內橋型110kV移動式GIS設計及應用

石治中 王海洋 朱傳運

摘 要：針對市區中心變電站站在檢修、擴建中停電困難，以及遭遇洪災、旱災、冰災、地震、風災等自然災害后電力恢復供應時間長等問題，本文基于內橋接線方式，結合現有GIS小型化產品特點，設計了一種新型的110kV移動式GIS。通過對主母線空間結構設計、控制柜三連體設計及電纜終端橫置出線設計，達到設備緊湊目的，滿足現有運輸條件。該項目成功研制填補了國內110kV移動式GIS設備的空白，目前已在杭州110kV五福變電站改造過程中成功應用。

關鍵詞：110kV GIS；移動式；內橋接線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.141

1 引言

隨著我國經濟建設的快速增長[1-3]，大負荷用電用戶日益增多，負荷密度較快增長，特別是國家級大型活動、法定節假日、持續高溫或低溫天氣等對供電連續性、可靠性提出了更高要求。原有變電站因投運年份增長，老舊設備隱患逐步顯現，面臨著更新及技術改造，變電站更新改造所涉及到的一次設備改造率達到100%，所有二次設備都可能全部更換。因受限于當前網架結構、裝備水平及技術手段，城區變電站實施整體改造難度較大：一是網架結構仍顯薄弱，城區負荷相對集中，負載率超80%的變電站較多，依托現有電網轉移負荷難度較大；二是即使部分變電站可依托配網轉移負荷，改造期間配網也將承受很大的運行壓力；三是采取高、低壓設備分階段改造模式，施工周期被迫拉長，將極大增加電網運行、操作風險；四是改造期間非正常供電方式歷時較長，若發生設備或線路故障將導致整站全停，供電可靠性難以保證[4-7]。另外，突發性自然災害出現時，移動式變電站能迅速趕赴供電地點，接替土建供電所損壞的供電設備，給供電所提供一種替代性的選擇。因此，為保證電網安全運行和解決臨時供電問題，在完善電網結構、更新改造電氣設備、提高供電可靠性的前提下，配置可靠性高、體積小、機動性強、智能化、無人值守的移動變電站將成為保證電網安全運行的當務之急，同時移動式變電站也是電力系統突發事件應急預案重要的組成部分。隨著現代技術不斷革新，國內開關廠家110kV GIS設備體積進一步減小，開發既能滿足通用運輸條件，又能保證足夠的移動能力移動式GIS成為可能。

110kV移動式GIS方案在不斷汲取歷年來工程改造經驗，總結出移動式變電站采用“內橋”接線方式更貼合工程改造需求，也具備更高的供電可靠性。目前國內110kV移動式GIS設備主要采用“線變組”設計，體積小、移動能力強，但可靠性難以保證，一旦110kV進線發生故障或遭遇外力破壞時，“線變組”接線方式將會失電，而“內橋”接線配合變電站的站域備自投可確保供電可靠性。

鑒于上述情況，研制一種基于“內橋”接線的110kV移動式GIS設備，在電網改造期間可根據實際情況與前期的高壓側主變壓器、低壓側開關柜系統，搭建組成臨時性的變電站供電系統，完成短時間的供電任務；同時也可以整體搭接成完整110kV移動式變電站，供突發性自然災害出現時組建應急臨時電源。這對變電站技術改造、搶修、局部加強電網方面具有重要意義，可提高工程改造期間的電網安全運行水平和供電可靠性。

2 移動式GIS設計方案

2.1 電氣主接線

典型內橋接線包括2回主變間隔、2回出線間隔及母聯間隔，應工程實際需要，主母線上帶三相PT保護，主接線如圖1所示。

2.2 整體結構布置

該移動式GIS設備母線采用高低位布置形式，主變與出線間隔布置方式類似于線變組結構，相鄰間隔間間距為1000mm，整體吊裝尺寸為7450×2820×3300mm（長×寬×高），結構緊湊，如圖2所示，整體吊裝重量22噸。其相關組建說明見表1所示。

2.3 母線空間結構布置策略

傳統主母線布置方式有上下布置與水平布置方式兩種，基于此兩種布置方式的Ⅰ母與Ⅱ母都可統稱為母線“一”字形布置形式?？紤]到移動式GIS設備間隔種類多，基于傳統母線布置方式勢必導致設備寬度超過通用平板車3m的限制。

因此，主母線采用空間立體結構布置形式，很大程度上縮減設備寬度。該布置方式即保留傳統主母線上下布置結構形式，同時在主母線前后方位及上下方位都有延伸。

2.4 三連柜設計策略

為達到匯控柜內部端子排布置優化目的，減小設備總體長度，匯控柜采用三連柜布置方式，并將其置于出線側電纜終端上方。同時便于現場組裝的快速性與靈活性，三連柜采用插接件接線形式，其插接件布置于匯控柜兩側與底部。

2.5 接口柜預留雙重接線策略

為便于現場快速搭建，設計獨立的接口柜與現場車載式綜自柜或控制后臺等外圍設計進行連接。同時為了滿足現場不同的改造要求，接口柜考慮插接件接線方式和模擬端子排接線方式雙重接線方案。

2.6 設備整體吊裝策略

為保證底架強度要求，整體底架采用高為200mm的H型工字鋼和槽鋼焊接而成。該底架設計方案即可實現設備的整體吊離，同時也便于設備運行后的拆解維護檢修?？紤]到整體吊裝重量大，對整體底架強度要求較高，基于ANSYS有限元軟件的底架結構靜力學分析如圖3所示。

從計算結果可看出，整體底架最大應力值為160.77MPa，抗拉強度判據要求值小于等于375MPa，滿足強度要求。

2.7 車載和地面雙重運行策略

在變電站改造過程中，為提高使用靈活性，減少對使用場合限制，要求移動式GIS可滿足車載和地面兩種情況下運行。

2.8 機構及密度繼電器安裝

便于現場對機構分合閘狀態的巡視，與常規安裝方式相比較，低位進出線間隔用豎直三工位機構需安裝于三工位隔離-接地組合開關本體背側。氣室劃分除考慮充放氣、水分處理方便外，密度繼電器放置位置也應遵循便于巡視原則，如圖1所示。

2.9 橫置電纜終端出線策略

運輸過程中由于車體顛簸，對設備具有一定破壞性，采用電纜終端出線抗震性能較好。電纜終端橫置有利于電纜頭進行插接，便于設備在車載情況和地面兩種運行情況下順利進行對接，同時可降低電纜出線側設備高度。

2.10 移動式GIS運輸固定減震策略

由于該移動式GIS設備較重，常用運輸固定方式不能滿足運輸及設備操作要求，需采用集裝箱掛鎖固定方式。為防止設備操作時引起平板車車輪彈跳，利用“立木頂千斤”的原理設置6個支撐裝置，并采用電動操縱雙速單動、聯動的機械式的左右支腿形式。考慮到市中心或山區路段路況較差，為避免因車體顛簸造成設備破壞，特別是易損二次件，平板車考慮氣墊減震措施。

3 移動式GIS裝配及耐壓試驗

由于移動式GIS設備緊湊，裝配工藝復雜，設備在裝配試驗過程中需綜合考慮場地使用，吊裝限制及調度協調等問題。

4 結論

本文基于“內橋”接線方式設計了一種新型110kV移動式GIS，克服了目前國內采用“線變組”設計的移動式GIS可靠性低問題。通過改變傳統主母線布置設計理念，采用主母線空間設計方案，并配合匯控柜連體設計以及電纜終端水平出線設計，進一步減小了設備體積，既能滿足通用運輸條件要求，又能保證足夠的移動能力。該項目成功研制填補了國內110kV移動式GIS設備方面的空白，提高公司開關設備的技術水平和知名度，為用戶及公司帶來良好的經濟和社會效益。

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