110kV 變電站改造中110kV 母線采用GIS 設備分段分析

李　歡（來賓市興源電力設計有限公司，廣西 來賓 546100）

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110kV 變電站改造中110kV 母線采用GIS 設備分段分析

李歡（來賓市興源電力設計有限公司，廣西 來賓 546100）

針對投運時間較長、110kV母線為單母線接線方式，且站內沒有預留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴建場地的變電站，進行110kV母線由單母線改造為分段母線，宜采用GIS設備。

110kV變電站；分段；GIS設備

1　概述

針對投運時間較長的B類供電區域內變壓站，將110kV母線由單母線改造為分段母線，是近年各地區電力網架完善工作的重點。由于歷史原因，考慮建站時經濟及電力網架需要，大部分110kV變電站在投運初期均確定為110kV單母線接線方式。雖然滿足了N-1安全準則，但當任一元件（母線或母線隔離開關等）故障或檢修，均需使整個配電裝置停電。根據新頒布實施的南方電網 《電力事故 （事件）調查規程 （試行）》，如110kV變電站發生全站非計劃停電，將被定性為二級電網事件。以2003年投運的某110kV變電站為例，站內110kV母線運行方式及現場情況主要存在如下問題：

（1）110kV為單母線接線方式，操作靈活性低且運行可靠性不高；

（2）單母線接線方式無法適應未來出線回路數增長的安全運行的要求；

（3）站內沒有預留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴建場地。

該變電站投運時間較長，作為擔負縣城城區及周邊多處鄉鎮地區供電任務的唯一110kV變電站，供電受眾約109萬余人。一旦發生110kV母線或母線所接設備故障，即可能造成全站失電，將產生了惡劣的社會影響。為了提高供電可靠性及操作靈活性，保證電網安全運行，縮小110kV母線設備故障時停電范圍及操作次數，保障持續供電的產能，需要對該站進行110kV母線技術改造，同時由于該站原有110kV配電裝置布置很緊湊，沒有預留110kV分段間隔和母線PT間隔的擴建場地，需結合站內地型采用戶外GIS設備。

2　項目建設規模

某110kV變電站110kV母線由單母線改為分段母線，設備選用氣體絕緣金屬全封閉開關設備。

將110kV母線開斷，由單母線接線方式改為單母線分段接線方式，新增戶外GIS間隔兩個：110kV分段間隔1個；110kVⅡ段母線PT間隔1個。

3　項目實施主要內容

3.1項目概述

縣城境內只有一個110kV變電站負擔縣城城區及周邊鄉鎮的供電，該站110kV母線為單母線接線方式。不能分裂運行，110kV部分運行方式不靈活，母線或母線側隔離開關部分發生故障時，將造成110kV母線失壓，母線或任一母線側隔離開關檢修時，均必須將整個110kV部分轉檢修。日常運行中兩條110kV進線只能其中一條處于運行狀態，另一條處于熱備用狀態，當運行線路發生故障時，在110kV進線備自投對線路狀態檢測判斷過程中及備投合熱備用線路開關前，會有短暫的全站停電，運行可靠性不高。項目實施前該站110kV部分主接線圖如圖1所示。

圖1　項目實施前該站110kV部分主接線圖

另外，該站已建成投運多年且無預留間隔位置，110kV戶外設備區布置擁擠，要將110kV母線由單母線改為分段母線，需增加110kV分段間隔及相應的母線設備。如果采用常用的AIS設備，110kV分段間隔長度超過7.5m，110kV母線PT間隔長度超過6m，間隔寬度均為8m。而項目實施時該站采用GIS設備，110kV分段及母線 PT設備基礎占地長度不足6.6m，寬度僅為1.36m。橫向放置占地不足一個正常AIS間隔寬度，有利于2榀新建母線構架的布置。這使在不影響其他設備正常運行情況下進行設備基礎制作提供了充分條件。且110kV分段間隔可布置在原110kV母線下方，建設用地為站內已硬化處理或草皮種植地面范圍，不需增加地質勘測及變電站主接地網擴建內容，可進一步優化站內布局，不新增變電站占地面積，減少項目實施土方，節省材料用量。

3.2GIS設備組成

GIS（Gas-lnsulated Metal-Enclosed Switchgear）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱。GIS由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。氣體絕緣金屬全封閉開關設備GIS自20世紀60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。與常規敞開式變電站設備相比，優點在于結構緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強、環境適應能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。經過多年研究及發展，GIS的技術性能與參數已超過常規開關設備，并且使結構大大簡化，可靠性大大提高。

GIS的組成包括：

（1）設備本體（包括架空進出線套管等）；

（2）底座、支架、爬梯、平臺等及安裝所需緊固件和接地銅排等；

（3）操動機構及其輔助設備；

（4）必要的SF6氣體管路及SF6氣體（按全部間隔用氣量另加適量安裝損耗氣量）；

（5）匯控柜到各機構箱之間的連接電纜、管線及管道；

（6）備品備件及專用工器具等。

項目實施前，該站有主變容量為2×40MVA，電壓等級為110/35/10kV，110kV配電裝置為戶外常規設備布置，采用單母線接線，有2回出線。站內110kV母線由單母線改為分段母線，在110kV配電裝置場地增加110kV分段間隔一個、110kV母線PT間隔一個，選用GIS設備。其中分段間隔主要設備包含三工位隔離接地開關2組、斷路器1組、電流互感器2組；母線PT間隔包含三工位隔離接地開關1組、快速接地開關1組、三相電壓互感器1組。110kV分段及ⅡM PT間隔斷面圖如圖2所示。

圖2　110kV分段及ⅡM PT間隔斷面圖

3.3設備內部聯鎖方式

為保證設備安全運行要求，滿足“五防”規定，除外部增加五防系統電編碼鎖及設備操作掛鎖外，由設備生產廠家在設備內部通過二次連接線實現設備聯鎖，另考慮母線隔離開關與其他母線連接設備間聯鎖要求，回路中預留必要的外部聯鎖條件接點，如不需要時將接點短接即可。該站110kV分段及ⅡM PT間隔聯鎖條件實現方案如圖3所示。

圖3　該站110kV分段及ⅡM PT間隔聯鎖條件實現方案

3.4GIS間隔主要技術參數要求

3.4.1型式要求

110kVGIS設計為三相共箱式結構，開關裝置均為三相機械聯動操作。

有機肥施用對玉米生長發育及水分利用的影響………… 刁生鵬，高 宇，張 雄，任永峰，趙沛義，賈有余，聶 晶，駱 洪（58）

3.4.2控制要求

三相機械聯動的斷路器應能進行正常的三相同步操作。當發生相間或相對地故障時，斷路器應能三相同時分閘和重合閘，而且應滿足重合閘不成功立即分閘的要求。

GIS中斷路器應裝設操作閉鎖裝置，當某種操作會危及斷路器的安全時，應對其操作予以閉鎖。分閘閉鎖應可防止斷路器在不允許分閘的情況下進行分閘操作。合閘閉鎖應能防止斷路器在不能安全地進行一個完整的合分或自由脫扣操作時進行合閘操作。

GIS的斷路器、隔離開關、接地開關應適合用電信號進行遠方操作，也可以在匯控柜進行就地電氣操作。

匯控柜中應有一個遠方/就地轉換開關用于遠方和就地控制之間相互切換，且能實現電氣閉鎖：當遠方/就地轉換開關處于就地位置時，遠方（包括保護裝置信息）應不能操作；當遠方/就地轉換開關處于遠方位置時，就地應不能操作。遠方/就地轉換開關的每一個位置至少提供2對備用接點，并接至端子排。所有合、分閘回路均應經遠方/就地轉換開關切換。

GIS的斷路器應裝設兩套完全一樣的分閘裝置，包括以下各項，但不僅限于這些：

（1）每相（臺）有兩個電氣上獨立的且相同的分閘線圈，兩個分閘線圈分別或同時動作時不應影響分閘操作。

（2）兩套分閘裝置相互間應電氣獨立，而且采用相同的接線方式及保護設備，并分別與二套獨立的控制或分閘電源連接。

操動機構應配備電氣防止跳躍裝置 （且防跳回路應有明顯分界點，可現場方便脫出以上回路）。當斷路器被一持續合閘信號合閘于故障時，防跳裝置應能防止斷路器反復地進行分閘和合閘，并具有保證合-分時間的能力。同時防跳回路中需配置就地/遠方切換功能，滿足當就地操作時使用斷路器本體的防跳，當遠方操作時不使用斷路器本體的防跳的要求，并提供短接片供用戶選擇使用此項功能。

非三相機械聯動操作的斷路器本體三相不一致保護應按單套配置，分別跳斷路器兩個跳閘線圈。三相不一致繼電器應能使斷路器發生三相位置不一致時候，應可實現已合閘相立即分閘，且須有一副常開接點引至匯控柜的端子排上。鑒于目前三相不一致繼電器的試驗按鈕在現場已不再使用，不再選用帶有試驗按鈕的繼電器。斷路器本體三相不一致保護時間繼電器應采用時間刻度范圍在0.5～5.0s內連續可調，刻度誤差與時間整定值靜態偏差≤±0.1s的高精度時間繼電器。時間繼電器應確保在斷路器振動時，時間定值不發生偏移，且保證在強電磁環境下運行不易損壞，不發生誤動、拒動。該保護用跳閘出口重動繼電器宜采用啟動功率不小于5W、動作電壓介于55～65%Ue、動作時間不小于10ms的中間繼電器。

斷路器本體三相不一致保護動作后宜啟動就地防跳功能。

4　項目實施成果

該站項目實施后110kV主接線圖如圖4所示。

圖4　項目實施后110kV主接線圖

項目實施時，設備基礎制作及電纜溝建設等土建施工過程均不需設備停電。只在母線構架架設、110kV母線分斷架設、及最后110kV分段間隔接入系統等幾個步驟實施時，方對110kV母線或某段母線進行了停電施工。

項目實施后，該110kV變電站110kV母線由單母線改為分段母線，按調度運行要求，可將110kV母線分裂運行，兩回110kV進線均可處于運行狀態，分別給一段母線供電，110kV備自投裝置改為兼具進線備投及分段備投功能，變電站的供電性能得到很大提升，運行方式靈活，可靠性高，防患二次電網事件發生。

5　小結

按本項目方案，當變電站內無法提供足夠安裝相應AIS間隔所需占地時，選擇GIS設備，可在極小占地條件下實現對變電站運行方式的改變和供電可靠性的提升。為今后電網網區內其他變電站的技術改造提供了便捷有效的手段和經驗。該項目的實施對當地社會的生產生活有極大影響，高可靠性的供電方式將產生良好的社會效益，帶動電網公司社會形象的口碑。同時本項目實施具有很好的經濟效益，其直接經濟效益體現為提高電網安全運行時間和穩定性以及促進各地經濟發展。機電產品銷售增加，拉動社會經濟的全面發展，給這社會提供更多的就業機會。

李 歡（1976-），女，工程師，本科，主要從事電力規劃設計及規劃技經分析方面的工作。

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2095-2066（2016）09-0045-03

2016-3-10