国内某水电厂220 kV GIS设备改造

公栋梁 赵兴凯 王杰

摘 要： 国内某水电厂220 kV GIS接近设计使用寿命，可靠性无法保证。220 kV GIS改造项目是一个大型的拆除、安装项目，由于GIS的架空线、GIS室的现场土建部分结构、后台电缆等需利旧，在进行改造设计及安装时存在较多难点。从改造方案的选择及施工中的难点分析、处理等方面进行了阐述，从而保证安全、高效、高质地完成工程施工，为此类GIS组合电器整站改造项目的拆除和安装提供了良好的借鉴。

关键词： GIS设备 水电厂 电力 升压站

中图分类号： TM73文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）01-0027-03

国内某水力发电厂220 kV GIS设备是国产首批投入使用的220 kV GIS设备，于1987年出厂，1990年投运，已运行近30年，接近设计使用寿命，设备的可靠性无法保证。存在主要问题为设备老化趋势明显，故障率较高：近年来相继发生母线导体触指连接处电阻超标，运行温升高，导致绝缘损坏；刀闸操作机构卡涩；SF6气体渗漏等故障，存在较大安全隐患和较高运行风险。为了保证电厂的安全生产，经过专家评估，决定对原220 kV GIS进行整体换型改造。

1 设备现状

该水力发电厂升压站220 kV侧共有4回主变进线、5回出线，GIS户内布置。主变布置在下游副厂房一层；GIS设备布置在下游副厂房二层；出线套管布置在下游副厂房楼顶。220 kV GIS为三相全分箱结构，共12个间隔，其中出线间隔5个，分别为211线、212线、213线、214和215线，前4回均为架空出线，215线为电缆终端出线；进线间隔4个，分别为#2～5主变出线；母联间隔1个；母线PT间隔2个。

2 运行方式改造要求

该水电厂接入系统现况为220 kV、110 kV两级电压等级接入，#3～5机组以 220 kV电压等级接入，出线5回；#2机组以220 kV、110 kV电压等级接入，与#1、#3～ 5机组共用220 kV、110 kV母线。

根据电网对该水力发电厂运行方式要求（升压站220 kV母线分列运行，#2～4机组通过220 kV 211线、212线和215线送A市电网；#5机组通过220 kV 213线、214线送电B市电网），结合该发电厂现有场地等外部因素，推荐220 kV电气主接线采用双母线接线（#2～ 4机组）+单母线接线方式（#5机组）。

3 改造实施方案

3.1 改造原则

本工程是在二层原220 kV GIS设备布置范围内进行改造，220 kV GIS母线改为三相共箱结构，尽量充分利用现有的埋件、电缆通道，在现有间隔位置进行设备布置。

将220 kV母线分为完全独立的两段，#2、3、4主变及3回出线（211线、212线、215线）采用双母线运行，#5主变及2回出线（213线、214线）采用单母线运行。其中220 kV 4回主变进线、4回出线（211线、212线、213线、214线）采用SF6套管与架空线连接；215线采用电缆与GIS设备连接。

为了充分利用控制电缆，尽量在原就地汇控柜位置上布置新的就地汇控柜[1]。

3.2 实施方案

现有的220 kV GIS设备分两期建设，在一期和二期的主母线连接处留有可拆导体，连接气室安装在I母设间隔、Ⅱ母设间隔与#4主变间隔之间。安装时需从该连接处断开，分两个阶段实施。

第一阶段：220 kV GIS设备轮停，拆除一期与二期连接导体，断开一期、二期的电气连接（包括一次、二次设备）；恢复#2主变、#3主变、211线、212线、母联及I母设、Ⅱ母设的正常运行。拆除#4主变间隔、#5主变间隔、213线间隔、214线间隔、215线间隔；单母线接线设备（#5主变间隔、213线间隔、214线间隔、Ⅲ母设间隔）完成安装、调试及交接试验等工作，投入运行。第一阶段拆除范围示意图如图1所示，单母段平面布置图如图2所示。

第二阶段：#2主变、#3主变、211线、212线、母联及I母设、Ⅱ母设停电并拆除。安装#2主变间隔、#3主变间隔、#4主变间隔、211线间隔、212线间隔、215线间隔、母联间隔、I母设间隔、Ⅱ母设间隔及其母线，完成调试及交接试验等工作，投入运行。第二阶段拆除范围示意图见图3。

4 改造施工难点分析与处理

4.1 吊物孔无法满足要求

难点描述：本期改造采用的220 kV GIS母线为整间隔共底架布置，集成度较高，尺寸为高3 000 mm左右、宽2 100 mm左右、长8 000 mm左右。现有吊物孔尺寸为1 500 mm×5 000 mm，无法满足要求，解决措施如下。

（1）根据原结构布置图，吊物孔在宽度方向邻近的框架梁净距约3 450 mm，原结构在吊物孔与框架梁之间在宽度方向设置悬挑楼板，为自受力构件，故吊物孔宽度方向扩孔至2 900 mm可行，但吊物孔长度无法改变。

（2）本期改造设备常规设计为控制柜与GIS本体共底架，整间隔长度8 m左右，为匹配现场吊物孔尺寸，将控制柜与GIS本体设计分离，可缩短整间隔长度至4.5 m。

4.2 室内行车无法满足要求

难点描述：本期改造采用的220 kV GIS母线为整间隔共底架布置，集成度较高，单间隔重量为8～10 t。现有行车吊装重量为5 t，无法满足要求。

解决措施如下。

将5 t行车更换为12 t行车，对厂房行车牛腿、行车梁进行加固设计。

牛腿加固方案：根据设定参数的计算结果，行车调整后，牛腿尺寸及配筋满足计算要求，仍需提高牛腿的耐久性，因此对原牛腿进行粘贴碳纤维布加固处理[2]。

行车梁加固方案：根据设定参数的计算结果，在保证吊装重量≤12 t的前提下，需要对原混凝土行车梁进行加固，考虑到现有机梁底部存在混凝土支柱，故对原混凝土机梁进行增大截面加固处理[3]。

4.3 原设备基础无法完全满足新设备安装要求

难点描述：在运设备与本期改造安装新设备尺寸、结构差异较大，虽设备制造单位在进行生产制造时充分考虑借用现场基础，但现场基础并不能完全满足安装要求，解决措施如下。

本工程改造是96.2 m层220 kV GIS室设备改造，将220 kV GIS母线改成母线三相共箱结构，整体设备荷载基本无变化，故整体结构受荷与原结构基本一致，结构整体无需加固[4]。在局部需增加楼板埋件受力点处，通过植筋的方式增加楼板埋件，并根据受力点的大小在必要时通过在楼板下增设钢梁或纤维布的方式进行楼板的局部加固[5]。

5 改造结果

本期改造的252 kV GIS为当今电力行业主流产品，性能可靠、技术处于国内领先水平，可大大减少运检人员检修、维护工作量。该套设备结构紧凑，高度、体积较原设备大大降低，减少了设备巡视人员的登高作业次数，提高巡视效率的同时降低了人身安全隐患。

6 结语

220 kV GIS改造项目是一个大型的拆除、安装项目，由于GIS的架空线、GIS 室的现场土建部分结构、后台电缆等需利旧，在进行改造设计及安装时存在较多难点。同时，该水电厂承担着当地及周边地区供电的重要责任，停电改造是不可能的。

业主及施工单位根据现场实际情况，进行充分的难度预想、方案准备，采取不间断供电改造的方案，创新管理和施工方案，实现在改造过程中，利用旧系统的设备继续对负荷进行供电，有利于保障所辖地区供电的连续和可靠性。因此，水电厂的不间断供电改造方案的研究具有重大的研究价值，而且对于推广和积累变电站不间断供电改造工程经验也具有十分重大而深远的意义。

参考文献

[1]王俊强，白海滨.变电站110 kV GIS的更新改造[J].电世界，2023，64（1）：12-16.

[2]吴浚源.碳纤维布加固技术在国外水电站厂房混凝土结构吊车梁的应用[J].散装水泥，2021（5）：75-77，83.

[3]马云龙，王秀丽.大跨钢结构厂房顶升的加固设计研究[J].工业建筑，2021，51（11）：205-210.

[4]马龙，牛芙蓉，赵朋飞.某水闸工程植筋技术的应用[J].陕西水利，2023（8）：150-152.

[5]白海斌，安娜.110 kV GIS开关组合电器改造经验[J].设备管理与维修，2020（19）：71-73.