淺談220kV輔助開關站GIS設備設計改進及應用

中核霞浦核電有限公司 李雪巖 新東北電氣集團有限公司 夏 萍

某核電廠一期工程220kV輔助開關站2003年投入運行，2011年3月6日GIS設備單母線終端均壓球對外殼放電故障引起供電線路跳閘，機組失去備用電源；2008年5月6日GIS設備母線接地刀閘分合閘操作功能失效，出現分合閘未到位現象。這兩個事件暴露出GIS設備單母線接線方式運行可靠性差、調度與檢修靈活性差的問題，短時間內無法修復，使機組失去備用電源嚴重影響到核安全。借助二期工程建設之機，解決一期工程220kV輔助開關站GIS設備存在的問題。

1 可行性分析

1.1 現狀介紹

一期工程220kV戶內GIS設備布置在01UAD廠房內，220kV GIS設備設計成單母線與預留二期工程單母線分段接線結構。01UAD廠房已一次建成，設備分期安裝，廠房為長26米、寬10米單層建筑，廠房內部已考慮兩期工程GIS設備的布置空間。一期工程GIS設備采用兩回電纜進線、一回架空出線、一個電壓互感器和預留一個母線分段斷路器間隔的單母線接線，共5個間隔；二期工程發展成單母線分段，共8個間隔。在01UAD廠房縱向（東西方向）每一側都留有3米左右用于組裝和檢修GIS設備的場地，橫向同樣留有2～3米用于檢修、維護和運行巡檢通道。廠房上方安裝有GIS組裝和檢修用的2噸吊車（電動單梁起重機，跨度8.9米），在廠房進線間隔下面有一個高壓電纜蛇形敷設的地下電纜溝，成套的GIS就地控制盤和用于動力及照明的配電盤布置在附近。

1.2 一期工程GIS設備預留接口與二期工程GIS設備接口對接分析

一期工程220kV輔助開關站（01UAD）室內GIS設備（ABB產品，三相分體式結構，過渡段氣室壓力0.53MPa[1]）由單母線改成雙母線后預留接口與二期工程室內GIS設備（NHVS產品，三相共箱式結構，過渡段氣室壓力0.6MPa[2]）接口對接尺寸、技術參數相匹配。對接尺寸偏差采取技術措施和調整來彌補的方案是可行的，具體需滿足：根據01UAD廠房室內一期、二期工程220kV輔助開關站（01UAD）室內GIS設備雙母線平面、斷面和三維模擬布置，分析認為滿足一期工程GIS設備單母線改成雙母線與二期工程GIS設備雙母線對接后整體布置的要求；一期工程220kV輔助開關站GIS設備（ABB產品）單母線改成雙母線預留接口與二期工程220kV輔助開關站GIS設備（NHVS產品）雙母線接口尺寸經現場測繪和技術評估滿足對接的要求。

2 設計改進實施及應用情況

2.1 一期工程GIS設備單母線改造成雙母線

一期工程GIS設備為ABB產品設計為單母線改造成雙母線運行,需要增加原廠ABB產品3組隔離開關、3組接地開關和一組母線等設備,在原一期工程GIS設備本體上進行改成增加設備，現有01UAD廠房空間和平面布置能夠滿足單母線改成雙母線所增加設備布置的要求,不需廠房結構變動和調整。改造工期，需要對一期工程GIS設備單母線及線路間隔停電2～3周的時間窗口。一期工程、二期工程GIS設備雙母線平面布置圖，見圖1、圖2所示。

圖1 一期工程220kV輔助開關站（01UAD）GIS設備單母線平面布置

圖2 一期工程、二期工程220kV輔助開關站（01UAD）GIS設備雙母線平面布置

2.2 一期工程GIS設備雙母線與二期工程GIS設備雙母線對接方案

由于一期GIS設備（ABB）單母線改造成雙母線與二期GIS設備（NHVS）雙母線對接，產品不同、制造工藝要求相符合；為保證二期GIS母線與一期GIS母線接口安全順利地實現對接，在水平與豎直方向均設置安裝調整用伸縮節，以調整裝配時的尺寸偏差。

圖3 母線接口位置和接口法蘭布置

圖4 對接口處設置伸縮節

2.2.1 一期工程GIS設備與二期工程GIS設備母線接口尺寸數據測繪

一期工程GIS設備為ABB產品，二期工程GIS設備為NHVS產品。根據一期、二期工程GIS設備對接部位尺寸的現場測繪，確定了一、二期工程GIS設備對接的相對尺寸。由于一期工程GIS設備部分尺寸偏差過大，考慮到二期工程GIS設備已制造完成并安裝就位，對接部位空間無法拓展，在一期設備偏差不進行調整的情況下，無法實現一期工程與二期工程設備接口的準確對接，組織制定NHVS產品與ABB產品對接調整技術方案。

現場實測是以B相為基準，測得一期Ⅰ母A相在垂直方向上實際尺寸為549mm，相差11mm，由于空間結構較小，NHVS產品通過對多個罐體、觸頭等位置的調整，最大調整量可達±3mm，剩余調整量8mm需通過一期ABB設備調整來實現。與NHVS產品相比對接位置ABB產品母線較長，有較大的調整空間（圖5）。

圖5 一期工程GIS設備Ⅰ母線A相測繪數據

經測量一期工程GIS設備Ⅰ、Ⅱ母間C、B、A相間距計算尺寸分別為2889mm、2883mm、2877mm，NHVS產品Ⅰ、Ⅱ母間距經實測與本期、前期圖紙相符，為2890mm，可知A相偏差最大，為13mm，該尺寸偏差主要是由于一期Ⅰ、Ⅱ母A、B、C相在垂直方向上不一致引起的，NHVS產品在Ⅱ母位置設置了供調整相間距的波紋管，但波紋管軸向調整量不足以吸收A相偏差。因此需調整一期工程GIS設備Ⅰ母A相，沿母線徑向水平向Ⅰ母側調整5mm，使之與上面B相的垂直中心線重合（圖6）。

2.2.2 一期工程GIS設備與二期工程GIS設備母線接口對接尺寸偏差調整技術措施

在建二期工程GIS設備增加水平與豎直方向均設置安裝調整用伸縮節，調整裝配時的尺寸偏差；已建一期工程GIS設備各部件最大限量調整垂直、水平和整體移動接口對接尺寸偏差。

圖6 一期工程GIS設備Ⅰ、Ⅱ母線間C、B、A相間距測繪數據

2.3 一期工程GIS設備單母線改造成雙母線和二期工程GIS設備雙母線對接工作流程

二期工程為雙母線布置，全站可以實現不停電，雙母線分別停電對接；以一期工程主母線對接口最近的間隔為基準，第一間隔就位后再依次將其它間隔就位安裝；待二期工程現場安裝調試、試險[3]（電阻、CT、檢漏、檢水、耐壓等合格）結束后，對一期工程設備一母線停電、二母線帶電，須將一母線接地開關合閘，準備裝配一母線對接口處；回收一、二期工程一母線SF6氣體,打開一、二期工程一母線對接口法蘭，將罐內導體對接；連接一、二期工程間隔環網線，一母線檢漏、測微水合格后,一母送電；一母線帶電后將二母線停電，須將二母線接地開關合閘,二母線接口對接方法同上。

3 應用情況

2015年11月，該核電廠一期工程220kV輔助開關站GIS設備單母線改造成雙母線與二期工程220kV輔助開關站GIS設備雙母線順利地完成了6個接口對接，經過試驗驗證合格，并于2015年12月投運至今，運行狀態良好，實現了設計改進預期目標。本項設計改進所起到的作用、投資經濟性和使用效果顯著，在其它工程類似改造、擴建和續建項目上具有推廣應用和參考價值。