嚴寒地區配電裝置選型研究

易 鵬

（國網電科院檢測認證技術有限公司，江蘇 常州 213127）

0 引 言

為滿足興安盟扎賚特旗負荷增長需要，需完善興安盟地區220 kV電網結構，提高供電可靠性和供電質量，適應興安盟地區電網發展，建設蒙東興安巴達爾胡220 kV輸變電工程。

1 工程概況

1.1 建設規模

本工程最終規劃2×120 MVA主變，220/66/10 kV電壓等級，本期建設1臺120 MVA。

1.2 站址環境

本變電站位于興安盟扎賚特旗西北45 km，秋季短促，霜凍來臨早，冬季嚴寒，積雪時間長，冬季極易出現低于-30 ℃的極寒天氣。而寒冷的低溫天氣，十分不利于電氣設備的正常運行。

2 嚴寒地區各種配電裝置型式技術比較

通常高壓配電裝置型式有三種方式：AIS配電裝置、GIS配電裝置和HGIS配電裝置。

2.1 HGIS與AIS方案比較

（1）空氣絕緣的敞開式開關設備（AIS）以瓷套作為設備外殼和外絕緣，優化了投資成本，但占地面積大，而HGIS在減少占地面積方面具有明顯優勢。

（2）HGIS的造價介于AIS和GIS之間，但是HGIS是一種不帶充氣母線的相間空氣絕緣單相GIS，使得現場結構清晰、簡潔、緊湊、安裝、維護方便以及運行可靠性高[1]。

（3）HGIS與AIS相比，HGIS設備采購費用比AIS貴，但它的技術經濟指標優越，尤其是減少了土建占地、設備構支架以及套管數量。

由此可見，對于變電站來說，HGIS的優勢在于：

（1）提高了設備運行可靠性；

（2）提升了設備技術經濟性；

（3）有便捷的現場施工；

（4）擴建方便、靈活性高，HGIS采用外置母線，方案布置靈活。

2.2 HGIS與GIS的對比分析

2.2.1 HGIS相對于GIS缺陷率更低

根據遼寧電網在5年期間對58起缺陷故障進行調查統計結果（如表1所示），發現在按電壓等級劃分下，GIS的缺陷率遠高于HGIS的設備缺陷率。

2.2.2 HGIS相對于GIS組合電器有更強的抗震性能

HGIS不同于GIS設備的硬連接方式，它的每個間隔都是采用柔性連接，具有更好的抗震性能。HGIS氣室沒有盤式絕緣子，可靠性高。

2.2.3 HGIS比GIS運行可靠性更高

（1）HGIS的鋁鑄技術使密封法蘭金屬面直接壓接，很好地解決了動、熱穩定方面的問題；

（2）HGIS使用少量盤式絕緣子，降低了內部絕緣件的故障率，增強了可靠性；

（3）HGIS使用多工位的隔離開關，易損元件減到最少，而多工位隔離開關從設計結構上本身就帶有防止誤操作的功能，且操作簡單，功耗小[2]。

2.2.4 HGIS相對于GIS組合電器方便安裝維護

（1）HGIS的一個開關間隔做成一個模塊，整體出廠運輸，安裝簡單方便；

表1 GIS和HGIS缺陷率對比表

（2）安裝調試便捷，252 kV以下的設備一個間隔一天即可安裝完成；

（3）維護方便，HGIS擁有很長的免維護期限；（4）供貨周期短。

2.2.5 HGIS相對于GIS成本更低

HGIS的造價與同樣規模和種類的GIS相比降低了1/3。經過上述分析，HGIS更強調現場的免維護特點。

3 低溫條件下HGIS的SF6氣體防液化措施

SF6氣體被廣泛應用于斷路器中，但是在低溫環境下和一定壓力情況下的SF6氣體將會被液化，導致絕緣和滅弧性能相應下降。因此，本次設計競賽應充分考慮此方面的影響，并采取相應的應對措施。

3.1 SF6氣體的物理特性

由于在低溫達到一定條件時SF6的壓力會降低，一般當壓力值小于0.3 MPa時，SF6氣體將會發生液化。也就是說，在嚴寒環境中，SF6氣體的壓力極易降低至0.3 MPa以下，易發生液化反應。

3.2 HGIS內部SF6斷路器防液化的措施

3.2.1 SF6斷路器體外加熱

將加熱裝置放在HGIS SF6斷路器殼體外端，可以有效防止液化。實踐證明，加熱器存在的主要問題是：加熱器本身壽命短，會直接影響設備的運行安全，理論上不合理；低溫繼電器的壽命和精度會影響加熱器自身的可靠運行。

3.2.2 優化滅弧室結構，降低表壓防液化

SF6氣體液化溫度隨著氣壓的降低而降低。因此，可以采用降低SF6斷路器額定充氣壓力的方法降低液化溫度，但這種方法會降低斷路器的絕緣性能和開斷。表2為不同廠家常規地區瓷柱式斷路器壓力值，表3為不同廠家寒冷地區瓷柱式斷路器壓力值。

為了解決以上矛盾，許多廠家設計開發了低氣壓、單斷口結構的SF6斷路器，可以在不改變開斷電流的情況下，使降低斷路器所需的SF6氣體壓力成為現實。

表2 不同廠家常規地區瓷柱式斷路器壓力值

表3 不同廠家寒冷地區瓷柱式斷路器壓力值

3.2.3 采用混合氣體的方式防液化

采用SF6和CF4氣體混合，兩者不發生化學反應，仍保持各自的特性。充氣后，經過一段時間達到相互平衡，保持穩態運行。相同壓力下，混合氣體臨界液化溫度是-45 ℃，可以適應我國絕大部分寒冷地區的環境條件。

目前，國內生產廠商普遍采用HGIS體外伴熱帶的加熱方式，其相對較為成熟，運行安全性較高，并具有現場運行經驗，技術難度相對較低，防液化效果較好。因此，本期工程采用HGIS體外伴熱帶的加熱方式防止SF6氣體液化。

4 結 論

綜合以上技術經濟分析，AIS配電裝置、GIS配電裝置、HGIS配電裝置三種配電裝置型式技術上各有優勢。在遵循節約用地、運行安全和操作巡視方便、便于檢修和施工安裝、節約資源、降低造價以及適應模塊化智能變電站特點的原則下，推薦蒙東興安巴達爾胡220 kV變電站采用HGIS配電裝置型式。該方案占地小，全壽命周期投資省，環境友好，符合國網公司“兩型一化”“全壽命周期成本最優”的要求。

從運維安全方便性的角度綜合考量，選取HGIS設備體外伴熱帶的加熱方式。該種方法技術難度低，易于實現，能夠有效防止SF6氣體液化，提高設備運行的可靠性，是國內HGIS廠家采用的主要防液化手段。