气体绝缘组合电器主接线形式存在的问题及优化分析

陈春鹰，甄 利，张祎慧，潘 瑾

(1.国网河北省电力公司沧州市渤海新区供电分公司，河北 沧州 061113；2.国网河北省电力公司，石家庄 050021；3.华北电力大学，河北 保定 071003；4.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

气体绝缘组合电器主接线形式存在的问题及优化分析

陈春鹰1，甄 利2，张祎慧3，潘 瑾4

(1.国网河北省电力公司沧州市渤海新区供电分公司，河北 沧州 061113；2.国网河北省电力公司，石家庄 050021；3.华北电力大学，河北 保定 071003；4.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

针对气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)主接线形式的特殊性，以GIS双母线主接线形式为例，提出GIS对变电站运行存在的问题，分析在变电站扩建、故障检修期间进行耐压试验时，GIS主接线问题发生的原因，提出GIS主接线形式的优化建议。

气体绝缘组合电器(GIS)；主接线；耐压试验；隔离开关

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)是把变电站中除了变压器以外的所有电气设备，包括断路器、隔离开关、电压互感器等封装在一个接地的金属腔体内，并充以4～5个大气压的SF6气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备，因其占地面积小，受大气环境影响小，运行稳定性高，在电力系统中得到广泛应用。GIS相对于常规敞开式开关设备(AIS)，具有运行可靠性高、环境适应能力强、耐地震能力强以及占地面积和占有空间小等许多优点。近年来电力设备运行缺陷统计分析也表明，GIS缺陷发生率远低于敞开式设备，大量应用GIS设备对保障电网安全稳定运行、提高综合经济效益有良好作用。但是，如果GIS在应用中简单套用AIS的主接线形式，将会带来母线频繁全停。

1 GIS 采用双母线主接线形式时存在的问题

国网河北省电力公司沧州供电分公司某220 kV变电站采用了双母线主接线形式。在2012年进行的一次出线间隔扩建工程中，2条220 kV母线全停6 d，使地区电网安全风险显著增加，供电公司经济效益遭受损失，并造成了不良社会影响。

该变电站现有3台240 MVA主变压器，为某钢铁公司等14座110 kV用户变电站和公用变电站提供电源。扩建期间，220 kV母线全停6 d，全站仅通过1条110 kV线路由外来电源反送电至110 kV母线为重要用户提供保安电源。反送电涉及的1座220 kV变电站、3条110 kV线路及该变电站110 kV母线的任一环节出现问题，均将造成钢铁公司炼钢炉等用户设备损坏，带来很大损失，电网安全运行风险也很大。

2012年9月21-26日该变电站扩建期间，当地大工业用户压限负荷最大339.3 MW，平均负荷损失280 MW，停电136 h，损失电量38 080 MWh，按照平均电价0.57元/kWh计算，损失电费2 173万元。

扩建期间，地区境内最大工业用户需要全面停产，仅保留相关设备保安负荷；另一公司原定9月20日投产的2号炼钢炉推迟至9月27日之后；还有一家公司受承担反送电任务的某220 kV变电站运行方式影响，2次停产；其他多个中小用户全部停产。据统计，近2年沧州市除前述变电站扩建停运6 d外，另有8座220 kV GIS站因扩建造成220 kV母线停运共计49 d。前述变电站还预留有1台主变压器的建设位置，再次扩建时将会造成更大的损失。

2 原因分析

GIS扩建期间为了满足现场耐压交接试验的要求，变电站需要将母线全停。根据DL/T 555-2004 《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》第3.5条规定：“GIS扩建部分耐压时，原有相邻设备应断电并接地，否则，应考虑突然击穿对原有部分造成的损坏采取措施。”如果在故障处理、维修或重新调整中进行了解体拆装，也应进行现场耐压试验。由于GIS设备本身结构特点，整套设备中没有可灵活拆解的引线，当设备进行耐压试验时，与被试部分相邻的设备要可靠接地，就造成停电范围比被试部分要大。对照GIS典型间隔结构(如图1)，当某一间隔内元件需要耐压试验时，或者是2条母线均停电接地，或者是通过某一母线施加试验电压，另一母线停电接地，即与该间隔相连的母线均需停电。

图1 GIS典型间隔结构剖面图(mm)

3 优化建议

3.1 总体要求

常见的各种GIS变电站主接线形式中，双母无分段、单母无分段、线变组结构(单出线)在母线上扩建或故障检修后耐压时，需要全部停电。双母单分段结构在分段母线上扩建或故障检修后耐压时，可保留另一段母线运行，在不分段母线上扩建或故障检修后耐压时，需要全部停电。双母双分段、单母带分段、桥式接线等结构当一侧扩建或故障检修后耐压时，可保留另一段母线运行，避免全部停电。

分析河北省南部电网的167座110 kV及以上GIS变电站，其中500 kV 6座、220 kV 42座、110 kV 119座。6座500 kV GIS变电站220 kV侧全部是双母双分段接线。220 kV GIS变电站220 kV侧双母不分段35座、双母单分段3座、双母双分段1座、单母分段3座；220 kV GIS变电站110 kV侧双母不分段31座、双母单分段4座、单母带分段2座、桥式1座。110 kV GIS变电站96座为桥式接线、单母不分段6座、单母带分段13座、双母不分段1座、线变组3座。

对照耐压试验要求，现有500 kV GIS变电站220 kV侧扩建或故障检修后耐压时，可避免全部停电；220 kV GIS变电站220 kV侧扩建或故障检修后耐压时，38座需要母线全部停电，只有4座可避免全部停电，需全停比率达90.5%；220 kV GIS变电站110 kV侧扩建或故障检修后耐压时，35座需要母线全部停电，仅3座可避免全部停电，需全停比率达92.1%；110 kV GIS变电站110 kV侧扩建或故障检修后耐压时，10座需要母线全部停电，109座可避免全部停电，需全停比率为8.4%。

为减少或避免GIS变电站在扩建或故障检修时母线全停，分别就新建工程和在运设备提出如下设计建议。

3.2 建议

3.2.1 对于新建GIS工程

采用双母线双分段或单母线分段主接线形式。如确实无法突破有关设计规范，可采取在不改变双母线主接线形式的前提下，在两条母线上分别增加2组耐压用隔离开关(独立气室)，对其中一侧母线进行耐压试验时，保留另一侧母线继续运行。如图2所示，当在母线右侧扩建时，可拉开耐压用隔离开关1-4、1-5、2-4、2-5，合上接地开关1-1、2-1，耐压用隔离开关右侧满足实施耐压试验的条件(母线停电接地或一条母线加试验电压另一条母线接地)，耐压用隔离开关左侧仍可保持运行状态。

图2 GIS母线上分别增加2组耐压用隔离开关

3.2.2 对于在运GIS变电站

实地调查现场情况，对具备条件的进行改造，增加母线耐压用隔离开关。采取多种措施，加强GIS设备运行维护管理，减少运行中故障概率。

4 结束语

GIS在电力系统中占有重要地位，其安全关系着整个电网的安全稳定运行，因此要及时发现GIS运行中的问题进行优化改进，以上针对GIS双母线主接线形式提出优化建议，以期减低GIS 的故障率，提高电网运行安全稳定性。

本文责任编辑：丁 力

Problems and Optimization Analysis on Main Line Connection Mode of GIS

Aiming at the special of the GIS main line connection,advances the problems of the substation operation by GIS,taking GIS double bus main line connection as an example,analyzes the causes of GIS main line connection problems during substation expansion,fault maintenance,raises optimized suggestions for GIS main line connection mode.

Gas Insulated Switchgear(GIS);main line connection;induced voltage Test;isolating switch

2013-12-10

陈春鹰 (1972-)，男，高级工程师，主要从事变电设备运维管理工作。

TM85

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1001-9898(2014)01-0003-02