HGIS在户内敞开设备改造工程中的应用研究

潘栋 李丰克 邵昱

摘 要：随着电网建设的不断发展，大量20世纪八九十年代建设的变电站在长期运行后进入故障多发期，维护工作量大幅增加。同时，随着工业制造技术的持续发展及技术的不断创新，很多以前大批使用的设备由于技术的更新换代，已逐渐被淘汰，厂家也已停止生产，零配件的缺失进一步加大了维修难度。因此，为了保证电网运行的安全可靠性，近年来，电力公司加大了对老旧变电站的改造力度。本文结合户内变电站110kV敞开式配电装置改造的实施方案，对老旧变电站改造的配电装置选择进行分析比较，并提出合适的方案。

关键词：变电站改造;户内敞开设备;HGIS组合电器

中图分类号：TM59文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0124-03

Abstract： With the continuous development of power grid construction， a large number of substations built in the 1980s and 1990s have entered a period of frequent failures after long-term operation， and the maintenance workload has increased significantly. At the same time， with the continuous development of industrial manufacturing technology， the technology continues to Innovation， many of the equipment used in the past has been gradually eliminated due to the upgrading of technology， manufacturers have stopped production， the lack of spare parts further increased the difficulty of maintenance. Therefore， in order to ensure the safety and reliability of the power grid operation， the power company has intensified the transformation of the old substation in recent years. This paper combined the real implementation plan of the 110kV open-type power distribution unit transformation of the indoor substation to transform the old substation. The device selection was analyzed and compared， and a suitable solution was proposed.

Keywords： substation renovation;indoor open equipment;HGIS combined electrical appliances

隨着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，城市现代化建设日益推进，城市用电量逐渐增加。特别是在城市人口密集区，负荷密度高，土地资源紧缺，要求变电站容量大，供电半径小，这无疑为变电站用地的选择带来了巨大挑战。笔者在近几年的工程设计中曾屡次遇到变电站用地难以协商或限地建站等问题，有些站址几经协商、变动，导致工程建设耗时耗力，不但对电力事业的发展造成不利影响，而且为社会经济的发展带来阻力。为此，设计作为电力建设的龙头和先行者，将积极协助建设单位做好设计规划，努力解决建站用地困难的问题。设计方案在满足规程规范及功能性要求下，将优化变电站布置，尽量缩减占地面积，促进购地事宜的顺畅开展。本文以实际工程为例，主要介绍城区110kV变电站的优化布置，以供同行交流指导。

1 变电站现状

110kV西沙口变电站投运于1979年，位于市区中心地带，是区域内重要的变电站之一。变电站为半户内布置，主变户外布置，其余配电装置户内布置。110kV配电装置为双母线接线，采用常规敞开式开关设备（AIS），布置于户内一层，断路器型号均为20世纪90年代的产品，型号为LW6-110IC，手车式，液压机构，间隔内隔离利用在间隔墙上焊接钢梁的方式，布置于母线下方，电流互感器为套管式CT，与穿墙套管合二为一。经过多年运行，西沙口变配电装置设备逐渐老化，维护量增大，维修困难。因此，2016年对西沙口110kV配电装置进行了改造[1]。

2 改造方案

2.1 接线方案

国家电网公司要求从2013年起全国各地区设计必须严格采用典型设计方案。国家电网公司典型设计采用模块化设计手段，其目的是提高典型方案的实用性和灵活性。在实际工程中，有些与典型设计方案不完全相同，根据工程实际情况，往往是从不同的典型方案中选取基本模块进行拼接组合。河南省电力公司以《国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册》为依据，结合河南省电力公司实际情况，编制了《国网河南省电力公司220、110kV变电站建设常用设计方案》，要求在河南省电力公司110kV变电站建设中全面采用常用设计方案，因此，设计时，首先应考虑采用常用设计。

经过可行性研究分析以及初步设计，西沙口变电站110kV配电装置出线共4回，均为重要回路，因此，改造方案不改变其主接线形式，仅对其设备进行改造。

2.2 设备选型

根据绝缘形式，可将目前常用的高压配电装置分为以下三种类型。

①常规敞开式开关设备（AIS），以瓷套作为设备外壳及外绝缘，其优点是优化投资成本，缺点是占地面积大，且设备外露部件多，易受气候环境条件的影响，不利于系统的安全及可靠运行[2]。

②气体绝缘组合电器设备（GIS），把母线、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器都组合在一起的全封闭配电装置。其优点在于占地面积小、可靠性高、安全性强、维护工作量小，其主要部件的维修间隔不少于20年。缺点是造价较高，故障后短时间内难难修复，扩建困难[3]。

③HGIS。HGIS是一种介于GIS和AIS之间的电气设备，其结构与GIS基本相同，但不包括母线设备，每间隔由单串或由不完成串组建而成。其优点是母线不装于SF6气室，是外露型，接线清晰、简洁、紧凑，安装及维护方便，扩建方便、灵活，运行可靠性高[4]。

AIS设备的主要优点是造价低，可轮流停电进行施工，但可靠性及安全性较低;GIS设备的主要优点是可靠性及安全性高，但施工将造成全站停电，影响较大，且造价高;HGIS设备的主要优点是可靠性及安全性高，可轮流停电进行施工，造价介于AIS和GIS之间。

根据对比结果，从经济性、施工便利性、安全可靠性等多个方面综合考虑，又经过计算，本站原有110kV配电装置母线满足目前运行要求，不需要更换，因此本工程最终选用HGIS配电装置方案，安全可靠性高，可轮流停电进行施工，后期维护方便，且造价适中[5]。

3 户内HGIS配电装置平面布置及施工

将HGIS布置在原配电装置间的最大难点在于尺寸的限制。施工设计过程中考虑了各个方面可能存在的问题，且全面考虑了设备的放置，最大程度上避免了施工过程中可能出现的问题。

3.1 平面布置

户内110kV配电装置AIS布置，受空间限制，横向间隔宽度通常设置为6～6.5m，并且在竖向上有不同的方案设计，以达到节省空间的目的，因此间隔的实际长度和宽度都比户外配电装置要小得多。本文中作为案例的西沙口站横向间隔宽度为6 000mm，竖向间隔宽度为6 370mm，运输及巡视通道约6 130mm[6]。

经过核实，除去墙体厚度，在横向宽度上，110kV HGIS设备放入间隔内以后，其带电部分对墙体的净距约为1 050mm，同时考虑导线安装后的弯曲度，仍可以满足规程规定的对地距离。而在竖向上，HGIS的长度大于墙体长度，此时两个相邻间隔的HGIS设备带电部分的距离约为2 100mm。而根据相关规程规定，室内110kV配电装置平行的不同时停电检修的无遮拦裸导体之间的最小电气安全净距为2 650mm，而2 100mm的距离不能满足规程规定。

为解决安全距离的问题，施工时采取了延长间隔墙的方式。这样，每个间隔内的设备带电部分对墙体的距离为1 050mm，可以满足110kV屋内配电装置带电部分至接地部分之间的最小净距850mm。同时，由于配电间内通道宽敞，延长间隔墙后对运输通道没有影响[7]。

3.2 HGIS设备与母线的连接

西沙口变电站采用双母线接线，一条母线布置于设备上方，接线较方便，另一条母线距离设备较远，接线不便，且母线布置较高，与设备之间连接距离长，原方案将两条母線隔离开关采用钢梁架空放置于母线下方，既便于接线，同时起到了支撑导线的作用。本期改造后，原有的设备均被拆除，HGIS设备布置于上方母线的下面，与另一条母线距离较远，高度高，距离远，无法直接连接[8]。

为解决这一问题，设计时在原有母线隔离开关的位置设置支柱绝缘子，同时考虑导线的硬度，为便于安装，支柱绝缘子采用45°倾斜安装。而对于PT间隔，支柱绝缘子则采取多种安装方式。

4 结论

在城区变电站建设用地越来越困难的情况下，设计优化布置是必要的，本文通过工程实例，对城区110kV变电站进行了优化布置。与典型设计方案相比，可减少占地23.5%，促进购地事宜的顺畅，同时也减少土建费用。H-GIS的优势主要包括以下几方面。

①MTS开关设备完全解决了户外隔离开关运行可靠性问题。同时，由于各元件组合，大大减少了对地绝缘套管和支柱数（仅为常规设备的30%～50%）。此外，也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率，有助于提高运行的可靠性。

②由于元件组合，缩短了设备间接线距离，节省了各设备的布置尺寸。相对于传统的AIS，大大缩小了高压设备纵向布置尺寸，减少占地面积达40%～60%。

③由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现场施工安装的方式，现场施工安装更为简单、方便。同时，减少了变电站支架、钢材需用量。又由于基础小，工程量少，混凝土用量少，大大减少了基础工作和费用开支。

④由于MTS模块化，非常灵活，特别适用于老式变电站的改造。MTS减少了老变电站升级改造的施工难度和投资规模，同时提高了可靠性。

通过对实施过程进行分析可知，户内AIS设备改造为HGIS的实施较为复杂，在老旧设备型号停产、户内场地受限的情况下，通常不能更换相同类型的设备，而整个配电装置的改造施工周期长，停电影响较大。在这种情况下，HGIS设备是较好的选择。HGIS设备可以分间隔进行施工，轮流停电，停电影响较小，且基础施工简单，如有场地还可进行扩建，不同间隔可选择不同厂家产品，不受厂家限制。

参考文献：

[1]胡晶晶.500kVHGIS断路器原理和运行维护的探讨[J].硅谷，2009（19）：24.

[2]张杰，黄萍，徐迪，等.500kV HGIS的电气主接线优化设计[J].山东电力技术，2007（1）：65-67.

[3]刘红太，丁凯.500kV HGIS变电站的现场安装调试[J].高电压技术，2007（4）：180-182.

[4]黄伟雄.500kV HGIS操作机构的缺陷处理[J].广东输电与变电技术，2006（1）：22-25.

[5]傅旭华.组合式高压电器（HGIS）的特点浅析[J].浙江电力，2006（3）：68-69，79.

[6]吴东升，陈冬霞.500kV HGIS运行操作和维护[J].东北电力技术，2006（10）：48-50.

[7]林惊涛，杨晓俊，庄凌凌.500kV HGIS的特点及应用[J].云南电业，2006（10）：33-34.

[8]包红旗，刘静.HGIS组合电器技术的应用[J].吉林电力，2005（6）：10-12.