110kV 变电站改造中110kV 母线采用GIS 设备分段分析

李　欢（来宾市兴源电力设计有限公司，广西 来宾 546100）



110kV 变电站改造中110kV 母线采用GIS 设备分段分析

李欢（来宾市兴源电力设计有限公司，广西 来宾 546100）

针对投运时间较长、110kV母线为单母线接线方式，且站内没有预留110kV分段间隔和母线PT间隔的扩建场地的变电站，进行110kV母线由单母线改造为分段母线，宜采用GIS设备。

110kV变电站；分段；GIS设备

1　概述

针对投运时间较长的B类供电区域内变压站，将110kV母线由单母线改造为分段母线，是近年各地区电力网架完善工作的重点。由于历史原因，考虑建站时经济及电力网架需要，大部分110kV变电站在投运初期均确定为110kV单母线接线方式。虽然满足了N-1安全准则，但当任一元件（母线或母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。根据新颁布实施的南方电网 《电力事故 （事件）调查规程 （试行）》，如110kV变电站发生全站非计划停电，将被定性为二级电网事件。以2003年投运的某110kV变电站为例，站内110kV母线运行方式及现场情况主要存在如下问题：

（1）110kV为单母线接线方式，操作灵活性低且运行可靠性不高；

（2）单母线接线方式无法适应未来出线回路数增长的安全运行的要求；

（3）站内没有预留110kV分段间隔和母线PT间隔的扩建场地。

该变电站投运时间较长，作为担负县城城区及周边多处乡镇地区供电任务的唯一110kV变电站，供电受众约109万余人。一旦发生110kV母线或母线所接设备故障，即可能造成全站失电，将产生了恶劣的社会影响。为了提高供电可靠性及操作灵活性，保证电网安全运行，缩小110kV母线设备故障时停电范围及操作次数，保障持续供电的产能，需要对该站进行110kV母线技术改造，同时由于该站原有110kV配电装置布置很紧凑，没有预留110kV分段间隔和母线PT间隔的扩建场地，需结合站内地型采用户外GIS设备。

2　项目建设规模

某110kV变电站110kV母线由单母线改为分段母线，设备选用气体绝缘金属全封闭开关设备。

将110kV母线开断，由单母线接线方式改为单母线分段接线方式，新增户外GIS间隔两个：110kV分段间隔1个；110kVⅡ段母线PT间隔1个。

3　项目实施主要内容

3.1项目概述

县城境内只有一个110kV变电站负担县城城区及周边乡镇的供电，该站110kV母线为单母线接线方式。不能分裂运行，110kV部分运行方式不灵活，母线或母线侧隔离开关部分发生故障时，将造成110kV母线失压，母线或任一母线侧隔离开关检修时，均必须将整个110kV部分转检修。日常运行中两条110kV进线只能其中一条处于运行状态，另一条处于热备用状态，当运行线路发生故障时，在110kV进线备自投对线路状态检测判断过程中及备投合热备用线路开关前，会有短暂的全站停电，运行可靠性不高。项目实施前该站110kV部分主接线图如图1所示。

图1　项目实施前该站110kV部分主接线图

另外，该站已建成投运多年且无预留间隔位置，110kV户外设备区布置拥挤，要将110kV母线由单母线改为分段母线，需增加110kV分段间隔及相应的母线设备。如果采用常用的AIS设备，110kV分段间隔长度超过7.5m，110kV母线PT间隔长度超过6m，间隔宽度均为8m。而项目实施时该站采用GIS设备，110kV分段及母线 PT设备基础占地长度不足6.6m，宽度仅为1.36m。横向放置占地不足一个正常AIS间隔宽度，有利于2榀新建母线构架的布置。这使在不影响其他设备正常运行情况下进行设备基础制作提供了充分条件。且110kV分段间隔可布置在原110kV母线下方，建设用地为站内已硬化处理或草皮种植地面范围，不需增加地质勘测及变电站主接地网扩建内容，可进一步优化站内布局，不新增变电站占地面积，减少项目实施土方，节省材料用量。

3.2GIS设备组成

GIS（Gas-lnsulated Metal-Enclosed Switchgear）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。气体绝缘金属全封闭开关设备GIS自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。与常规敞开式变电站设备相比，优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。经过多年研究及发展，GIS的技术性能与参数已超过常规开关设备，并且使结构大大简化，可靠性大大提高。

GIS的组成包括：

（1）设备本体（包括架空进出线套管等）；

（2）底座、支架、爬梯、平台等及安装所需紧固件和接地铜排等；

（3）操动机构及其辅助设备；

（4）必要的SF6气体管路及SF6气体（按全部间隔用气量另加适量安装损耗气量）；

（5）汇控柜到各机构箱之间的连接电缆、管线及管道；

（6）备品备件及专用工器具等。

项目实施前，该站有主变容量为2×40MVA，电压等级为110/35/10kV，110kV配电装置为户外常规设备布置，采用单母线接线，有2回出线。站内110kV母线由单母线改为分段母线，在110kV配电装置场地增加110kV分段间隔一个、110kV母线PT间隔一个，选用GIS设备。其中分段间隔主要设备包含三工位隔离接地开关2组、断路器1组、电流互感器2组；母线PT间隔包含三工位隔离接地开关1组、快速接地开关1组、三相电压互感器1组。110kV分段及ⅡM PT间隔断面图如图2所示。

图2　110kV分段及ⅡM PT间隔断面图

3.3设备内部联锁方式

为保证设备安全运行要求，满足“五防”规定，除外部增加五防系统电编码锁及设备操作挂锁外，由设备生产厂家在设备内部通过二次连接线实现设备联锁，另考虑母线隔离开关与其他母线连接设备间联锁要求，回路中预留必要的外部联锁条件接点，如不需要时将接点短接即可。该站110kV分段及ⅡM PT间隔联锁条件实现方案如图3所示。

图3　该站110kV分段及ⅡM PT间隔联锁条件实现方案

3.4GIS间隔主要技术参数要求

3.4.1型式要求

110kVGIS设计为三相共箱式结构，开关装置均为三相机械联动操作。

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3.4.2控制要求

三相机械联动的断路器应能进行正常的三相同步操作。当发生相间或相对地故障时，断路器应能三相同时分闸和重合闸，而且应满足重合闸不成功立即分闸的要求。

GIS中断路器应装设操作闭锁装置，当某种操作会危及断路器的安全时，应对其操作予以闭锁。分闸闭锁应可防止断路器在不允许分闸的情况下进行分闸操作。合闸闭锁应能防止断路器在不能安全地进行一个完整的合分或自由脱扣操作时进行合闸操作。

GIS的断路器、隔离开关、接地开关应适合用电信号进行远方操作，也可以在汇控柜进行就地电气操作。

汇控柜中应有一个远方/就地转换开关用于远方和就地控制之间相互切换，且能实现电气闭锁：当远方/就地转换开关处于就地位置时，远方（包括保护装置信息）应不能操作；当远方/就地转换开关处于远方位置时，就地应不能操作。远方/就地转换开关的每一个位置至少提供2对备用接点，并接至端子排。所有合、分闸回路均应经远方/就地转换开关切换。

GIS的断路器应装设两套完全一样的分闸装置，包括以下各项，但不仅限于这些：

（1）每相（台）有两个电气上独立的且相同的分闸线圈，两个分闸线圈分别或同时动作时不应影响分闸操作。

（2）两套分闸装置相互间应电气独立，而且采用相同的接线方式及保护设备，并分别与二套独立的控制或分闸电源连接。

操动机构应配备电气防止跳跃装置 （且防跳回路应有明显分界点，可现场方便脱出以上回路）。当断路器被一持续合闸信号合闸于故障时，防跳装置应能防止断路器反复地进行分闸和合闸，并具有保证合-分时间的能力。同时防跳回路中需配置就地/远方切换功能，满足当就地操作时使用断路器本体的防跳，当远方操作时不使用断路器本体的防跳的要求，并提供短接片供用户选择使用此项功能。

非三相机械联动操作的断路器本体三相不一致保护应按单套配置，分别跳断路器两个跳闸线圈。三相不一致继电器应能使断路器发生三相位置不一致时候，应可实现已合闸相立即分闸，且须有一副常开接点引至汇控柜的端子排上。鉴于目前三相不一致继电器的试验按钮在现场已不再使用，不再选用带有试验按钮的继电器。断路器本体三相不一致保护时间继电器应采用时间刻度范围在0.5～5.0s内连续可调，刻度误差与时间整定值静态偏差≤±0.1s的高精度时间继电器。时间继电器应确保在断路器振动时，时间定值不发生偏移，且保证在强电磁环境下运行不易损坏，不发生误动、拒动。该保护用跳闸出口重动继电器宜采用启动功率不小于5W、动作电压介于55～65%Ue、动作时间不小于10ms的中间继电器。

断路器本体三相不一致保护动作后宜启动就地防跳功能。

4　项目实施成果

该站项目实施后110kV主接线图如图4所示。

图4　项目实施后110kV主接线图

项目实施时，设备基础制作及电缆沟建设等土建施工过程均不需设备停电。只在母线构架架设、110kV母线分断架设、及最后110kV分段间隔接入系统等几个步骤实施时，方对110kV母线或某段母线进行了停电施工。

项目实施后，该110kV变电站110kV母线由单母线改为分段母线，按调度运行要求，可将110kV母线分裂运行，两回110kV进线均可处于运行状态，分别给一段母线供电，110kV备自投装置改为兼具进线备投及分段备投功能，变电站的供电性能得到很大提升，运行方式灵活，可靠性高，防患二次电网事件发生。

5　小结

按本项目方案，当变电站内无法提供足够安装相应AIS间隔所需占地时，选择GIS设备，可在极小占地条件下实现对变电站运行方式的改变和供电可靠性的提升。为今后电网网区内其他变电站的技术改造提供了便捷有效的手段和经验。该项目的实施对当地社会的生产生活有极大影响，高可靠性的供电方式将产生良好的社会效益，带动电网公司社会形象的口碑。同时本项目实施具有很好的经济效益，其直接经济效益体现为提高电网安全运行时间和稳定性以及促进各地经济发展。机电产品销售增加，拉动社会经济的全面发展，给这社会提供更多的就业机会。

李 欢（1976-），女，工程师，本科，主要从事电力规划设计及规划技经分析方面的工作。

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2016-3-10