一种GIS非全停扩建技术在武汉电网中的应用

李晓晖，余 胜，杨 毅

（1.武汉电力职业技术学院，湖北 武汉 430072；2.武汉供电设计院，湖北 武汉 430032）

0 引言

GIS 组合电器具有占地面积小、可靠性高、免维护、检修周期长等特点，在土地资源越来越稀缺及变电站无人化、智能化的发展背景下，已广泛应用于220 kV及以下电压等级城市电网变电站中。

GIS 由于其自身布局紧凑、集成度较高的结构特点，在后期扩建间隔拼装模块时，往往影响已投运设备甚至需要全站停电，对于部分城市电网影响极大。针对GIS 扩建过程中已投设备的停电施工问题，特别是新扩部分耐压试验过程中对受压部位、操作空间及停电方式问题，厂家已提出不同的解决方案。

本文以110 kV 宝安变电站为例，介绍了一种GIS非全停扩建技术在城市中心变电站中的应用，希望对类似变电站GIS设计提供优化建议。

1 项目背景

110 kV宝安变位于武汉市内大型社区南湖片区中心位置，其供电负荷全部为居民和周边商业用电。该变电站原为户外AIS 变电站，已有3 台容量为50 MVA主变，变比为110/10 kV，110 kV原为单母分段接线，出线现有3回。由于附近武汉地铁5号线张家湾主变电所需要进线电源，本期将宝安变站内110 kV配电装置改造为户内GIS设备，接线改为双母线接线，本期出线4 回，另外留有2 个备用间隔，该工程为配合地铁通车需在2021年11月底前完成送电。而根据电网规划，宝安变短期内需扩建出线间隔，为加强该站可靠性，计划从220 kV鲇鱼套变电站引一回电源，需占用改造后的宝安变备用间隔中的一个，项目计划于2022年实施。

考虑到宝安变在供区内的位置，全站停电状况下的扩建施工几乎不可能得到调度部门的同意，建设部门要求本期配电装置的改造必须考虑扩建间隔时不停电施工的可能性。

2 常规方案问题分析

备用间隔的扩建过程中需考虑停电主要受以下两个要素的影响：新上导电体及气室与已上部分的对接施工；安装完毕后，对新上设备进行现场耐压及老化试验对现有母线和相邻设备的影响。

对于双母线接线形式下GIS 远期备用间隔的设计，在武汉地区一般情况下处理方式是将备用间隔的母线刀闸上齐，备用间隔所在母线部分设计与其他完整间隔没有差别，相邻间隔仅通过1 个盆式绝缘子进行气室阻隔。该方式下气隔示意图、平面布置图及间隔断面图分别如图1～图3所示。

图1 常规方式下气隔图Fig.1 Gas isolation diagram in conventional mode

图2 常规方式下平面布置图Fig.2 Floor plan in conventional mode

图3 常规方式下间隔断面图Fig.3 Section in conventional mode

考虑到宝安变在供区内的位置，全站停电状况下的扩建施工几乎不可能得到调度部门的同意，建设部门要求本期配电装置的改造必须考虑扩建间隔时不停电施工的可能性。

在设备对接施工过程中，要求对接部位的气室降为零（一个标准大气压），相邻气室气压减半。从断面图可以看出，其结构决定了备用间隔扩建部分不具备轮停对接的条件，只能同时与两个母线刀闸所在气室进行拼接，备用间隔母线气室气压需降至零，而其对应母线与前期完整间隔之间并无缓冲气室进行过渡，故拼接时双母线需同时停电。

而在110 kV GIS 的常规交流耐压试验过程中，一般分为“老练试验”和“耐压试验”两个阶段进行，“老练试验”阶段试验电压为72 kV，耐压试验阶段最高试验电压达到184 kV。若母线不停电，前期已上母线侧隔离开关在耐压试验阶段单断口将承受工频（50 Hz）运行电压63.5 kV和变频（100 Hz）试验电压184 kV，将对该断口的绝缘性能带来极大的考验。考虑到上述因素，在《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》中第3.5 条规定：GIS 扩建部分进行耐压试验时，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并采取措施。结合本工程案例如当前期IM 母线停电与扩建母线对接安装完毕后在对母线进行耐压试验时，IM母线上的各个间隔母线侧隔离开关需接地。为避免造成间隔接地故障，IIM母线上各间隔母线侧隔离开关也需断开，所有进出线将停电。

综上，后期间隔扩建时无论在设备拼接阶段还是后期交接耐压试验，宝安变110 kV GIS设备均需全停，根据经验全停时间一般在四天～五天，对周边居民影响巨大，因此有必要对GIS 进行优化设计以满足后期扩建时的不停电施工。

3 GIS气室布局的优化

通过上述分析可知，常规设计的GIS 组合电器由于结构紧凑，缺乏气室的过渡，间隔扩建过程中不可避免地对相邻间隔产生影响而停电。若对GIS母线气室布局进行优化，在整套GIS 设备中设置若干个灵活的过渡模块，实现一定条件下带电模块与扩建模块的有效隔离，GIS 不停电扩建就有可能实现。经过设计院与GIS 厂家反复沟通论证，在扩建间隔与前期完整间隔母线间设置一个由轴向膨胀节和T模块组成的可拆卸导体，通过该过渡导体的转换实现非全停扩建间隔。

改进后宝安变GIS组合电器的气隔图和平面布置图如4、图5。

图4 方案优化后GIS平面布置图Fig.4 GIS layout after scheme optimization

图5 方案优化后GIS平面气隔图Fig.5 Gas isolation diagram after scheme optimization

具体施工步骤如下：

1）母线断口形成阶段：经过双母线轮停，拆除T模块内部的导体，形成一个安全断口，气隔如图6所示；

图6 母线端口形成阶段气隔图Fig.6 Gas isolation diagram of bus port formation stage

2）模块拼接阶段：安装备用间隔扩建模块，此时T模块断口的右侧母线带负荷，左侧人工接地，气隔如图7所示；

3）耐压试验阶段：通过母线隔离开关和拆除T 模块内可拆卸导体形成两个断口，满足耐压试验要求，已上完整间隔可带电运行，气隔同图7所示；

图7 模块拼接及耐压试验阶段气隔图Fig.7 Gas isolation diagram of module splicing and voltage withstand test stage

4）母线导通阶段：上（下）母线停电、下（上）母线投运中，完成上（下）母线的T模块内断口处导体安装；下（上）母线对上（下）母线充电完成对T 模块老练试验，气隔如图8所示。

图8 母线导通阶段气隔图Fig.8 Gas isolation diagram of bus conduction stage

通过上述施工过程的分析可以看出，通过设置轴向膨胀节和T 模块组成的过渡气室，在前期设备与后期扩建间隔母线之间形成缓冲区域，并设置SF6密度继电器、压力释放装置和吸附剂。可拆卸断口可满足前期设备和后期设备分别试验的要求，同时在设备对接拼装过程中也能做到可靠隔离，可满足非全停扩建的要求。

该方案中T模块在扩建间隔做最高试验电压达到184 kV耐压试验时不安装可拆卸导体与相邻正常运行间隔导通，完成上述实验后GIS母线轮停安装，并只进行工频（50 Hz）运行电压63.5 kV 的老练试验，单个导电杆及元器件需在安装之前做耐压试验。

宝安变配电装置改造工程按照上述方案对GIS结构进行优化后，满足了后期GIS 备用间隔扩建时不停电施工的要求。

4 设计中应注意的问题

1）在国家电网有限公司通用设计和通用设备中，110 kV GIS 间隔宽度都要求为1 000 mm，个别合资厂家间隔宽度可以按800 mm设计，而为非全停扩建而增设的过渡模块需在母线间留出1 500 mm～2 000 mm的位置，与通用设计和通用设备不相吻合。目前国网通用设计中GIS 室的布置极为紧凑，若过渡模块设计过多有可能突破典设尺寸，设计院需在平面布置时考虑尺寸增大的情况。

2）在武汉地区GIS 应用双母线接线时，设计院依照国家电网有限公司《十八项电网重大反事故措施》12.2.1.7 条中“如计划扩建出线间隔，应将母线隔离开关、接地开关与就地工作电源一次上全”，机械理解为所有主接线形式下均需将备用间隔中的母线侧刀闸上齐，而从宝安变改造GIS 设置过渡模块化扩建间隔的施工过程可以看出，双母线接线中备用间隔在模块拼接和耐压试验阶段是与带电运行部分完全分隔开的，备用间隔母线刀闸上与不上实质上对扩建过程中停电范围没有影响，可以考虑只上母线过渡气室，母线隔离刀闸完全没有必要上。因此将来遇到类似工程时应转换思路，多加的母线刀闸未必一定就是有利的，一定要具体工程具体分析。

通过上述分析可知，常规设计的GIS 组合电器由于结构紧凑，缺乏气室的过渡，间隔扩建过程中不可避免地对相邻间隔产生影响而停电。若对GIS母线气室布局进行优化，在整套GIS 设备中设置若干个灵活的过渡模块，实现一定条件下带电模块与扩建模块的有效隔离，GIS 非全停扩建就有可能实现。经过设计院与GIS 厂家反复沟通论证，在扩建间隔与前期完整间隔母线间设置一个由轴向膨胀节和T模块组成的可拆卸导体，通过该过渡导体的转换可不停电扩建间隔。

考虑到宝安变在供区内的位置，全站停电状况下的扩建施工几乎不可能得到调度部门的同意，建设部门要求本期配电装置的改造必须考虑扩建间隔时不停电施工的可能性。

5 结语

GIS在双母线接线形式下在前期完整间隔与备用间隔（只上间隔内部分设备）母线之间设置含可拆卸导体的过渡模块，扩建时拆除母线可拆卸导体形成安全断口，满足GIS 模块拼接和耐压试验中非全停施工的要求。设计人员应在工程设计中综合考虑尺寸和客观需要合理设计备用母线刀闸及母线过渡气室，既方便扩建又满足运行的相关要求。