万家口子水电站SF6全封闭组合电器设计体会

杨春华

万家口子水电站
SF6全封闭组合电器设计体会

杨春华

（吉林省水利水电勘测设计研究院 吉林长春 130021）

根据万家口子水电站的地理环境状况，220kV升压站的电气设备采用SF6全封闭组合电器(GIS)，本文就电气高压配电装置型式及电气设备布置进行论述，为其它工程设计提供参考。

水电站 升压站 SF6全封闭组合电器(GIS) 高压配电装置型式 电气设备布置

1 概述

万家口子水电站位于云南省宣威市及贵州省六盘水市境内北盘江支流革香河上，为两省交汇地界。水电站为引水式电站，厂房布置在坝后岸边。装设两台机组，单机容量90MW，总装机容量为180MW，机端电压为13.8kV，功率因数为0.85。根据云南电网公司计划发展部所作《云南省万家口子水电站接入系统报告》审查批复意见：万家口子水电站接入系统电压等级为220kV，以1回220kV送线线路接入平川220kV变电所，线路长度为34km，导线截面为400mm2。

万家口子水电站发电机电压侧采用发电机-变压组器单元接线，每1台90000kW机组配1台120000kVA变压器。升高电压侧采用单母线接线，主变压器进线间隔2回,电压互感器间隔1回，220KV线路出线间隔1回。

2 220kV升压站配电装置型式

万家口子水电站地处滇黔交界山区，海拔1308.9米，厂房位于拱坝下游高中山斜坡上（见图1），设备布置场地特别狭窄，由于基础座于弱风化白云岩层上，土建施工开挖困难。现对220kV升压站进行了户外敞开式布置方案和户内全封闭组合电器(GIS)布置方案的技术经济比较。

采用全封闭组合电器设备占用面积和空间少，可减少石方开挖量。户外敞开式布置方案的升压站占地面积40m×60m，石方开挖量约12万m3。而户内GIS重叠布置在厂房上游侧主变压器室之上，只占空间，不占面积。投资比较见表1。

表1 户外升压站中式布置与户内GIS布置比较表

从投资比较看，GIS设备投资虽然大于户外升压站常规布置方案，但土建投资和综合投资少于户外升压站方案。

全封闭组合电器施工周期短，GIS设备元件通用性高，在制造厂安装组成再运输单元，并已调试合格。当抵达现场后，对运输单元进行少量的安装、调整、试验后进行整体拼装，即可投入运行，现场的安装工作量大大降低，从而节省施工费用。

由于全封闭组合电器设备技术成熟，工艺先进，电气设备密封于金属外壳内，设备外绝缘不受外界污秽环境影响，使用SF6气体作为绝缘介质，其灭弧性能、绝缘性能优于空气，断路器的开断能力高，所以GIS设备的故障率较低，维护周期长，年运行费用及故障损失费用约为户外升压站的50%左右。

GIS设备是全封闭式的，导电部分在外壳以内，与外界不接触，被充以SF6气体包围，动热稳定性好。避免溢流坝泄洪时产生的雾化对升压站电气设备安全运行带来的影响。也不受高海拔、潮湿环境的影响。

全封闭组合电器设备的导电部分均被外壳所屏蔽，设备接地良好，其导体所产生的电磁干扰、辐射噪音都被外壳屏蔽。固定导体的盘式绝缘子把设备分隔在不同气体中，设备之间也互不影响，故此GIS装置不会对电气二次设备、通讯设备进行干扰，也不会发生运行人员触电危险。

图1 电气设备布置剖面图

全封闭组合电器高度和重心低，瓷套管等脆性元件很少，具有较好的抗震性。

全封闭组合电器方案使得主变压器、开关站与主副厂房之间布置紧凑，相对位置变得更加合理，极大地减少了电力电缆和控制电缆的需用量，减少了电路的电能及电压损耗，便于实现自动化和电站的运行管理。

经综合比较论证，由于万家口子电站建在山区，空间狭小，开挖困难，采用全封闭组合电器方案整体投资和运行费用低，设备运行安全可靠，运行维护工作量小，因此该电站升压站采用屋内SF6全封闭组合电器(GIS)方案。

3 SF6全封闭组合电器(GIS)的电气设备布置

万家口子水电站设计为户内式GIS楼，在主变压器室顶上。全封闭组合电器（GIS）设备通过SF6/油套管与主变连接。在GIS楼顶层，布置220KV出线场，通过SF6/空气套管与送出设备连接。

GIS楼内面积为32m×11.26m（长×宽），比较狭窄，因此断路器采用垂直布置，安装在侧面底座上，母线采用三相共体型式，长20m，占地面积小。

GIS的维护通为1m，满足搬运试验设备和气体回收小车的需要。

GIS室内考虑防SF6泄漏措施，屋内设置排气设施，注意防腐通风，防止SF6气体泄漏或经电弧作用分解的有害气体对人身影响。

考虑母线的热伸缩和基础的不均匀下沉，为消除温度应力的影响，在适当位置安装必要的伸缩接头。

由于GIS设备较重，断路器合闸时冲击力较大，故要求地基无不均匀沉陷，地面水平误差不超过±5mm。

因宣威地区在冬季环境温度低于-20°C，为防止SF6气体低温液化，设置电阻加温装置。

电工建筑物、构筑物布置首先要满足电气主接线的要求，为安全生产、方便管理创造条件。根据机组的布置特点, 并按照机电设备运行维护方便，主、副厂房电气设备与主变压器室、GIS设备室等位置相对合理的原则进行布置。结合地形地质，在保证安全间距的条件下减少开挖，力争做到布置紧凑合理，节约用地。

4 参数选择

（1）基本技术参数

最高工作电压：252kV

额定电压：220kV

额定电流：3150A

母线额定电流：3150A

4s热稳定电流：50kA

极限通过电流：125kA

额定关合电流：125kA

20ºC时额定SF6气压：

断路器室：0.65Mpa

其余气室：0.3Mpa

（2）全封闭组合电器绝缘水平

额定1min工频耐受电压（有效值）：

相间，相对地：460kV

断口间：460+145kV

额定雷电冲击耐受电压（峰值）：

相间，相对地：1050kV

断口间：1050+200kV

局部放电：每个浇注绝缘子放电量 相-地不大于10KV

5 结束语

由于地理环境条件的限制，要求万家口子水电站枢纽总体布置紧凑，尽量减少开挖，设计人员要精心设计，结合电气主接线的确定，220kV升压站电气设备的方案选择和电站电气设备布置要综合考虑多方面因素。SF6全封闭组合电器(GIS)可靠性高，运行维护量小，占用面积和空间小，环境保护好。该电站设计已通过云南电网公司计划发展部的审查，现在进入施工设计阶段。

1. 卓乐友.《电力工程电气设计200例》.北京:中国电力出版社.2004年

2. 西北电力设计院编.《电力工程电气设计手册》.北京:中国电力出版社.1989年.

3. 水电站机电设计手册编写组.《水电站机电设计手册》（电气一次）.北京:水利电力出版社.1982.

4. 万千云,梁惠盈,齐立新.等.《电力系统运行实用技术问答》（第二版）.北京:中国电力出版社.2005.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.024

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1672-2469（2014）01-0072-03

杨春华（1967年—），男，高级工程师。