HGIS 在变电站中的应用

汤 畅

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

科学技术水平的提高，一定程度上推动了我国智能电网的发展。然而，在企业和民众对电能的高标准要求背景下，如何建设智能化、高效率以及绿色环保的智能变电站依然是电力企业的重点工作。HGIS设备是一种高性能的高压开关设备，不仅性能优良，且体积较小，在变电站中的应用日渐广泛[1]。

1 HGIS特点概述

在电力系统中，常见的高压开关结构有三种[2]，如图1所示。

（1）AIS，即空气绝缘的常规高压开关，特点是母线直接裸露在空气中，断路器呈瓷柱式或罐式。该种高压开关结构调试起来较为复杂，集成度较低，其安装施工不仅工期较长，且占用面积较大，已无法满足当前智能电网的建设需求。

（2）GIS，即SF6气体绝缘全封闭高压开关，可对变电站中除电力变压器外的所有一次设备进行SF6气体绝缘，有机实现各种设备的组合。然而，在实际安装和调试过程中，对现场环境的要求较高，需要对环境进行密封、除潮以及抽真空等处理。此外，由于自身设计理念的原因，GIS设备中若某设备出现故障，势必导致其他相邻设备停电运行，给电力系统的安全运行造成一定的负面影响。

（3）HGIS，即SF6气体绝缘半封闭高压开关，它有效结合了AIS和GIS的优点，不仅实现了断路器、隔离或接地开关以及CT等设备的集成，且采用开敞式的布置方式，具备运行可靠性高、模块化设计的优点，应用于变电站时，不仅占地面积较小，且维护简单方便，完全满足当前智能电网的建设要求。

图1 AISHGISGIS高压开关外观图

2 HGIS在变电站中的应用

以220 kV变电站为例，分别采用AIS、GIS以及HGIS三种设计方案对其进行设计。作为实验对象的220 kV变电站的本期规模情况和远期规模规划如表1所示。

表1 本案220kV变电站的本期规划和远期规模计划

2.1 对比方案的总体布置

根据三种方案的变电站平面布置图，发现AIS的占地面积最大，GIS和HGIS设计方案的占地面积较小，具体占地情况如下所示。

（1）AIS：在不同的地形条件下，变电站围墙内的总占地面积约为2.259公顷，在平坦、地势高差较大以及地势高差非常大的区域，采用AIS设备的变电站占地面积分别为2.695公顷、2.931公顷以及3.783公顷。

（2）HGIS：在不同地形条件下，变电站围墙内的总占地面积约为1.432公顷，在平坦、地势高差较大以及地势高差非常大的区域，采用HGIS设备的变电站占地面积分别为1.732公顷、1.907公顷以及2.830公顷，HGIS方案在地势平坦区域的平面布置如图2所示。

图2 HGIS方案在地势平坦区域的平面布置图

（3）GIS：在不同地形条件下，变电站围墙内的总占地面积约为1.432公顷，在平坦、地势高差较大以及地势高差非常大的区域，采用GIS设备的变电站占地面积分别为1.732公顷、1.907公顷以及2.830公顷；

2.2 不同方案的技术对比分析

根据本方法计划2014年完成变电站的投产运行，并在2020年进行第一次扩建，实现110kV出线3回与1台主变的扩建规划，在2020年完成110kV出线2回的扩建，并在2030年完成剩余变电站规划的扩建。采用三种不同的方案相关技术比较如下。

（1）设备可靠性：相比较而言，HGIS的可靠性最高，它同时具有AIS和GIS两者优点。GIS的设备可靠性较高，AIS的可靠性最低。

（2）检修周期：AIS方案需要3～5年进行一次全面的检修维护，GIS方案和HGIS方案需要10～15年进行一次全面的检修维护。

（3）施工特点：相较于AIS方案，GIS和HGIS无论是在占地面积和施工量方面都具备相当优势，施工周期更短，需要安装的电气设备的数量也较少，但它们对电气设备安装的准确度要求较高，允许出现的误差要比AIS设备低。

（4）设备支架：在进行户外布置过程中，GIS和HGIS需要的设备支架较少，土建工程的费用支出相对较低，而AIS所需的配电装置场地设备支架较多，构造相对复杂。

（5）变电场扩建：AIS设备搭建的变电站扩建相对方便，设备可选择的范围较广，不会受到生产厂商的限制，对电力主母线的运行影响也相对较低。HGIS具备AIS母线敞开的优点，在进行扩建时，基本和AIS方案一致，不会受到生产厂商的限制，对电力主母线的运行影响也相对较低。而选用GIS方案，在变电站扩建过程中，设备可选择的范围相对较窄，受到生产厂商的限制，对电力主母线的运行影响也相对较高，需要长时间的主母线停电。

（6）后期维护：由于AIS的配电装置设备较多，且整体系统的可靠性低，建设后变电站的后期维护较为频繁；而GIS和HGIS内部设备无需维护，变电站的整体维护工作量较低，整体结构支架采用钢结构形式，更容易进行更换维护。

（7）外绝缘部位耐污秽能力：AIS的外绝缘部位耐污秽能力最弱，GIS的外绝缘部位耐污秽能力最强，HGIS则处处于两者之间。

（8）抗电磁性能和安全性：AIS将母线裸露在空气中，受电磁干扰的影响较大，安全系数低，易发生触电危险，且存在较大的火灾隐患；而GIS的设计采用全封闭结构，对金属外壳进行了有效的接地，无论是抗电磁性能还是安全性都相对较高。HGIS的上述两种性能位于二者之间。

2.3 三种方案的经济对比

从工程项目的总体角度出发，除完成工程的建设目标外，还需要提高工程运行的整体经济效益。通过统筹的安排和协调，实现变电站安全、周期成本以及效能之间的良性平衡，既确保电网的可靠安全运行和高效率的发电，又降低变电站的成本费用支出，提升变电站的整体经济效益。

（1）通过对AIS、GIS以及HGIS三种不同的方案进行经济的对比分析，发现AIS方案的初始投资费用最低，GIS次之，HGIS最高。

（2）根据变电站在运行过程中的特点，对运行过程中的维护成本进行了初步的分析和测算，对比发现，GIS和HGIS在变电站运行过程中维护成本最低，AIS的运行维护成本最高。

（3）根据变电站在运行过程中的技改报废成本测算，GIS和HGIS的技改报废成本最低，AIS的技改报废成本最高。

综合以上三方面内容，各方案经济对比如表2所示。

表2 各种设计方案全寿命投资对比 /万元

2.4 方案对比结果

通过比对AIS、HGIS与GIS三种方案的优缺点，并结合变电站属于枢纽变电站，不允许出现停电的实际情况，应选择占地面积较小、运行可靠性和安全性较高的HGIS方案。

3 结 论

随着社会经济的高速发展，电力资源的需求量越来越高。HGIS设备具有占地面积小、施工方便快速、运行可靠性高以及后期维护扩建方便等优点，在变电站中的应用日渐广泛。相关电力企业应当加强对HGIS设备的了解，并在变电站的设计和建设过程中，充分利用HGIS设备优点，保障电力供应的稳定性和质量，推动我国电力企业的可持续发展。