500 kV HGIS的侧向低出线方案研究

关华深，简翔浩，刘宝英

（1.广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000；2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东广州 510663）

500 kV HGIS的侧向低出线方案研究

关华深1，简翔浩2，刘宝英2

（1.广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000；2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东广州 510663）

复合式气体绝缘开关设备（简称HGIS）广泛应用于500 kV变电站，HGIS布置方案经过多年的优化，出线构架、中间构架、母线构架采用联合式构架紧密相连，布置方式非常紧凑，但紧凑的布置方式限制了出线的灵活性。该研究提出新的HGIS低出线方案，用于实现HGIS配电装置的灵活布置，并在工程实践中应用验证。

复合式气体绝缘开关设备；布置方式；侧向低出线

随着国民经济的日益发展，对电力的需求越来越大，但在变电站建设中，特别在城镇越来越受到土地、建筑物的制约。因此，对高压设备的质量及设备的小型化提出了更高的要求。敞开式设备（AIS）单体设备多、运行维护工作量大、占地面积大，但检修、扩建方便[1-3]。气体绝缘封闭设备（GIS）虽然布置紧凑、节省占地面积，但由于主母线也采用封闭式母线，致使扩建时停电范围较大。因此，一种同时具备AIS配电装置和GIS配电装置优点的新型高压配电装置——复合式气体绝缘开关设备（HGIS）应运而生。

HGIS利用成熟的GIS技术，将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器等组合在一个内充SF6气体的密封金属外壳内，而通过高压套管与母线等外电路连接[4-5]。

HGIS布置方案经过多年的优化，往往采用母线、串内跨线、高层跨线三层式布置，出线构架、中间构架、母线构架采用联合式构架紧密相连，布置方式非常紧凑[6]。但紧凑的布置也一定程度限制了布置的灵活性，较难实现侧向低出线和反跳出线，对配串和布置形成限制。本文对HGIS低出线方案进行研究，用于实现HGIS配电装置的灵活布置。

1 HGIS的布置型式

1.1 HGIS的基本布置型式

500 kV配电装置大多采用一个半断路器接线，下面介绍HGIS的常用布置形式。

1.1.1 “3+0”方式

以断路器为单元，3台断路器单元连成一个整体构成一个完整串，如图1所示。

此布置方式的优点是接线的配置可完全与敞开式设备一致，进出线侧可配置隔离开关，设备可靠性高，较适合一个完整串一次性建成。缺点是扩建和检修不方便，布置不够灵活，尤其是出线反跳时。

图1 “3+0”方式布置图Fig.1“3+0”layout of HGIS

1.1.2 “2+1”方式

以断路器为单元，2台断路器单元连成一个整体，另一台断路器单元独立，中间通过软导线连接成一个完整串，如图2、图3所示。

图2 “2+1”方式布置图Fig.2“2+1”layout of HGIS

图3 “2+1”方式布置图Fig.3“2+1”layout of HGIS

此布置方式的优点是布置较灵活，尤其是出线反跳时，设备可靠性高，较适合一期为不完整串的建设，扩建时同一串可使用不同厂家断路器单元。缺点是进出线用软导线连接侧不能配置隔离开关，与“3+0”方式相比每串设备增加3只出线套管，设备费用投资稍大。

1.1.3 “1+1+1”方式

以断路器为单元，3台断路器单元全部独立布置，中间通过软导线连接构成一个完整串，见图4。

此布置方式的优点是布置较灵活，较适合初期为不完整串（线-线串）的建设，扩建非常方便，出线仅需短时停电，同一串可以使用不同厂家断路器单元。缺点是进出线侧不能配置隔离开关，不适合出线反跳的布置，与“3+0”方式相比，每串设备增加6只出线套管，设备费用投资较大。

图4 “1+1+1”方式布置图Fig.4“1+1+1”layout of HGIS

对于初期建设的完整串，采用“3+0”HGIS模式可节约投资；对于一期不完整串，采用“2+1”模式远期扩建时可不受厂家限制，同时可减少因扩建导致的停电时间及范围。

1.2 HGIS布置型式的发展

早期500 kV HGIS为减少设备故障时的影响范围，同时也便于设备的停电检修，采用“2B+1B”布置方式，只考虑母线、串内跨线两层式布置，母线构架与出线构架采用联合式构架，但与中间构架分开，典型断面见图5。这种布置方式占地较大，但也比较灵活，可实现侧向低出线和反跳出线。

近年来，随着运行经验的积累，设计的优化，近年来一般采用兼顾“2B+1B”和“3B+0”的布置方式，其中“2B+1B”布置方式的断面如图6所示。

该种布置方式比较紧凑，由低到高为悬吊母线，串内跨线以及高架的侧向出线，形成三层式结构；占地面积仅比GIS配电装置多约50%，但比原HGIS布置方式减少占地约46%。由于布置紧凑，近年来得到广泛的应用。

这种布置有下列特点：1）布置紧凑，占地面积小，配电装置的纵向尺寸缩小很多，约为AIS的70%；2）间隔内设备少，检修方便，维护工作量小，土建支架大大减少；3）布置与接线对应，接线清晰；4）主变采用低构架横穿方式，简化了构架；5）线路可以正向出线，也可反向出线，使电源可灵活地分别接在两组母线上；6）构架简单，钢耗量低，可采用大档距导线；7）采用悬挂式硬管母线，具有施工较方便，抗震性能好，载流量大，投资相当，适用范围广等优点，在国内尤其在广东省已有多年的运行经验。

根据配电装置尺寸的校验，设备相间距离取7.5 m，相对地距离为6.5 m。设备支架高度一般为3.5 m～5 m，主要由设备间连线对地距离和连线对相间运输道路的安全距离所决定；构架的高度由设备的高度以及相对地距离，不同时停电检修等因素所决定。支架、构架有关数值见表1。

图5 HGIS的两层布置方式断面图Fig.5 Section diagram of the two layer layout of HGIS

图6 HGIS的三层布置方式断面图Fig.6 Section diagram of the three layer layout of HGIS

表1 构架宽度及高度Tab.1 Frame width and height

但在该布置中，母线-串内跨线-高架出线三层导体同时布置在宽度28或33 m的间隔内，低出线和反跳出线一般难以实现，这样就严重限制了HGIS配电装置配串和布置的灵活性，尤其在出线回路较多时限制更大。

2 HGIS的低出线

HGIS如能实现侧向低出线，则同串内的另一回出线就能实现反跳出线，使配串和布置方案更灵活、合理。HGIS已经是三层式布置，要实现低出线，按常规须在母线上再增加一层导线，从而达到四层式布置，但三层式布置中最上层的构架高度已达到33.5 m，如再增加一层，构架高度将进一步增加，不但加大构架的设计难度，也不利于运行维护。因此，如何在不改变现有构架高度的条件下，实现HGIS配电装置低出线和反跳出线，是优化配电装置的重点。图7、图8是一种新的HGIS配电装置低出线方案。

在常规的HGIS配电装置中，母线贯穿所有配电装置。HGIS低出线方案利用HGIS的“2B+1B”模块，局部改变悬吊管母的作用，布置和连线的具体变化如下：1）布置方面，“1B”模块转90°，悬吊管“L”不和悬吊管母2 M相连；2）连线方面，“2B”模块的一个套管和悬吊管“L”连接，“1B”模块“一个套管和悬吊管“L”连接，另一个套管接到2 M上，侧向出线也和悬吊管“L”连接。

由此悬吊管“L”变成了串中的连接点，通过该悬吊管即可实现侧向低出线，同时可以实现反跳出线。由于该种布置方式改变了悬吊管母的作用，因此只能在配电装置端头两串使用。

图7 HGIS低出线平面布置图Fig.7 Low outgoing line layout of HGIS

图8 HGIS低出线段断面图Fig.8 Section diagram of HGIS low outgoing line segment

3 HGIS低出线的应用

该布置实现了HGIS的低出线和反跳出线，为出线和配串提供了方便。以下结合部分常用的布置方案，论述HGIS低出线的应用情况。

3.1 母线和主变进线垂直时的应用

该种布置方案母线与主变进线垂直，主变一字排开，在母线的一侧进线，线路从母线另一侧或母线两个端头三方向出线。该方案的500 kV配电装置的长度一般和主变区域的长度接近，而宽度较少，全站布置紧凑、方正，近年来得到广泛的应用，但由于母线与主变进线垂直，当出线方向受限制，或出线较多时，将出现布置上的困难，往往需采用特殊的布置方式。

以下以规模为4台主变、10回出线、全部进串为例进行说明。由于侧向出线最多4回出线，正面需布置6回出线，将很难和4台主变配串，可采用的特殊的布置方式如下。

3.1.1 增加一个过渡串

这种布置方式与常规的高架出线类似，较符合运行维护习惯，但增加了一个过渡串，增加了占地面积，见图9。

图9 HGIS常规出线Fig.9 Conventional outgoing line of HGIS

3.1.2 在同一串内高低出两回线

这种布置方式需考虑平行回路不同时停电检修的工况，会加大出线构架的高度，出线上下交叉，出线困难，同时也不利于运行维护，如图10所示。

3.1.3 HGIS立体交叉出线

间隔内增加转向构架，间隔内出线高层反跳后，利用该转向构架，变为侧向高架出线。该种布置方式在国内已有变电站采用，如图11所示。

3.1.4 HGIS低出线

在最左边的间隔，使用HGIS的“2B+1B”模块，“1B”的一个套管直接接母线，线路9利用本间隔的悬吊管母侧向低出线，线路8在串内反跳出线，不影响线路10的高架出线，如图12所示。

图10 HGIS同一间隔高架出线Fig.10 The same interval elevated outgoing line of HGIS

图11 HGIS立体交叉出线Fig.11 Stereo crossover outgoing line of HGIS

图12 HGIS低出线Fig.12 Low outgoing line of HGIS

和其他几种布置方式比较，图12的布置方式有以下优点：1）仅利用了常规的HGIS的“2B+1B”模块，方案简单，跨线高度低，运行维护方便，投资省；2）既避免了图9增加占地情况，也避免了图10、图11中复杂的高层跨线，简化了配电装置设计。

由于构架结构简单，该方案还可方便地应用在变电站的超规模扩建中。以广东省500 kV某变电站超规模扩建为例，该变电站原规划4台主变，8回500 kV出线。4台主变全部进串，共组成6个完整串。主变进线与母线垂直布置，500 kV配电装置向三个方向出线。一期已建设2台主变和2回500 kV出线，本期计划超规模扩建2回出线，采用图12的布置后，仅需扩建一个完整的间隔，对原配电装置改动少，扩建方便。

如果在另一端头也采用该种布置方式，该方案也同样适用于12回出线的变电站，如图13所示。

图13 HGIS双端低出线Fig.13 Double ended low outgoing line of HGIS

以广东省500 kV恩平开关站为例进行说明，该站远期共规划有4台主变，12回500 kV出线。500 kV配电装置采用HGIS设备，悬吊式硬管母。双端低出线后，较好地解决了大规模500 kV HGIS平面布置出线困难、增加占地、出线受限的困难。

3.2 母线和主变进线平行时的应用

该种布置方案母线与主变进线平行，主变一字排开，在母线的端头进串或进母线，线路可从母线两侧或母线另一端头三方向出线。常规敞开式配电装置通常采用这种布置方式，配合低/高架进出线，反跳出线，常常可以出线方向灵活，配串合理，但当采用HGIS配电装置时，往往因布置紧凑而缺乏反跳出线的手段，出线方向和配串均受到限制。

以下以规模为4台主变，10回出线，全部进串为例进行说明。当母线和主变进线平行时，可采用的布置方式如下。

3.2.1 采用三面出线

这种布置方式配合高架侧向出线，从母线两侧和母线端头三方向出线，如图14所示。

图14 HGIS三面出线Fig.14 Three outgoing line of HGIS

3.2.2 HGIS低出线

在最左边的间隔，使用HGIS的“2B+1B”模块，1B的一个套管直接接母线，3号主变利用本间隔的悬吊管侧向低出线，线路1在串内反跳出线，如图15所示。

图15 HGIS低出线Fig.15 Low outgoing line of HGIS

图16 恩平开关站500 kV配电装置三面出线断面布置图Fig.16 Three outgoing line section of 500kV power distribution unit in Enping Switch Station

图14的布置方式有以下优点：1）实现了反跳出线，出线高度和常规出线一致，运行维护方便；2）出线方向少，仅在母线两侧出线，不堵死扩建可能。

以500 kV恩平开关站为例，远期共规划有4台主变，12回500 kV出线。2台主变进母线，2台主变进串，主变进线与母线平行布置。500 kV配电装置采用HGIS设备，悬吊式硬管母。狮洋甲、乙和西江甲、乙线装设有线路侧高抗。下面分别采用三面出线布置和侧向低出线布置方案进行对比。

图17 恩平开关站500 kV配电装置侧向低架出线断面布置图Fig.17 Lateral low frame outgoing line section of 500kV distribution unit in Enping Switch Station

从图16、图17可见，采用三面出线和侧向低架出线在占地面积上相差不大，但是侧向低架出线通过HGIS“2B+1B”模块90°旋转的巧妙布置，缩短了500 kV场地东西向长度，高抗集中布置在场地北侧，500 kV线路仅南北两个方向出线。尤其是采用侧向低架出线布置方案后，保留了远期超规模扩建的可能性。

4 结论

本文在国内现有的500 kV配电装置布置形式基础上，利用HGIS通过高压套管与母线等外电路连接的特点，创造性地提出了500 kV HGIS侧向低架出线布置方式。局部改变悬吊管母作用，在母线两端间隔采用HGIS的“2B+1B”模块，其中“1B”模块双套管HGIS与常规布置相比旋转90°，直接接到母线上，通过悬吊管即可实现侧向低进串，同一串的另一回出线由出线构架反跳出线。该种布置方式丰富了HGIS布置，使HGIS具有了敞开式配电装置一样的反跳出线，为优化平面布置，丰富配串方案，方便运行维护提供了新的手段。

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（编辑 徐花荣）

Research on Low Outgoing Line Scheme of 500 kV Hybrid Gas Insulated Switchgear

GUAN Huashen1，JIAN Xianghao2，LIU Baoying2
（1.Jiangmen Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Co.，Ltd.，Jiangmen 529000，Guangdong，China；
2.Guangdong Electric Power Design Institute，China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510663，Guangdong，China）

Composite gas insulated switchgear（HGIS）is widely used in 500 kV substation，and after years of optimization its layout is mature with the outlet frame，a middle frame，bus architecture closely connected with a combined type structure.This arrangement is very compact but the compact arrangement limits the flexibility of the outgoing line.In this paper，a new HGIS low outgoing line scheme is proposed，which is used to implement the flexible arrangement of HGIS distribution devices.The scheme has been verified with application in the engineering practice.

hybrid gas insulated switchgear；layout；low outgoing line

广东电网重点工程项目（030000WS24110004）。

Key projects of Guangdong power grid（030000WS24110004）.

1674-3814（2016）08-0086-07

TM564

A

2016-03-25。

关华深（1977—），男，高级工程师，硕士研究生，从事工程技术研究。