GIS在220 kV配电装置中的布置方案研究

蒋兵

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010020）

1 GIS的概念及发展

GIS为英文Gas Insulated Substation的缩写，又称SF6全封闭组合电器。是将断路器、母线、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等电气元件按电气接线的要求组合在一起，构成的高压配电装置。除汇控柜外，其余元件均组合在接地的金属壳体中，用环氧树脂等绝缘材料浇注的绝缘子支持导体，并充SF6气体作为绝缘和断路器的灭弧介质。各元件间的内部连接采用插入式触头，外壳由法兰连接，所有元件都是单相式，同相各相邻的法兰间均由导体连接，三相公用一个汇控柜。汇控柜将本间隔内隔离开关、接地开关、断路器、互感器等原件的测控和保护所需信号汇总送出，并将分合闸显示、SF6压力显示等装置集成于汇控柜内。

与传统敞开式配电装置相比，GIS具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、运行方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点。经过30多年的研制和开发，为适应各种工况，GIS布置方式得到了长足的发展，很好地解决了敞开式配电装置在布置上遇到的各种问题，且GIS配电装置的应用也大大提高了设备运行、维护、检修的工作量，基于上述众多优点GIS配电装置很快被应用于全世界范围内的电力系统。

2 220 kV GIS布置方案

2.1 220 kV GIS户内布置方案

户内布置为当前我国北方地区220 kV GIS配电装置主要布置方案，北方地区冬季户外环境极端最低温度大多在-35℃以下，作为绝缘介质的SF6气体在断路器操作机构中的压力一般为0.6 MPa，在充气套管中的压力一般为0.4 MPa，根据SF6气体物理特性，当气压为0.6 MPa时SF6气体液化温度为-25℃，当气压为0.4 MPa时SF6气体液化温度为-40℃，为保证断路器有足够的分断能力及充气套管中足够强的电气绝缘，必须保证GIS中SF6气体不能液化，所以GIS配电装置在北方地区大多布置在户内，户内配套采暖设施以保证户内温度不至过低，户内布置方案见图1所示。

2.2 220 kV GIS户外布置方案

图1 户内布置方案Fig.1 Indoor layout

当变电站选址困难，但因电力系统变电站布点需要或当地负荷供电需要，站址位于重污秽地区、高海拔地区或城市内场地狭窄地区且环境温度不至于过低使GIS中SF6气体液化时，GIS配电装置可户外布置。GIS户外布置相比户内布置可以去掉220 kV GIS配电室这一庞大的建筑，也可去掉因该建筑物庞大的体积而根据《建筑设计防火规范》里规定要求必须要配套的水消防系统从而显著降低220 kV GIS配电装置的造价，减小变电站占地面积，大大缩短变电站施工周期。户外布置方案见图2所示。

图2 户外布置方案Fig.2 Outdoor layout

2.3 220 kV GIS户内布置与架构相结合方案

当220 kV GIS配电装置规模大、出线回路多、户内布置时，220 kV GIS室长度较长建筑面积显著增大，为减少220 kV GIS室长度，减少变电站投资，220 kV GIS室两侧出线间隔通过户外220 kV架构出线，220 kV出线门型架构一侧设置架构柱另一侧利用GIS室构造柱作为支撑，可减少220 kV GIS室长度约30 m，减少变电站投资。相结合方案见图3所示。

虽然根据环境温度220 kV GIS可户外布置，但具体到每个工程工况千差万别，在一些环境污染特别严重的地区，如:变电站位于水泥厂、钢铁厂附近或作为化工园区内总降站等将面临粉尘或颗粒污秽物污染时，或位于近海地区存在海风盐雾腐蚀、污染时，当变电站GIS规模不是很大，也可考虑GIS户内布置。

220 kV GIS户内布置与架构结合方案同时适用于出线回路较多和主变进线回路较多的工况，都能显著减少220 kV GIS室体积，减少变电站投资。

3 220 kV GIS与主变连接方案

3.1 GIS通过架空软导线与主变连接

图3 结合方案Fig.3 Combination layout

GIS通过架空软导线与主变连接，GIS室屋顶设置导线挂环，建筑需在挂环处做梁以增加挂环处拉力，GIS通过软导线与主变连接，此种连接方式结构简单，施工、安装方便，投资较省，架空软导线方案见图4所示。

3.2 GIS通过充气套管与主变连接

GIS通过充气套管与主变连接，GIS套管由GIS厂家配套提供，主变厂家提供详细连接法兰尺寸，由GIS厂家与主变厂家相互配合，保证良好对接。GIS与主变通过充气套管连接，将导体置于GIS套管内，与外界环境隔离，没有裸露的导体，不受海拔及污秽等环境的影响，套管走向布置清晰，可有效提高安全运行水平，但此种连接方式，主变与GIS为硬导体及套管连接，施工误差积累较多，平差较难，布置复杂，因此对土建施工及电气安装质量要求较高，且需在可能发生基础不均匀沉降位置设置伸缩装置，如GIS套管与主变连接处、GIS套管中间等位置，充气套管方案见图5所示。

3.3 GIS通过电缆与主变连接

当变电站位于极度严寒地区，如内蒙古的呼伦贝尔地区、蒙古国北部沿河地区，冬季极端最低气温可达到-45°，GIS通过套管与主变连接或通过架空导线与主变连接均有全部或部分的GIS套管暴露在外部环境中，为使在-45°严寒中GIS套管内SF6气体不至液化，需给充气套管加装保温措施，一般在套管外部加装加热设备（伴热带），在套管内气体部分开始液化、压力下降时投入加热装置，但此方案造价昂贵，工程实例较少，而一般是采用GIS通过高压电缆与主变连接的方式来解决极度严寒带来的问题。

图4 架空软导线方案Fig.4 Overhead soft w ire layout

图5 充气套管方案Fig.5 Inflatable casing layout

GIS通过电缆与主变连接，连接电缆终端采用插拔式电缆终端，电缆终端插座需在工厂预先安装、调试，电缆终端安装时无须变压器厂配合，电缆终端可直接插入。电缆终端可拔下与GIS或变压器分开，单独做试验。GIS与主变通过电缆连接，电缆经电缆隧道敷设至主变处，出电缆隧道后经电缆支架与主变插拔式电缆终端相连。电缆在电缆隧道内采用“一”字形布置，电缆铝护套在配电装置和主变压器两侧均妥善接地。GIS与主变通过电缆连接，电缆隧道受站区建筑物及设备影响较小，路径走向选择余地较大，且电缆敷设土建施工及电气安装均为常规内容，较易实行，电缆连接方案见图6所示。

图6 电缆连接方案Fig.6 Cable connection layout

4 结语

随着电力系统的发展和电力设备制造水平的提升，GIS设备的造价势必会有所下降，随着国家经济发展、社会的进步，城市、城镇规模越来越大，适合建站的站址越来越少，土地资源越发金贵，且近些年来在建站过程中，征地、清赔等社会矛盾越来越复杂，给变电站建设带来不少的阻力，使变电站投产日期滞后，在变电站全寿命周期内综合经济技术比较下，GIS变电站相较常规变电站各方面优势愈加凸显，GIS设备的应用也会更加广泛。因此，对GIS配电装置布置不断总结，才能使GIS设备发挥更大作用。

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