内桥型110kV移动式GIS设计及应用

石治中 王海洋 朱传运

摘 要：针对市区中心变电站站在检修、扩建中停电困难，以及遭遇洪灾、旱灾、冰灾、地震、风灾等自然灾害后电力恢复供应时间长等问题，本文基于内桥接线方式，结合現有GIS小型化产品特点，设计了一种新型的110kV移动式GIS。通过对主母线空间结构设计、控制柜三连体设计及电缆终端横置出线设计，达到设备紧凑目的，满足现有运输条件。该项目成功研制填补了国内110kV移动式GIS设备的空白，目前已在杭州110kV五福变电站改造过程中成功应用。

关键词：110kV GIS；移动式；内桥接线

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.141

1 引言

随着我国经济建设的快速增长[1-3]，大负荷用电用户日益增多，负荷密度较快增长，特别是国家级大型活动、法定节假日、持续高温或低温天气等对供电连续性、可靠性提出了更高要求。原有变电站因投运年份增长，老旧设备隐患逐步显现，面临着更新及技术改造，变电站更新改造所涉及到的一次设备改造率达到100%，所有二次设备都可能全部更换。因受限于当前网架结构、装备水平及技术手段，城区变电站实施整体改造难度较大：一是网架结构仍显薄弱，城区负荷相对集中，负载率超80%的变电站较多，依托现有电网转移负荷难度较大；二是即使部分变电站可依托配网转移负荷，改造期间配网也将承受很大的运行压力；三是采取高、低压设备分阶段改造模式，施工周期被迫拉长，将极大增加电网运行、操作风险；四是改造期间非正常供电方式历时较长，若发生设备或线路故障将导致整站全停，供电可靠性难以保证[4-7]。另外，突发性自然灾害出现时，移动式变电站能迅速赶赴供电地点，接替土建供电所损坏的供电设备，给供电所提供一种替代性的选择。因此，为保证电网安全运行和解决临时供电问题，在完善电网结构、更新改造电气设备、提高供电可靠性的前提下，配置可靠性高、体积小、机动性强、智能化、无人值守的移动变电站将成为保证电网安全运行的当务之急，同时移动式变电站也是电力系统突发事件应急预案重要的组成部分。随着现代技术不断革新，国内开关厂家110kV GIS设备体积进一步减小，开发既能满足通用运输条件，又能保证足够的移动能力移动式GIS成为可能。

110kV移动式GIS方案在不断汲取历年来工程改造经验，总结出移动式变电站采用“内桥”接线方式更贴合工程改造需求，也具备更高的供电可靠性。目前国内110kV移动式GIS设备主要采用“线变组”设计，体积小、移动能力强，但可靠性难以保证，一旦110kV进线发生故障或遭遇外力破坏时，“线变组”接线方式将会失电，而“内桥”接线配合变电站的站域备自投可确保供电可靠性。

鉴于上述情况，研制一种基于“内桥”接线的110kV移动式GIS设备，在电网改造期间可根据实际情况与前期的高压侧主变压器、低压侧开关柜系统，搭建组成临时性的变电站供电系统，完成短时间的供电任务；同时也可以整体搭接成完整110kV移动式变电站，供突发性自然灾害出现时组建应急临时电源。这对变电站技术改造、抢修、局部加强电网方面具有重要意义，可提高工程改造期间的电网安全运行水平和供电可靠性。

2 移动式GIS设计方案

2.1 电气主接线

典型内桥接线包括2回主变间隔、2回出线间隔及母联间隔，应工程实际需要，主母线上带三相PT保护，主接线如图1所示。

2.2 整体结构布置

该移动式GIS设备母线采用高低位布置形式，主变与出线间隔布置方式类似于线变组结构，相邻间隔间间距为1000mm，整体吊装尺寸为7450×2820×3300mm（长×宽×高），结构紧凑，如图2所示，整体吊装重量22吨。其相关组建说明见表1所示。

2.3 母线空间结构布置策略

传统主母线布置方式有上下布置与水平布置方式两种，基于此两种布置方式的Ⅰ母与Ⅱ母都可统称为母线“一”字形布置形式。考虑到移动式GIS设备间隔种类多，基于传统母线布置方式势必导致设备宽度超过通用平板车3m的限制。

因此，主母线采用空间立体结构布置形式，很大程度上缩减设备宽度。该布置方式即保留传统主母线上下布置结构形式，同时在主母线前后方位及上下方位都有延伸。

2.4 三连柜设计策略

为达到汇控柜内部端子排布置优化目的，减小设备总体长度，汇控柜采用三连柜布置方式，并将其置于出线侧电缆终端上方。同时便于现场组装的快速性与灵活性，三连柜采用插接件接线形式，其插接件布置于汇控柜两侧与底部。

2.5 接口柜预留双重接线策略

为便于现场快速搭建，设计独立的接口柜与现场车载式综自柜或控制后台等外围设计进行连接。同时为了满足现场不同的改造要求，接口柜考虑插接件接线方式和模拟端子排接线方式双重接线方案。

2.6 设备整体吊装策略

为保证底架强度要求，整体底架采用高为200mm的H型工字钢和槽钢焊接而成。该底架设计方案即可实现设备的整体吊离，同时也便于设备运行后的拆解维护检修。考虑到整体吊装重量大，对整体底架强度要求较高，基于ANSYS有限元软件的底架结构静力学分析如图3所示。

从计算结果可看出，整体底架最大应力值为160.77MPa，抗拉强度判据要求值小于等于375MPa，满足强度要求。

2.7 车载和地面双重运行策略

在变电站改造过程中，为提高使用灵活性，减少对使用场合限制，要求移动式GIS可满足车载和地面两种情况下运行。

2.8 机构及密度继电器安装

便于现场对机构分合闸状态的巡视，与常规安装方式相比较，低位进出线间隔用竖直三工位机构需安装于三工位隔离-接地组合开关本体背侧。气室划分除考虑充放气、水分处理方便外，密度继电器放置位置也应遵循便于巡视原则，如图1所示。

2.9 横置电缆终端出线策略

运输过程中由于车体颠簸，对设备具有一定破坏性，采用电缆终端出线抗震性能较好。电缆终端横置有利于电缆头进行插接，便于设备在车载情况和地面两种运行情况下顺利进行对接，同时可降低电缆出线侧设备高度。

2.10 移动式GIS运输固定减震策略

由于该移动式GIS设备较重，常用运输固定方式不能满足运输及设备操作要求，需采用集装箱挂锁固定方式。为防止设备操作时引起平板车车轮弹跳，利用“立木顶千斤”的原理设置6个支撑装置，并采用电动操纵双速单动、联动的机械式的左右支腿形式。考虑到市中心或山区路段路况较差，为避免因车体颠簸造成设备破坏，特别是易损二次件，平板车考虑气垫减震措施。

3 移动式GIS装配及耐压试验

由于移动式GIS设备紧凑，装配工艺复杂，设备在装配试验过程中需综合考虑场地使用，吊装限制及调度协调等问题。

4 结论

本文基于“内桥”接线方式设计了一种新型110kV移动式GIS，克服了目前国内采用“线变组”设计的移动式GIS可靠性低问题。通过改变传统主母线布置设计理念，采用主母线空间设计方案，并配合汇控柜连体设计以及电缆终端水平出线设计，进一步减小了设备体积，既能满足通用运输条件要求，又能保证足够的移动能力。该项目成功研制填补了国内110kV移动式GIS设备方面的空白，提高公司开关设备的技术水平和知名度，为用户及公司带来良好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]王跃.高压开关设备的特点与发展[J].化学工程與装备，2008（08）：90-91.

[2]李建基.高压断路器及其应用[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]郭贤珊.高压开关设备生产运行实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4]徐艳阳.110kV车载移动式变电站在银川电网应用的可行性研究[J].中国电力教育，2013（33）.

[5]孙国庆.移动式变电站在北京地区应用前景分析[J].电气应用，2009，28（17）.

[6]曲梦泽，徐有宁.移动式变电站之应用[J].水电站机电技术，2014（01）.

[7]陈永亮，单晖，李迎春.移动式箱式变电站的设计及分析[J].电工技术，2013（05）.