内陆核电500 kV配电装置型式比选

黄开长，孙文波，张乐群

（浙江省电力设计院，杭州 310012）

内陆核电500 kV配电装置型式比选

黄开长，孙文波，张乐群

（浙江省电力设计院，杭州 310012）

根据浙江省西部某核电项目的工程实际情况，对500 kV配电装置的多种型式，如空气绝缘敞开式配电装置（AIS）、SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）和混合式配电装置（H-GIS）等，从技术、经济等方面进行详细的分析比较，并综合考虑核电厂的可靠性、安全性等因素，推荐500 kV GIS作为内陆核电的配电装置选型方案。

核电厂；内陆；500 kV配电装置；选型

500 kV配电装置是发电和输电的连接枢纽，采用不同的500 kV配电装置型式，其技术经济差异较大。目前，国内在役核电厂均建设在滨海地区，高压配电装置均选用了SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS），GIS配电装置占地面积小，可靠性高，但初投资大。对于内陆核电厂，究竟采用哪种型式的配电装置，目前争议较多。电力规划设计总院在核电项目设计审查时，多要求对此进行专题论证。

高压配电装置的选型方案，就常规火电厂和变电所而言，主要有空气绝缘敞开式配电装置、SF6气体绝缘组合电器和混合式配电装置等型式，各方案根据项目的具体工程条件各有优劣，均具有丰富的运行业绩。

1 内陆核电厂配电装置特点

内陆核电厂不同于滨海核电厂，运行环境相对较好，基本不存在盐雾污秽、台风等海洋气候因素对高压配电装置的影响。

由于水源条件、温排水对环境及取水影响等因素，内陆核电厂通常采用循环供水系统，冷却塔是循环供水核电厂的重要冷却设施。按照国家统一核电技术路线的要求，内陆核电厂采用第三代AP1000技术，根据AP1000机组特点及其配套辅助设施生产工艺流程的要求，结合厂址条件及厂区总体规划，总平面布置一般按核岛、常规岛、循环供水设施、高压配电装置等顺序布置。

由于循环供水系统特别是冷却塔占地面积极大，而主变压器通常布置于常规岛汽机房一端，升压后的500 kV输电线路将穿越冷却塔、水泵房等循环供水设施后接入高压配电装置。

《核电厂可行性研究报告内容深度规定》第4.4.5部分明确指出：目前国内沿海核电厂高压配电装置均采用防护性能较好的室内式GIS，对于内陆核电厂，应根据厂址污秽等级、场地条件及厂区总平面规划，经技术经济论证确定高压配电装置的选型。

浙江省某核电项目处浙江西部的金衢盆地西南缘，系统规划容量按4台百万千瓦级压水堆核电机组考虑，一次规划布置，分期建设；机组采用发电机—变压器组单元接线，以500 kV电压等级接入系统；500 kV配电装置采用一个半断路器接线方式，出线回路为3回。

根据内陆核电厂的总平面布置特点，其500 kV配电装置按照电气设备的集成度不同，有以下几种型式可供选择。

2 500 kV配电装置选型方案

2.1 空气绝缘敞开式配电装置（AIS）

500 kV空气绝缘敞开式配电装置采用罐式断路器配套管式电流互感器，或瓷柱式断路器配独立式电流互感器，母线采用悬挂式软母线或管形母线，母线及串间隔离开关采用独立式隔离开关。布置型式有多种方案，根据断路器的布 置主要可分为三列式、平环式和品字型等。500 kV AIS设备在国内外已有丰富的制造及运行经验，国内开关厂均可生产。

从理论上讲，也可在室内布置500 kV配电装置，但由于500 kV电气设备电压等级高、体积大，采用室内配电装置技术难度大、造价高，尚无设计运行先例，故通常不考虑500 kV室内敞开式配电装置方案。

2.2 SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）

SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）由断路器、母线、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、出线套管或电缆终端等电气元件组合而成，这些元件封闭在外壳接地的金属容器内，可做成不同连接型式的独立式标准结构，以适应主接线的要求。

目前，GIS在欧美和日本的应用已十分广泛。在我国，随着设备价格下降和土地价格的上涨，以及电力市场厂网分开后对供电企业运行安全可靠性要求的日益提高，GIS的应用也越来越广泛。比如，在浙江、广东等地区的发电厂中，500 kV配电装置已经广泛采用GIS。

GIS配电装置按布置场所也可分为室内式和室外式两种。与室内式GIS相比，室外式的进出线套管与本体的纵向距离可以缩短，节省了部分分支母线，同时少建一幢配电装置室，土建投资也比室内GIS低，但室外GIS的防护等级要求高于室内GIS，就GIS本体而言，室外产品比室内式产品稍贵；而且，GIS设备采用室内式布置，可减少环境对设备的腐蚀，减少设备内产生水分的机会，避免灰尘和其它杂质侵入设备，通过室内温度和湿度控制，可使GIS设备处于良好的运行状态。

鉴于以上分析，在此仅将室内GIS布置方式列为选型比较对象。

2.3 混合式配电装置（H-GIS）

混合式配电装置，即高压母线为裸露、空气绝缘，其他高压电器采用SF6气体绝缘，简称为H-GIS。它是以气体绝缘断路器为基础，把隔离开关、接地开关、电流互感器等电气元件集中在气体绝缘断路器单元内。用户可以按不同的主接线方案和平面布置要求，拼接成SF6绝缘组合式电器和裸露母线混合的配电装置。

H-GIS配电装置的占地面积、可靠性均居于AIS和GIS之间，根据不同的生产厂家，造价比GIS略低或相当。H-GIS的最大优点是采用了高架出线与母线重叠布置方案，推出了可向4个方向出线的高压配电装置，使500 kV出线更为灵活，特别适合于进出线较多的变电所，而核电厂出线有限。

H-GIS在日本较早得到应用，运行业绩较多，但由于日本地价昂贵，更多还是采用GIS。据某H-GIS制造厂家提供的业绩表明，近几年H-GIS在中国的应用迅速发展，但主要应用于变电所，发电厂使用较少。

3 技术比较

考虑到H-GIS在发电厂中少有使用业绩，其裸露的高压母线和连接导线以及室外布置方式，使其可靠性和安全性都不如GIS。根据该核电项目的总平面布置特点，综合考虑核电厂的安全可靠性因素，对AIS和GIS两种方案作技术比较如下。

3.1 AIS方案的布置及其优缺点

500 kV配电装置采用室外敞开式布置，发变组单元经主变压器升压后采用同杆双回路架空导线接入升压站，500 kV配电装置布置在主厂房和冷却塔的西北侧。

AIS方案的主要优点是：设备布置清晰，串间设检修维护通道，日常运行维护和事故检修比较便利；设备一次性投资较低，不需建筑房屋，土建投资较省。但该方案的缺点也很明显，比如结构不紧凑、占地面积较大、运行人员巡视范围较大、管理不方便等；敞开式布置容易造成灰尘等导电污秽物沉积，对配电装置的安全运行构成严重隐患，往往还需采用防护措施，如加RTV涂料等，定期维护清洗较多、工作量和运行费用较大；国内敞开式配电装置的运行经验表明，太阳辐射对导体和电气设备产生的附加温升不可忽略[1]，特别是户外隔离开关在没有达到额定电流的情况下也会出现触头熔焊现象，严重影响核电厂的安全生产。同时，静电感应、电晕及无线电干扰和噪声等问题比较严重。

另外，如果考虑分期建设，初期工程两进两出构成两个完整串，需要额外增加过渡间隔，使土建构架较多，且增加了占地面积。

3.2 GIS方案的布置及优缺点

GIS方案即500 kV配电装置采用室内气体绝缘全封闭组合电器，发变组单元经主变压器升压后采用气体绝缘输电导线接入升压站；由于GIS配电装置结构紧凑，占地面积小，采用该方案可以考虑利用主厂房和冷却塔之间的空地布置500 kV配电装置。

该方案的主要优点是：SF6的绝缘强度高，使GIS设备体积较AIS大幅缩小，大大压缩了配电装置占地面积，节省了土建开挖和回填费用，所需控制电缆也大为减少。GIS暴露的外绝缘少，受环境影响小，运行可靠性高；其断路器的开断能力强，触头烧伤轻微，故 GIS设备的故障率低、维修周期长；外壳屏蔽接地，没有触电危险，静电感应、电晕及无线电干扰和噪声水平低；GIS设备重心低，脆性元件少，抗震性能好，这一点在核电厂中非常重要；并且GIS设备各个元件的通用性强，采用积木式结构，与常规配电装置比，现场的安装工作量少80%左右[2]，因此安装周期短，施工费用较省。

另外，GIS可以实现内部元件之间的电气联锁，其控制和保护回路功能更齐全可靠，大大减少误操作的可能性。国内、外已有大量的良好运行经验。理论分析和实际运行经验均表明，GIS方案的可用系数、强迫停运率、计划停运时间等可靠性指标[3]均优于AIS方案。

该方案的缺点是：设备综合造价高，工程初期投资大，而且设计、制造、施工等方面的技术要求较高。

4 经济比较

以500 kV配电装置远景建设规模为4回进线3回出线，即3个完整串、1个不完整串，共11台断路器为例，两种方案的经济比较见表1。

表1 两种方案经济比较万元

两方案的总投资相差5 148万元，即500 kV AIS和GIS的总体投资比例大致为0.64∶1，但随着技术的发展，预计将来GIS设备价格下降空间较大，AIS和GIS的差价缩小，投资比例将会有所接近。另外，此差价也未计入设备检修维护、事故损失等费用。

如果考虑设备的全寿命周期费用[3]，包括装置费用、预防性维护费用、修理费用、运行费用、故障停用费用及系统停用费用等，按工程规划装机容量4×1 250 MW，初步估算单台发电机组因设备故障停运造成的售电损失约为1 000万元/天。在60年的机组寿命期内，因设备故障的累计单台停运时间如超过6天，即已超过AIS方案所节省的初投资费用。

根据以上技术经济分析比较，经济方面，GIS方案可比AIS方案减少征地面积近80亩；AIS方案比GIS方案投资少5 148万元，但考虑到核电厂对设备的安全可靠性要求更高，以及60年机组寿命期中设备的检修维护费用、事故损失费用等，从全寿命周期费用来看，采用GIS方案在经济上更合理。技术方面，GIS可靠性非常高，技术性能更佳，AIS为室外敞开式布置，其可靠性和安全性都远不如GIS，且需要定时清扫以减少污秽的影响；AIS方案的配电装置及网控楼布置在冷却塔外侧，远离主厂房，运行维护和管理等方面都远不如GIS方案方便；且GIS方案的高压配电装置、网控楼和主厂房同在冷却塔一侧，避免了配电装置与主厂房总有一者布置于冷却塔、冬季常处于下风侧的不利情况。

5 结语

随着能源日益短缺和环境污染日益严重，核电厂作为清洁的新能源终将替代常规燃煤电厂成为电力系统的主力电源，其安全可靠运行对于电力系统的稳定性意义重大。根据安全可靠、技术先进、维护方便、节约用地的原则，并综合考虑以上因素，内陆核电500 kV配电装置宜首推GIS方案，而AIS方案可作为备选方案。

[1]GB/T 5352－2006高压配电装置设计技术规程[S]．北京∶中国电力出版社．2007

[2]电力可靠性管理中心．2008年220 kV及以上电压等级变压器、断路器、架空线路等13类输变电设施的运行可靠性指标[EB/OL]．[2009－05－27]．http∶//www．chinaer．org．

[3]G．SCHOEFFNER,T．NEUMANN．气体绝缘管道输电线和气体绝缘组合电器在电厂中的应用[J]．电力建设, 2004,25（6）∶4－7．

（本文编辑：杨 勇）

Comparison and Selection of 500 kV Switchgear for Nuclear Power Plant in Inland

HUANG Kai-chang，SUN Wen-bo，ZHANG Le-qun

（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

According to the practical situations of a nuclear power plant in western Zhejiang province，this paper presents a detailed analysis and comparison of technology，economy etc.for a variety of 500 kV switchgears such as air insulated switchgear（AIS），SF6gas insulated switchgear（GIS）and hybrid gas insulated switchgear(H-GIS).And in view of such factors as reliability and safety of the nuclear power plant，500 kV GIS is recommended for nuclear power plantin inland.

nuclear power plant；inland；500 kV switchgear；type selection

TM642+.1

：B

：1007-1881（2010）10-0021-03

2010-02-24

黄开长(1977-)，男，浙江温州人，工程师，硕士研究生，从事发电厂电气设计工作。