混合式配电装置在变电站改造中的应用

郑国龙，陈勇良

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都　611130)

混合式配电装置在变电站改造中的应用

郑国龙1*，陈勇良2

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都611130)

摘要：为实现刚果(金)SICOMINES铜钴矿项目120 kV变电站扩建改造，通过收集资料、现场调查，分析影响120 kV变电站扩建改造的因素，比较AIS、GIS及H-GIS 3种配电方式的优缺点，结合项目特点，提出改造方案。

关键词：变电站；改造；混合式配电装置

刚果(金)SICOMINES铜钴矿项目设有一座变电站，为矿区基建期及采矿、选矿、冶炼提供电力供应。变电站建于矿区采矿工业场地附近，120 kV进线电源由上一级KADI变电站-R.O.120 kV线路上T接；根据总图布置和用电负荷分布, 由该120 kV变电站馈出35 kV、10 kV馈线给各个用电区域内35 kV变(配)电所(站)、10 kV配电站、10/0.4 kV变电所供电。120 kV侧采用线路变压器组接线，设置一组进线及一台电力变压器[1]。35 V/10 kV母线采用单母线不分段接线。根据矿区建设的要求，需扩建改造120 kV变电站，近期从120 kV变电站馈出一回110 kV线路为矿区220 kV变电站提供电源，即120 kV变电站与220 kV变电站之间设置联络线；远期220 kV变电站为120 kV变电站提供1回备用电源。为保证120 kV变电站扩建改造期间矿区生产运营的连续性，确保矿区的经济效益，缩短变电站扩建改造工期、减少停电时间是项目的重点和难点。本文通过对空气绝缘的常规配电装置(AIS)、六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置(GIS)、混合式配电装置(H-GIS)3种配电方式优缺点进行比较，同时结合项目特点，提出合理的改造方案。

1变电站高压配电布置方式及特点

1.1空气绝缘的常规配电装置

空气绝缘的常规配电装置(Air-Insulated Switchgear，AIS)依靠空气和绝缘子来保证各一次设备带电部分与地、相与相之间的绝缘[3]。敞开式设备变电站是由断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、隔离开关、载波设备、软母线(或硬母线)、变压器等组成的电能集中分配的装置，如图1所示。其优点是：设备成熟、造价低，单独元件更换方便。缺点是：元件单独布置，占地面积大，浪费土地资源；安全可靠性较差；现场安装、调试工作量大，定期检修、运行维护费用大。

图1　典型的空气绝缘的常规配电装置

1.2六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置

六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置(Gas-Instulated Switchgear，GIS)将一座变电所中除变压器以外的一次设备(包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线等主要元件)组合成一个整体并全部封闭在密封的金属容器内，其间充以一定压力的SF6气体保证各带电部分间的绝缘，如图2所示[2]。其优点是：占地面积小，运行及操作简单，电气间闭锁可靠，故障率低，免维护等。缺点是：设备体积庞大、笨重，分体运输，现场组装，安装时间长，对施工工艺要求严格；检修不方便，影响供电可靠性；设备价格昂贵、土建费用高[4]。

图2　典型的六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置

1.3混合式配电装置

混合式配电装置(Hybrid Gas Insulated Switchgear，H-GIS)是用于变电站的一种新型高压开关成套设备，采用模块设计思想，把断路器、隔离开关、接地开关、电流及电压传感器组合在充有SF6气体的密闭舱中，外接绝缘套管，满足变电站接线设计的需要，如图3所示。其优点是：采用模块化设计，可靠性高，现场安装简单快捷，大幅度降低工程量；运输方便，重量轻，受现场环境条件的影响较小；免维护；设备价格适中、安装调试、土建费用较低。

图3　典型的混合式配电装置

2刚果(金)SICOMINES铜钴矿项目变电站改造方案

2.1项目特点及要求

目前，120 kV变电站为矿区提供全部工业用电，是矿区能源中心，其运行的可靠性、安全性关系到整个矿区的生产。变电站的扩建改造需尽可能减少对矿区生产的影响，缩短改造工期，减少停电时间，增加经济效益。

120 kV变电站扩建改造的限制因素有：

1)无备用所亭、进线及变压器，不具备长时间停电改造施工的条件，缩短停电时间，工程需采用分部实施的方案，合理衔接。

2)场坪面积小，限制了采用户外敞开式布置。

3)海外施工技术人员力量薄弱，尽可能减少现场土建、电气施工工程量。

4)设备运输困难。

2.2不同改造方案的比较

根据项目状况，从技术性能、设备投资、安装、工期、维护、经济效益等角度对3种配电方式的优缺点进行比较，如表1所示[5]。

表1　3种不同配电方式改造方案的比较

综上所述，配电方式采用H-GIS是适宜的。

2.3改造方案的实施

根据SICOMINES铜钴矿项目变电站改造项目的实际情况及特点，结合H-GIS的优点，制定以下的方案并实施(如图4所示)。

1)120 kV侧由线路变压器改造为单母线接线；新增1回120 kV联络线间隔，新增120 kV侧间隔设备采用H-GIS；既有120 kV进线间隔由AIS改为H-GIS；120 kV单母线采用管型硬母线。

2)正常供电运行方式下，完成120 kV联络线间隔架构、H-GIS设备等的安装及调试。

3)利用夜间用电负荷小的时段，变电站退出运行，完成120 kV管型母线与联络线间隔设备及变压器间隔设备的安装连接；原120 kV进线间隔外侧电压互感器、避雷器、隔离开关等设备拆除后，安装于120 kV母线，减少废弃。

4)调整变电站运行方式，120 kV联络线间隔、母线、及变压器间隔单元投入运行。

5)在120 kV联络线供电情况下，完成120 kV进线间隔架构、H-GIS设备等的安装及调试。

6)调整运行方式，由进线电源为本站及联络线提供电源。

图4　扩建后的SICOMINES铜钴矿项目120 kV变电站

3结语

混合式配电装置(H-GIS)运行维护简单、运输方便、安装费用低、占地面积小、钢结构少、安全环保，其优良的技术性能代表着现代高压电气设备的较高水平及发展方向之一。H-GIS在既有变电站改造中具有明显的优势，缩短了工程工期，减少了停电时间，提高了经济效益。2010年9月，该变电站改造完成，系统运行稳定，经济效果明显。

参考文献：

[1] 华智明,张瑞林.电力系统[M].重庆:重庆出版社,2004:25-32.

[2] 文远芳.高电压技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2005:53-61.

[3] 弋东方.电力工程电气设计手册·电气一次部分[M].北京:中国电力出版社,1999:607-614.

[4] 邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].北京:水利水电出版社,1994:66-67.

[5] 罗学琛.变电站使用GIS设备与常规设备的综合比较[J].中国电力,1996,29(4):24-26.

Application of Hybrid Power Distribution System (H-GIS) in a Substation

ZHENGGuolong1*,CHENYongliang2

(1.China Railway Engineering Consultants Group Co.,Ltd., Beijing 100055, China; 2.Power China Chengdu Engineering Co., Ltd., Chengdu 611130, China)

Abstract:For the realization of the Congo (DRC) SICOMINES copper and cobalt project substation expansion, through data collection, field investigation, the paper analyzes the factors of substation expansion and reconstruction, advantages and disadvantages of AIS, GIS and H-GIS three distribution methods, and combined with the characteristics of the project, proposes the solutions.

Key words:substation; reform; H-GIS

DOI:10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.02.003

收稿日期：2016-02-19

作者简介：郑国龙(1984— ),男(汉族),浙江衢州人，工程师,研究方向：电气工程及其自动化，通信作者邮箱：150125230@qq.com。

中图分类号：TM642

文献标志码：A

文章编号：2095-5383(2016)02-0010-03

陈勇良(1983— ),男(汉族),陕西宝鸡人，工程师， 研究方向：电气工程及其自动化。