GIS母線不停電擴建預留接口設計

李忠富 吳軍輝 閆亞剛 劉 恒 楊衛國

(平高集團有限公司 河南平頂山 467000)

一、GIS擴建概述

GIS主要是由斷路器、隔離開關、接地開關、CT、PT、避雷器、母線、套管等元件組成，各元件封閉在一個金屬殼體內，內部充有一定壓力SF6氣體作為絕緣介質。由于SF6氣體具有良好電氣絕緣性能，GIS體積往往可以做得很小，具有結構緊湊、占地面積小、受環境影響小、運行免維護、檢修周期長等優點在國內得到了廣泛應用。但受設備造價相對高，工程投資大，電力系統規劃等一系列因素影響，許多GIS母線無法一次性安裝完畢，需要通過多期工程進行擴建。

GIS母線導體封閉在一個金屬殼體內，內部有一定壓力SF6氣體，常規擴建方式(未設置擴建預留接口)下擴建工作較為困難。主要體現在：1.擴建過程需原母線停電，停電時間長短及次數直接關乎到建設單位的效益及用電客戶的利益。2.安裝對接時，無相應的過渡氣室緩沖措施，存在氣室隔板損壞造成氣體泄漏的風險。3.安裝完畢后，需要對新安裝設備進行現場耐壓交接試驗，范圍可能涉及到原母線部分絕緣件，其試驗程序與新安裝設備相同。這使得原母線面臨著絕緣受損的風險。因此，設計出一種擴建預留接口能解決上述弊端，減少停電范圍及停電次數、降低原設備運行不利影響，對GIS擴建可行性、安全性、規范性具有重大的意義。

二、GIS母線擴建預留接口設計

為了解決擴建時所連母線需停電、對接工作量大、停電時間長的弊端，一期工程設計時必須盡量為今后擴建創造方便條件。在氣室劃分、隔離斷口配置、安全接地、過渡緩沖等方面要考慮設計擴建預留接口，實現擴建過程中原設備既無需停電，又能減少對接處相鄰氣室氣體回收處理，縮短擴建工期，降低對原設備帶來的風險，同時避免母線停電所帶來的經濟損失。

(一)擴建氣室劃分原則

按GIS氣室隔板設計標準，氣室隔板應當能耐受一側額定壓力，另一側處于真空狀態而不致損壞。雖然氣室隔板在設計制造時必須滿足上述強度要求，但由于在擴建對接時不可避免產生機械碰撞、沖擊、震動等，以及在內部氣體壓力聯合作用下可能損壞，從人員設備安全考慮，不能在相鄰氣室額定壓力下進行對接作業，而應當在擴建接口處劃分一個緩沖過渡氣室，用于減小氣室隔板兩側所受壓力差，保護絕緣子，同時避免因安裝對接時受損發生炸裂，直接危及作業人員的人身安全。為保證隔離斷口獨立、安全、可靠，也應將其劃分為獨立氣室，避免同一氣室在某處發生放電故障，故障區域的氣體和固體絕緣材料在熱和電的作用下產生不良分解物將污染整個氣室，使氣體絕緣性能下降，引發隔離斷口絕緣失效擊穿，發生嚴重的安全事故。

(二)擴建接口設計模型

要實現擴建過程中原設備不停電，擴建預留接口需解決兩個核心問題：一是需提供一種高可靠、高絕緣、高安全的隔離斷口，滿足擴建過程及現場耐壓交接試驗時原設備均無需停電的電氣安全隔離要求；二是需具備緩沖過渡氣室及可靠接地安全措施，降低新老設備對接風險，保障作業人員和設備安全。基本思路是：原設備與擴建設備之間配置兩個獨立的隔離斷口(QS1、QS2)，每個隔離斷口均按正常標準絕緣參數設計，在擴建對接側配置一個接地裝置(QE)，按照上述擴建氣室劃分原則進行氣室隔板配置，并設置一個緩沖過渡氣室，使原設備與擴建設備之間形成可靠有效的電氣及氣室隔離。擴建接口設計模型如下：

(三)擴建接口工況分析

1.正常運行(待擴建)時，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室、緩沖氣室等均為額定氣體壓力，QS1和QS2隔離斷口均處于關閉狀態，QE接地裝置處于打開狀態。此時擴建接口參與正常電壓運行，處于待擴建的熱備用狀態。

2.擴建對接時，原母線處于帶電運行狀態，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室為額定氣體壓力，緩沖氣室壓力降低到一定值，以減小對接處氣室隔板兩側所受壓力差，QS1和QS2隔離斷口均處于打開狀態，QE接地裝置可處于關閉狀態。此時QS1和QS2隔離斷口聯合作用構成一個高絕緣裕度的隔離斷口，擴建對接側由QE接地裝置可靠與大地連接。聯合斷口僅一側承受正常運行電壓Um，另一側為零電位，安全絕緣裕度遠遠滿足要求，確保了作業人員和設備安全。

3.耐壓試驗時，原母線處于帶電運行狀態，QS1隔離斷口氣室、QS2隔離斷口氣室、緩沖氣室等均為額定氣體壓力，QS1和QS2隔離斷口均處于打開狀態，QE接地裝置處于打開狀態。此時QS1和QS2隔離斷口聯合作用構成一個高絕緣裕度的隔離斷口，一側承受正常運行電壓Um，另一側承受新安裝設備試驗電壓U0，根據理論公式得知由于導體、筒體、氣室隔板之間存在雜散電容，兩個隔離斷口分壓并不均勻，高壓側斷口電壓略微高于低壓側斷口。而工程應用可認為兩隔離斷口分壓近似為1：1，單個隔離斷口折算承受電壓值均小于許用耐受電壓值，保證了耐壓試驗時不擊穿，從而實現原設備不受影響的連續帶電運行。

三、結束語

隨著GIS擴建工程大量實施，擴建預留接口逐漸引起電力用戶關注。本文從氣室劃分、隔離斷口配置、安全接地、過渡緩沖方面考慮GIS母線擴建預留接口模型的設計。但由于各GIS廠家產品結構不盡相同，在此并未以具體GIS母線擴建接口結構進行說明，僅提出了一種GIS母線擴建預留接口設計模型，供工程設計人員借鑒參考。