HGIS 在變電站中的應用

湯 暢

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

科學技術水平的提高，一定程度上推動了我國智能電網的發展。然而，在企業和民眾對電能的高標準要求背景下，如何建設智能化、高效率以及綠色環保的智能變電站依然是電力企業的重點工作。HGIS設備是一種高性能的高壓開關設備，不僅性能優良，且體積較小，在變電站中的應用日漸廣泛[1]。

1 HGIS特點概述

在電力系統中，常見的高壓開關結構有三種[2]，如圖1所示。

（1）AIS，即空氣絕緣的常規高壓開關，特點是母線直接裸露在空氣中，斷路器呈瓷柱式或罐式。該種高壓開關結構調試起來較為復雜，集成度較低，其安裝施工不僅工期較長，且占用面積較大，已無法滿足當前智能電網的建設需求。

（2）GIS，即SF6氣體絕緣全封閉高壓開關，可對變電站中除電力變壓器外的所有一次設備進行SF6氣體絕緣，有機實現各種設備的組合。然而，在實際安裝和調試過程中，對現場環境的要求較高，需要對環境進行密封、除潮以及抽真空等處理。此外，由于自身設計理念的原因，GIS設備中若某設備出現故障，勢必導致其他相鄰設備停電運行，給電力系統的安全運行造成一定的負面影響。

（3）HGIS，即SF6氣體絕緣半封閉高壓開關，它有效結合了AIS和GIS的優點，不僅實現了斷路器、隔離或接地開關以及CT等設備的集成，且采用開敞式的布置方式，具備運行可靠性高、模塊化設計的優點，應用于變電站時，不僅占地面積較小，且維護簡單方便，完全滿足當前智能電網的建設要求。

圖1 AISHGISGIS高壓開關外觀圖

2 HGIS在變電站中的應用

以220 kV變電站為例，分別采用AIS、GIS以及HGIS三種設計方案對其進行設計。作為實驗對象的220 kV變電站的本期規模情況和遠期規模規劃如表1所示。

表1 本案220kV變電站的本期規劃和遠期規模計劃

2.1 對比方案的總體布置

根據三種方案的變電站平面布置圖，發現AIS的占地面積最大，GIS和HGIS設計方案的占地面積較小，具體占地情況如下所示。

（1）AIS：在不同的地形條件下，變電站圍墻內的總占地面積約為2.259公頃，在平坦、地勢高差較大以及地勢高差非常大的區域，采用AIS設備的變電站占地面積分別為2.695公頃、2.931公頃以及3.783公頃。

（2）HGIS：在不同地形條件下，變電站圍墻內的總占地面積約為1.432公頃，在平坦、地勢高差較大以及地勢高差非常大的區域，采用HGIS設備的變電站占地面積分別為1.732公頃、1.907公頃以及2.830公頃，HGIS方案在地勢平坦區域的平面布置如圖2所示。

圖2 HGIS方案在地勢平坦區域的平面布置圖

（3）GIS：在不同地形條件下，變電站圍墻內的總占地面積約為1.432公頃，在平坦、地勢高差較大以及地勢高差非常大的區域，采用GIS設備的變電站占地面積分別為1.732公頃、1.907公頃以及2.830公頃；

2.2 不同方案的技術對比分析

根據本方法計劃2014年完成變電站的投產運行，并在2020年進行第一次擴建，實現110kV出線3回與1臺主變的擴建規劃，在2020年完成110kV出線2回的擴建，并在2030年完成剩余變電站規劃的擴建。采用三種不同的方案相關技術比較如下。

（1）設備可靠性：相比較而言，HGIS的可靠性最高，它同時具有AIS和GIS兩者優點。GIS的設備可靠性較高，AIS的可靠性最低。

（2）檢修周期：AIS方案需要3～5年進行一次全面的檢修維護，GIS方案和HGIS方案需要10～15年進行一次全面的檢修維護。

（3）施工特點：相較于AIS方案，GIS和HGIS無論是在占地面積和施工量方面都具備相當優勢，施工周期更短，需要安裝的電氣設備的數量也較少，但它們對電氣設備安裝的準確度要求較高，允許出現的誤差要比AIS設備低。

（4）設備支架：在進行戶外布置過程中，GIS和HGIS需要的設備支架較少，土建工程的費用支出相對較低，而AIS所需的配電裝置場地設備支架較多，構造相對復雜。

（5）變電場擴建：AIS設備搭建的變電站擴建相對方便，設備可選擇的范圍較廣，不會受到生產廠商的限制，對電力主母線的運行影響也相對較低。HGIS具備AIS母線敞開的優點，在進行擴建時，基本和AIS方案一致，不會受到生產廠商的限制，對電力主母線的運行影響也相對較低。而選用GIS方案，在變電站擴建過程中，設備可選擇的范圍相對較窄，受到生產廠商的限制，對電力主母線的運行影響也相對較高，需要長時間的主母線停電。

（6）后期維護：由于AIS的配電裝置設備較多，且整體系統的可靠性低，建設后變電站的后期維護較為頻繁；而GIS和HGIS內部設備無需維護，變電站的整體維護工作量較低，整體結構支架采用鋼結構形式，更容易進行更換維護。

（7）外絕緣部位耐污穢能力：AIS的外絕緣部位耐污穢能力最弱，GIS的外絕緣部位耐污穢能力最強，HGIS則處處于兩者之間。

（8）抗電磁性能和安全性：AIS將母線裸露在空氣中，受電磁干擾的影響較大，安全系數低，易發生觸電危險，且存在較大的火災隱患；而GIS的設計采用全封閉結構，對金屬外殼進行了有效的接地，無論是抗電磁性能還是安全性都相對較高。HGIS的上述兩種性能位于二者之間。

2.3 三種方案的經濟對比

從工程項目的總體角度出發，除完成工程的建設目標外，還需要提高工程運行的整體經濟效益。通過統籌的安排和協調，實現變電站安全、周期成本以及效能之間的良性平衡，既確保電網的可靠安全運行和高效率的發電，又降低變電站的成本費用支出，提升變電站的整體經濟效益。

（1）通過對AIS、GIS以及HGIS三種不同的方案進行經濟的對比分析，發現AIS方案的初始投資費用最低，GIS次之，HGIS最高。

（2）根據變電站在運行過程中的特點，對運行過程中的維護成本進行了初步的分析和測算，對比發現，GIS和HGIS在變電站運行過程中維護成本最低，AIS的運行維護成本最高。

（3）根據變電站在運行過程中的技改報廢成本測算，GIS和HGIS的技改報廢成本最低，AIS的技改報廢成本最高。

綜合以上三方面內容，各方案經濟對比如表2所示。

表2 各種設計方案全壽命投資對比 /萬元

2.4 方案對比結果

通過比對AIS、HGIS與GIS三種方案的優缺點，并結合變電站屬于樞紐變電站，不允許出現停電的實際情況，應選擇占地面積較小、運行可靠性和安全性較高的HGIS方案。

3 結 論

隨著社會經濟的高速發展，電力資源的需求量越來越高。HGIS設備具有占地面積小、施工方便快速、運行可靠性高以及后期維護擴建方便等優點，在變電站中的應用日漸廣泛。相關電力企業應當加強對HGIS設備的了解，并在變電站的設計和建設過程中，充分利用HGIS設備優點，保障電力供應的穩定性和質量，推動我國電力企業的可持續發展。