浅谈220kV辅助开关站GIS设备设计改进及应用

中核霞浦核电有限公司 李雪岩 新东北电气集团有限公司 夏 萍

某核电厂一期工程220kV辅助开关站2003年投入运行，2011年3月6日GIS设备单母线终端均压球对外壳放电故障引起供电线路跳闸，机组失去备用电源；2008年5月6日GIS设备母线接地刀闸分合闸操作功能失效，出现分合闸未到位现象。这两个事件暴露出GIS设备单母线接线方式运行可靠性差、调度与检修灵活性差的问题，短时间内无法修复，使机组失去备用电源严重影响到核安全。借助二期工程建设之机，解决一期工程220kV辅助开关站GIS设备存在的问题。

1 可行性分析

1.1 现状介绍

一期工程220kV户内GIS设备布置在01UAD厂房内，220kV GIS设备设计成单母线与预留二期工程单母线分段接线结构。01UAD厂房已一次建成，设备分期安装，厂房为长26米、宽10米单层建筑，厂房内部已考虑两期工程GIS设备的布置空间。一期工程GIS设备采用两回电缆进线、一回架空出线、一个电压互感器和预留一个母线分段断路器间隔的单母线接线，共5个间隔；二期工程发展成单母线分段，共8个间隔。在01UAD厂房纵向（东西方向）每一侧都留有3米左右用于组装和检修GIS设备的场地，横向同样留有2～3米用于检修、维护和运行巡检通道。厂房上方安装有GIS组装和检修用的2吨吊车（电动单梁起重机，跨度8.9米），在厂房进线间隔下面有一个高压电缆蛇形敷设的地下电缆沟，成套的GIS就地控制盘和用于动力及照明的配电盘布置在附近。

1.2 一期工程GIS设备预留接口与二期工程GIS设备接口对接分析

一期工程220kV辅助开关站（01UAD）室内GIS设备（ABB产品，三相分体式结构，过渡段气室压力0.53MPa[1]）由单母线改成双母线后预留接口与二期工程室内GIS设备（NHVS产品，三相共箱式结构，过渡段气室压力0.6MPa[2]）接口对接尺寸、技术参数相匹配。对接尺寸偏差采取技术措施和调整来弥补的方案是可行的，具体需满足：根据01UAD厂房室内一期、二期工程220kV辅助开关站（01UAD）室内GIS设备双母线平面、断面和三维模拟布置，分析认为满足一期工程GIS设备单母线改成双母线与二期工程GIS设备双母线对接后整体布置的要求；一期工程220kV辅助开关站GIS设备（ABB产品）单母线改成双母线预留接口与二期工程220kV辅助开关站GIS设备（NHVS产品）双母线接口尺寸经现场测绘和技术评估满足对接的要求。

2 设计改进实施及应用情况

2.1 一期工程GIS设备单母线改造成双母线

一期工程GIS设备为ABB产品设计为单母线改造成双母线运行,需要增加原厂ABB产品3组隔离开关、3组接地开关和一组母线等设备,在原一期工程GIS设备本体上进行改成增加设备，现有01UAD厂房空间和平面布置能够满足单母线改成双母线所增加设备布置的要求,不需厂房结构变动和调整。改造工期，需要对一期工程GIS设备单母线及线路间隔停电2～3周的时间窗口。一期工程、二期工程GIS设备双母线平面布置图，见图1、图2所示。

图1 一期工程220kV辅助开关站（01UAD）GIS设备单母线平面布置

图2 一期工程、二期工程220kV辅助开关站（01UAD）GIS设备双母线平面布置

2.2 一期工程GIS设备双母线与二期工程GIS设备双母线对接方案

由于一期GIS设备（ABB）单母线改造成双母线与二期GIS设备（NHVS）双母线对接，产品不同、制造工艺要求相符合；为保证二期GIS母线与一期GIS母线接口安全顺利地实现对接，在水平与竖直方向均设置安装调整用伸缩节，以调整装配时的尺寸偏差。

图3 母线接口位置和接口法兰布置

图4 对接口处设置伸缩节

2.2.1 一期工程GIS设备与二期工程GIS设备母线接口尺寸数据测绘

一期工程GIS设备为ABB产品，二期工程GIS设备为NHVS产品。根据一期、二期工程GIS设备对接部位尺寸的现场测绘，确定了一、二期工程GIS设备对接的相对尺寸。由于一期工程GIS设备部分尺寸偏差过大，考虑到二期工程GIS设备已制造完成并安装就位，对接部位空间无法拓展，在一期设备偏差不进行调整的情况下，无法实现一期工程与二期工程设备接口的准确对接，组织制定NHVS产品与ABB产品对接调整技术方案。

现场实测是以B相为基准，测得一期Ⅰ母A相在垂直方向上实际尺寸为549mm，相差11mm，由于空间结构较小，NHVS产品通过对多个罐体、触头等位置的调整，最大调整量可达±3mm，剩余调整量8mm需通过一期ABB设备调整来实现。与NHVS产品相比对接位置ABB产品母线较长，有较大的调整空间（图5）。

图5 一期工程GIS设备Ⅰ母线A相测绘数据

经测量一期工程GIS设备Ⅰ、Ⅱ母间C、B、A相间距计算尺寸分别为2889mm、2883mm、2877mm，NHVS产品Ⅰ、Ⅱ母间距经实测与本期、前期图纸相符，为2890mm，可知A相偏差最大，为13mm，该尺寸偏差主要是由于一期Ⅰ、Ⅱ母A、B、C相在垂直方向上不一致引起的，NHVS产品在Ⅱ母位置设置了供调整相间距的波纹管，但波纹管轴向调整量不足以吸收A相偏差。因此需调整一期工程GIS设备Ⅰ母A相，沿母线径向水平向Ⅰ母侧调整5mm，使之与上面B相的垂直中心线重合（图6）。

2.2.2 一期工程GIS设备与二期工程GIS设备母线接口对接尺寸偏差调整技术措施

在建二期工程GIS设备增加水平与竖直方向均设置安装调整用伸缩节，调整装配时的尺寸偏差；已建一期工程GIS设备各部件最大限量调整垂直、水平和整体移动接口对接尺寸偏差。

图6 一期工程GIS设备Ⅰ、Ⅱ母线间C、B、A相间距测绘数据

2.3 一期工程GIS设备单母线改造成双母线和二期工程GIS设备双母线对接工作流程

二期工程为双母线布置，全站可以实现不停电，双母线分别停电对接；以一期工程主母线对接口最近的间隔为基准，第一间隔就位后再依次将其它间隔就位安装；待二期工程现场安装调试、试险[3]（电阻、CT、检漏、检水、耐压等合格）结束后，对一期工程设备一母线停电、二母线带电，须将一母线接地开关合闸，准备装配一母线对接口处；回收一、二期工程一母线SF6气体,打开一、二期工程一母线对接口法兰，将罐内导体对接；连接一、二期工程间隔环网线，一母线检漏、测微水合格后,一母送电；一母线带电后将二母线停电，须将二母线接地开关合闸,二母线接口对接方法同上。

3 应用情况

2015年11月，该核电厂一期工程220kV辅助开关站GIS设备单母线改造成双母线与二期工程220kV辅助开关站GIS设备双母线顺利地完成了6个接口对接，经过试验验证合格，并于2015年12月投运至今，运行状态良好，实现了设计改进预期目标。本项设计改进所起到的作用、投资经济性和使用效果显著，在其它工程类似改造、扩建和续建项目上具有推广应用和参考价值。