國內某水電廠220 kV GIS設備改造

公棟梁 趙興凱 王杰

摘 要： 國內某水電廠220 kV GIS接近設計使用壽命，可靠性無法保證。220 kV GIS改造項目是一個大型的拆除、安裝項目，由于GIS的架空線、GIS室的現場土建部分結構、后臺電纜等需利舊，在進行改造設計及安裝時存在較多難點。從改造方案的選擇及施工中的難點分析、處理等方面進行了闡述，從而保證安全、高效、高質地完成工程施工，為此類GIS組合電器整站改造項目的拆除和安裝提供了良好的借鑒。

關鍵詞： GIS設備 水電廠 電力 升壓站

中圖分類號： TM73文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）01-0027-03

國內某水力發電廠220 kV GIS設備是國產首批投入使用的220 kV GIS設備，于1987年出廠，1990年投運，已運行近30年，接近設計使用壽命，設備的可靠性無法保證。存在主要問題為設備老化趨勢明顯，故障率較高：近年來相繼發生母線導體觸指連接處電阻超標，運行溫升高，導致絕緣損壞；刀閘操作機構卡澀；SF6氣體滲漏等故障，存在較大安全隱患和較高運行風險。為了保證電廠的安全生產，經過專家評估，決定對原220 kV GIS進行整體換型改造。

1 設備現狀

該水力發電廠升壓站220 kV側共有4回主變進線、5回出線，GIS戶內布置。主變布置在下游副廠房一層；GIS設備布置在下游副廠房二層；出線套管布置在下游副廠房樓頂。220 kV GIS為三相全分箱結構，共12個間隔，其中出線間隔5個，分別為211線、212線、213線、214和215線，前4回均為架空出線，215線為電纜終端出線；進線間隔4個，分別為#2～5主變出線；母聯間隔1個；母線PT間隔2個。

2 運行方式改造要求

該水電廠接入系統現況為220 kV、110 kV兩級電壓等級接入，#3～5機組以 220 kV電壓等級接入，出線5回；#2機組以220 kV、110 kV電壓等級接入，與#1、#3～ 5機組共用220 kV、110 kV母線。

根據電網對該水力發電廠運行方式要求（升壓站220 kV母線分列運行，#2～4機組通過220 kV 211線、212線和215線送A市電網；#5機組通過220 kV 213線、214線送電B市電網），結合該發電廠現有場地等外部因素，推薦220 kV電氣主接線采用雙母線接線（#2～ 4機組）+單母線接線方式（#5機組）。

3 改造實施方案

3.1 改造原則

本工程是在二層原220 kV GIS設備布置范圍內進行改造，220 kV GIS母線改為三相共箱結構，盡量充分利用現有的埋件、電纜通道，在現有間隔位置進行設備布置。

將220 kV母線分為完全獨立的兩段，#2、3、4主變及3回出線（211線、212線、215線）采用雙母線運行，#5主變及2回出線（213線、214線）采用單母線運行。其中220 kV 4回主變進線、4回出線（211線、212線、213線、214線）采用SF6套管與架空線連接；215線采用電纜與GIS設備連接。

為了充分利用控制電纜，盡量在原就地匯控柜位置上布置新的就地匯控柜[1]。

3.2 實施方案

現有的220 kV GIS設備分兩期建設，在一期和二期的主母線連接處留有可拆導體，連接氣室安裝在I母設間隔、Ⅱ母設間隔與#4主變間隔之間。安裝時需從該連接處斷開，分兩個階段實施。

第一階段：220 kV GIS設備輪停，拆除一期與二期連接導體，斷開一期、二期的電氣連接（包括一次、二次設備）；恢復#2主變、#3主變、211線、212線、母聯及I母設、Ⅱ母設的正常運行。拆除#4主變間隔、#5主變間隔、213線間隔、214線間隔、215線間隔；單母線接線設備（#5主變間隔、213線間隔、214線間隔、Ⅲ母設間隔）完成安裝、調試及交接試驗等工作，投入運行。第一階段拆除范圍示意圖如圖1所示，單母段平面布置圖如圖2所示。

第二階段：#2主變、#3主變、211線、212線、母聯及I母設、Ⅱ母設停電并拆除。安裝#2主變間隔、#3主變間隔、#4主變間隔、211線間隔、212線間隔、215線間隔、母聯間隔、I母設間隔、Ⅱ母設間隔及其母線，完成調試及交接試驗等工作，投入運行。第二階段拆除范圍示意圖見圖3。

4 改造施工難點分析與處理

4.1 吊物孔無法滿足要求

難點描述：本期改造采用的220 kV GIS母線為整間隔共底架布置，集成度較高，尺寸為高3 000 mm左右、寬2 100 mm左右、長8 000 mm左右。現有吊物孔尺寸為1 500 mm×5 000 mm，無法滿足要求，解決措施如下。

（1）根據原結構布置圖，吊物孔在寬度方向鄰近的框架梁凈距約3 450 mm，原結構在吊物孔與框架梁之間在寬度方向設置懸挑樓板，為自受力構件，故吊物孔寬度方向擴孔至2 900 mm可行，但吊物孔長度無法改變。

（2）本期改造設備常規設計為控制柜與GIS本體共底架，整間隔長度8 m左右，為匹配現場吊物孔尺寸，將控制柜與GIS本體設計分離，可縮短整間隔長度至4.5 m。

4.2 室內行車無法滿足要求

難點描述：本期改造采用的220 kV GIS母線為整間隔共底架布置，集成度較高，單間隔重量為8～10 t。現有行車吊裝重量為5 t，無法滿足要求。

解決措施如下。

將5 t行車更換為12 t行車，對廠房行車牛腿、行車梁進行加固設計。

牛腿加固方案：根據設定參數的計算結果，行車調整后，牛腿尺寸及配筋滿足計算要求，仍需提高牛腿的耐久性，因此對原牛腿進行粘貼碳纖維布加固處理[2]。

行車梁加固方案：根據設定參數的計算結果，在保證吊裝重量≤12 t的前提下，需要對原混凝土行車梁進行加固，考慮到現有機梁底部存在混凝土支柱，故對原混凝土機梁進行增大截面加固處理[3]。

4.3 原設備基礎無法完全滿足新設備安裝要求

難點描述：在運設備與本期改造安裝新設備尺寸、結構差異較大，雖設備制造單位在進行生產制造時充分考慮借用現場基礎，但現場基礎并不能完全滿足安裝要求，解決措施如下。

本工程改造是96.2 m層220 kV GIS室設備改造，將220 kV GIS母線改成母線三相共箱結構，整體設備荷載基本無變化，故整體結構受荷與原結構基本一致，結構整體無需加固[4]。在局部需增加樓板埋件受力點處，通過植筋的方式增加樓板埋件，并根據受力點的大小在必要時通過在樓板下增設鋼梁或纖維布的方式進行樓板的局部加固[5]。

5 改造結果

本期改造的252 kV GIS為當今電力行業主流產品，性能可靠、技術處于國內領先水平，可大大減少運檢人員檢修、維護工作量。該套設備結構緊湊，高度、體積較原設備大大降低，減少了設備巡視人員的登高作業次數，提高巡視效率的同時降低了人身安全隱患。

6 結語

220 kV GIS改造項目是一個大型的拆除、安裝項目，由于GIS的架空線、GIS 室的現場土建部分結構、后臺電纜等需利舊，在進行改造設計及安裝時存在較多難點。同時，該水電廠承擔著當地及周邊地區供電的重要責任，停電改造是不可能的。

業主及施工單位根據現場實際情況，進行充分的難度預想、方案準備，采取不間斷供電改造的方案，創新管理和施工方案，實現在改造過程中，利用舊系統的設備繼續對負荷進行供電，有利于保障所轄地區供電的連續和可靠性。因此，水電廠的不間斷供電改造方案的研究具有重大的研究價值，而且對于推廣和積累變電站不間斷供電改造工程經驗也具有十分重大而深遠的意義。

參考文獻

[1]王俊強，白海濱.變電站110 kV GIS的更新改造[J].電世界，2023，64（1）：12-16.

[2]吳浚源.碳纖維布加固技術在國外水電站廠房混凝土結構吊車梁的應用[J].散裝水泥，2021（5）：75-77，83.

[3]馬云龍，王秀麗.大跨鋼結構廠房頂升的加固設計研究[J].工業建筑，2021，51（11）：205-210.

[4]馬龍，牛芙蓉，趙朋飛.某水閘工程植筋技術的應用[J].陜西水利，2023（8）：150-152.

[5]白海斌，安娜.110 kV GIS開關組合電器改造經驗[J].設備管理與維修，2020（19）：71-73.