn)行檢修”，因此需要安排對(duì)斷路器進(jìn)行A類(lèi)檢修。

330 kV C站隔離開(kāi)關(guān)選用沈陽(yáng)高壓開(kāi)關(guān)廠、西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司、河南平高電氣股份有限公司生產(chǎn)的戶外隔離開(kāi)關(guān)，曾多次發(fā)生因隔離開(kāi)關(guān)觸頭污染銹蝕造成的發(fā)熱甚至回路斷流故障，迫使設(shè)備停運(yùn)，極大地降低了設(shè)備的可靠性。330 kV C站隔離開(kāi)關(guān)缺陷統(tǒng)計(jì)如表2所示。在處理此類(lèi)故障時(shí)多采用更換觸頭的方式解決，但因常規(guī)設(shè)備導(dǎo)電部分長(zhǎng)期暴露在空氣中，更換后的新部件在2～3年內(nèi)即失效，所以簡(jiǎn)單的處理無(wú)法從根本上解決外界環(huán)境污染對(duì)設(shè)備造成的影響。

4 老舊變電站HGIS改造的典型方案

由于原罐式斷路器與HGIS所用斷路器型號(hào)相同，借用原罐式斷路器和拆除AIS后的位置，將AIS更改為HGIS，從而降低改造成本。首先結(jié)合改造對(duì)斷路器開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)A類(lèi)檢修，檢修后按照HGIS布置，原開(kāi)關(guān)套管不再?gòu)?fù)裝，而是用于新改造的HGIS結(jié)構(gòu)中；由于原罐式斷路器的電流互感器是外置式，而HGIS為內(nèi)置式，所以需要重新設(shè)計(jì)電流互感器；此外，套管內(nèi)中心導(dǎo)體也需要重新設(shè)計(jì)。

4.1 “3+0”結(jié)構(gòu)

以斷路器為單元，3臺(tái)斷路器單元連成整體構(gòu)成1個(gè)完整串。此布置方式的優(yōu)點(diǎn)是：接線的配置可完全與敞開(kāi)式設(shè)備一致，進(jìn)出線側(cè)可配置隔離開(kāi)關(guān)，設(shè)備可靠性高，較適合1個(gè)完整串一次性建成；缺點(diǎn)是：擴(kuò)建及檢修不方便，布置不夠靈活。改造后效果如圖1所示。

具體的改造方法為：將罐式斷路器電流互感器、套管拆除，按照設(shè)計(jì)，通過(guò)一次對(duì)接完成HGIS具體改造；但此改造方法對(duì)基礎(chǔ)要求較高，需要重做部分基礎(chǔ)，所需套管數(shù)量較少。

4.2 “1+1+1”結(jié)構(gòu)

以斷路器為單元，3臺(tái)斷路器單元全部獨(dú)立布置，中間通過(guò)軟導(dǎo)線連接構(gòu)成1個(gè)完整串。此布置方式的優(yōu)點(diǎn)是布置較靈活，較適合原設(shè)備為不完整串(線-線串)的設(shè)備。其擴(kuò)建非常方便， 出線只須短時(shí)停電，同一個(gè)串可使用不同廠家斷路器單元。改造后效果如圖2所示。

具體的改造方法為：將罐式斷路器電流互感器、套管拆除，按照?qǐng)D2進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成HGIS具體改造。此改造方法需要重做部分基礎(chǔ)，所需套管數(shù)量較多，但對(duì)基礎(chǔ)要求較低。通過(guò)架空線完成HGIS布置。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，此種結(jié)構(gòu)靈活性大，最適宜于現(xiàn)場(chǎng)AIS的改造。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)HGIS改造可有效解決戶外高壓隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)的瓷瓶斷裂、操作失靈、導(dǎo)電回路發(fā)熱、銹蝕等難題，同時(shí)也大大減少了絕緣支柱數(shù)量，降低了設(shè)備外絕緣污閃的幾率，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。在保證基本接線方式不變的條件下，HGIS改造可有效利用原罐式斷路器及其基礎(chǔ)等，經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)。通過(guò)HGIS改造還可實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備和二次設(shè)備完整成套，二次設(shè)備趨于智能化、數(shù)字化和微機(jī)化，完全適應(yīng)電網(wǎng)設(shè)備智能化發(fā)展方向，為變電站開(kāi)展無(wú)人值守創(chuàng)造條件。

表2 330 kV C站隔離開(kāi)關(guān)缺陷統(tǒng)計(jì)

圖1 “3+0”結(jié)構(gòu)布置

圖2 “1+1+1”結(jié)構(gòu)布置

1 國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

2 傅旭華.組合式高壓電器(HGIS)的特點(diǎn)淺析[J].浙江電力，2006(3).

3 薛 軍，王 宏，包紅旗.HGIS設(shè)備技術(shù)適用性分析[J].西北電力技術(shù)，2005(6).

2014-11-17。

李海波(1976-)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事高壓開(kāi)關(guān)技術(shù)研究工作，email：gszhangjj@126.com。

張建軍(1971-)，男，工程師，主要從事變電運(yùn)維安全技術(shù)監(jiān)督管理工作。