GIS 全封闭变电站在禹门口一级泵站工程的应用

刘若宙

(山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024)

1 概述

山西省禹门口一级泵站改扩建工程位于山西省河津市境内，紧靠原禹门口一级站上游侧，距黄河禹门口峡谷出口约80m，距河津市区约15km，该工程站址与原禹门口一级泵站厂房及变电站相邻，因此采用与一级站共用变电站的方式。该变电站电源引自相距约12km的清涧变电站，导线规格为LGJ-120。虽然本站是单电源供电，但由于清涧变电站为双回220 kV进线，供电系统还是较为可靠的。通过对一级泵站110 kV变电站的改建，新增两个110 kV出线间隔，增设两台主变压器，实现新旧两泵站共用一个变电站，充分利用现有变电站，使改扩建工程更经济合理。

2 变电站的方案比选

根据电气主接线的设计要求，结合泵站装机容量、台数、运行方式和电力系统情况，对泵站变电站进行了新建110 kV的GIS全封闭变电站和改扩建现有一级站110 kV户外变电站的方案比较，决定采用新建110 kV的GIS全封闭变电站，原因如下:

1)本工程是改造工程，原有变电站已有两个出线间隔，改造后需要增加两个出线间隔，若扩建现有变电站，所需占地面积大，考虑到变电站在公路附近，扩地难度大，协调工作大，资金投入大，所以改扩建现有一级站110 kV户外变电站不合适。2)本站地处黄河边，且离公路不远，因此，项目区污秽等级高，潮湿度大，若对现有一级站110 kV户外变电站进行扩建，则需投入很大的财力和人力进行维护，这无疑增加了后期运行成本。3)新建GIS站为室内全封闭开关站，占地面积较小，由于封闭式的元件不受污染、潮湿等因素的影响，且SF6气体为绝缘介质，其本身不燃烧，且灭弧性能好，绝缘性能极佳，该气体充斥其中可保证可靠的运行，相对维护工作特别少，符合“无人值班、少人值守”设计理念。

3 方案概述

本工程通过对一级泵站110 kV变电站的改建，新增两个110 kV出线间隔，增设两台主变压器，实现新旧两泵站共用一个变电站。变电站110 kV母线采用单母线形式，套管进线间隔一回，套管出线间隔四回，PT/避雷器保护间隔一回。原变电站两台110/6 kV主变压器仍留用，容量为6 300 kVA/台，新增设两台110/10 kV主变压器，容量均为6 300 kVA/台，四台变压器高压侧均引自GIS开关室套管出线间隔。

由于原泵站主变低压侧为6 kV电压等级，而现阶段主变等级为10 kV，所以扩建泵站采用10 kV母线配电方式，变压器低压侧以10 kV电缆经电缆沟引至泵站10 kV高压开关室的10 kV成套配电装置。对扩建泵站10 kV母线侧分别进行单母线和单母线分段两个方案的技术经济比较，考虑到该站装机两台，厂房开挖难度较大，面积应尽量最小，单母线接线方式便可以满足运行需要，所以，以节省投资为原则，本站10 kV母线侧推荐采用单母线接线方案。

另外，因电动机功率因素较低，专设无功自动补偿装置一套，补偿容量为4800 kVAR，两组投切。

为保证站用负荷用电，电站设两台站用变压器，分别接在泵站10 kV母线和现有禹门口一级泵站6 kV母线，站用电接线低压侧采用单母线不分段接线方式。

4 GIS全封闭变电站特征

1)节约占地，大大减少了征地、拆迁、赔偿等极为昂贵的费用，迎合了国家的政策。具体来说，220 kV GIS设备比常规设备的占地面积少约60%;110 kV GIS设备比常规设备的占地面积少约54%。2)绝缘性能高，灭弧性能强。SF6气体为绝缘介质，其本身不燃烧，灭弧性能好，绝缘性能极佳，该气体充斥其中可保证可靠的运行，相对维护工作特别少，符合“无人值班、少人值守”设计理念。3)环保、抗潮性强。GIS站为室内全封闭开关站，占地面积较小，且封闭式的元件不受潮湿、污染等因素的影响，GIS设备能满足极强的环保标准和抗潮强度。4)安装工期短，大大节约施工时间。GIS设备元件较为平常，有很好的通用性，加上积木式的结构，且组合安装在运输单元中，到达工地就位固定，其工作强度约为常规设备安装工作量的20%，大大节约安装时间。

5 变电站GIS设计及运行中应注意的问题

GIS的总体布置:对GIS进行总体布置时，电力电缆敷设、控制和继电保护盘的布置、架空线走向等因素成为考虑内容。在进行室内布置时，GIS设备的宽度和通道宽度决定GIS室的宽度。在进行现场耐压试验时，GIS设备需要装设临时SF6空气套管，严格按照规范要求计算带电体与墙壁之间的距离，考虑到进出电缆对工作通道宽度的要求，计算出移动式SF6气体回收装置的宽度及转弯半径，及其检修和搬运GIS组件所需要的宽度。GIS室的高度需要考虑到设备运输，安装，大修和试验时对室内高度的要求，当其进行检修时，有足够空间能整体吊断路器及其组件，尤其在进行现场耐压试验时，带电体与房顶有充足且安全的距离。在进行户外布置时，考虑到可能开进汽车起吊等作业，通道的宽度和通道上架空跳线的高度有相应的要求，一般距GIS外缘不得小于3.5m。GIS的土木建筑设计:GIS设备的各个元件用螺栓连接，基础预埋槽钢之间的水平误差不能超过2mm，母线管法兰连接时的垂直误差不能超过0.5mm，保证了SF6气体不泄漏。GIS的通风设计:通风设备必须装设于GIS室内，并且保证通风量为GIS室空间体积的3倍～5倍，按照规范要求，考虑到发热通风的因素，GIS室里的出风口布置于室内的上部，这样便可以满足SF6气体的体积分数不大于1000mL/m3，室内的含氧量高于18%，可防止GIS外壳发生爆裂后不能可靠排出SF6气体，也便于运行人员进入GIS室前对室内进行换气。GIS室通风设备的出风口应设在GIS的下部，主要原因是SF6气体的比重是空气比重的5倍，容易积聚在电缆沟或接近地板的底层空间，其出风口在GIS的下部能保证设备有效排出外溢的SF6气体。GIS设备的故障分析:GIS可靠性高，检修周期长，维护工作量少，其故障率只有常规设备的20%～40%。在安装或大修后投入运行的一年内，GIS设备会出现背部闪络故障，根据统计资料显示，相关元件故障率如表1所示。

表1 相关元件故障率 %

因此，运行中，相关人员第一年必须加大日常的巡视检查力度，检查隔离开关和盆型绝缘子是否完好，特别留意SF6气体压力，观察其变化情况，判断音质特性的变化及持续时间的差异，观察是否有发热、生锈等现象。若发现异常，一定及时对该设备进行专项检查，并及时汇报，以避免事故的发生。

6 结语

随着自动化技术在水利行业的发展，GIS在变电站的应用也愈加广泛，因此，我们要从设计、安装、运行维护、检修等各方面对其不断地加以总结，才能使GIS设备发挥更大的作用。