GIS配电装置若干问题浅议

２００２年第８期曰舞盆垂翔ＧＩＳ酉己电装置若干问题浅议王立群’，李锡芝２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｉ外高桥发电厂二期工程筹建处，上海２００１３７：２．华东电力设计院，上海２０００６３）关健词：ＧＩｓ配电装置；布置；设备特性；典型接口；基础型式摘要：论述了６９－５ｏ０　ｋＶ　ＧＩｓ配电装置设计、选择的有关技术专题。包括不同主接线方式的优缺点，ＧＩｓ的布置和排列方式，一次元件接口的协调，对接地开关、电流互感器、避雷器的要求以及相关的绝缘配合原则，接地和屏蔽的要求并对气体系统和基础型式等专题作了介绍，可供设计时参考。中圈分类号：ＴＭ６４２文献标识码；Ｂ文章编号：１００１－９５２９（２００２）０８－００３９－０４上）。电气主接线的选择　　　　电压等级为６９－１１０　ｋＶ的简单变电站通常采用单母线单断路器方案，以最少的投资获得合理的系统可靠性。比较大的变电站可采用多于一段母线的接线方案，如单母线分段、双母线接线，以获得更高的可靠性环形母线方案使整个单母线增加了可靠性，　　　　而所使用的断路器数量却与单母线方案相同。母线故障不会导致整个变电站停电，维修断路器时不需中断供电回路，并且没有增加母线切换的复杂性。然而，在断路器维修时，环形母线必须开环运行，可能会出现不必要的负荷损耗。在国外，当需要更高的可靠性、供电连续性和　　　　切换的方便性时，推荐采用双母线双断路器接线。毫无疑问，这种方案的投资最高２布置和排列２．１布置　　　　“按列布置”系指断路器各相以连续的方式安装，形成连续的一列。对某一给定的变电站来说，可以单列或多列并联布置。有两种成列组合方式，即“按断路器（或称混相）组合”和“按同名相（或称分相）组合”。前者与常规变电站布置相似，具有方．便运行人员习惯的优点。断路器可以分相水平或立式安装，也可以三相水平或立式安装。变电站可按列的方向连续、正常扩建。大多数情况下推荐采用单列布置，因这种布置最紧凑。如采用多列布置，再加上两种可能的组合方　　　　式，则可以形成许多种不同的布置方案。选择ＧＩＳ的布置受某些因素影响，如场地面积和厂址的大小另外，用户可能对布置有特殊要求，如布置上和直觉上要与常规变电站相似因此，用户和设备本身在维护、试验和运行上的具体要求，均可能会影响到ＧＩＳ的布置。对２２　　　　０．５００　ｋＶ电压等级，通常推荐一个半断路器接线。如果初期安装４回及以下进出线时（线路和变压器），推荐采用可扩建成一个半断路器接线的环形母线接线。一个半断路器接线具有运行灵活和可靠性高等优点。每个回路对断路器均装设适合于所有运行方式的保护，所有切换均通过断路器而无需采用切换母线或复杂的继电保护。当某台断路器维修时，在最严重的情况下，线路故障仅使处于维修的那一串回路停电。一个半断路器接线通常用于６个以上回路（即３串及以甲４，４飞－褚幸　４｝奋，ｅ，４￥４ｅＥ，ｅ｝４手论碑专年哈召言｝４于４沼４｝４，ａ４侣４ｆ盛－盛召４｝４，｝场谙云ｆ４，Ｖ－场嘴ＦＹ４场甲忘｝台平‘忘沼毛瑞写二召会浦瑞是ｆ告ｆ４　－ｆ告嘴哈弓‘合修正；（６）天气突变时预测结果要作修正。　　　　３结论　　　　我局于２００２年率先在温州地区使用基于线性外推的考虑计划检修的相似日超短期负荷预测法，经调度所运方人员５个月的实际应用，合格率达９７．４４，能满足考核要求。它不仅减轻了运方人员的工作强度，而且具有较强的预测精度和实用性。今后，我们将不断地进行总结和加以完善，以取得更大的效益。收稿日期２００２－０６－２４　　　　　　　　　　　　　　．舞盆密翔２００２年第Ｂ期　　　　断路器是选择水平安装还是立式安装，需考虑某些因素。在２２０　ｋＶ以下电压等级，从布置尺寸和美观的观点看，两种安装方式均是可行的。随着运行电压和断路器开断电流的提高，断口数量增加以及并联电阻和电容的增设，可能使断路器模块明显增大，断路器采用立式安装将导致变电站断面高度增高，这对美观可能是不利的，并且维修断路器时需要大型吊车，以便搬动断路器内的部件。如果断路器采用水平安装，可采用手推车搬运，大大简化了维护工作。　　　　与常规空气绝缘变电站相比，ＧＩｓ具有明显的可扩建性的优点。为了便于将来扩建，初期安装时可在扩建侧母线上增加一组隔离开关，以盆式绝缘子分隔。在具有架空进线的超高压大型变电站中，往　　　　往是采用延长主母线比采用特别长的ＧＩｓ分支（引出）母线，经济上可能更划算。２．２一次接口　　　　ＧＩｓ与不同ＧＩｓ制造商产品、电缆、变压器间的最简单、方便的接口是，从ＧＩｓ套管采用架空线连接。当必须采用直接接口时，则应确定双方间的要求和责任、可接受的误差，以保证提供满意的设备，这是极端重要的。有关制造商和供货商之间的协调会是最终解决接口细节问题的有效方法，并签订协议和编制专门的“配合图”。（１）用于不同ＧＩ　　　　ｓ制造商产品之间的内部连接头是需要的（即过渡母线等），必须仔细确定和设计设备接口，编制、规定接口细节（匹配图）及供货范围，图１表示典型的ＧＩＳ／ＧＩＳ接口。涉及接口的最少细节是：屏蔽（外壳上）绝缘水平（至少２０　ｋＶ）；外壳短接和接地设施；调整／膨胀的容差；滑动触头组件（由一个厂商提供）；用于气室分隔的盆式绝缘子；法兰螺栓详图。图Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＧＩｓ凡ｉｓ典型接ｎ（２）当需要将ＧＩｓ与地下电缆连接时，涉及　　　　接口的最少细节是：屏蔽（外壳上）绝缘水平〔至少２０　ｋＶ）；外壳短路和接地设施；调整／膨胀的容差；滑动触头组件；ＳＦｓ／油盆式绝缘子，用于气体／油的分隔；法兰螺栓详图；电缆密封垫圈；辅助系统设备；试验设施推荐的分工：电缆厂提供电缆密封终端，而　　　　ＧＩｓ制造商提供ＳＦ。外壳、导体触头的屏蔽以及ＳＦ。外壳／电缆终端的密封垫圈。（３）当需要将ＧＩｓ通过ＳＦ。母线直接与变压　　　　器相连时，涉及接口的最少细节是：屏蔽绝缘水平（至少２０　ｋＶ）；外壳短接和接地设施；调整／膨胀的容差；基础沉降；可拆连接组件；用于气体／油隔离的ＳＦｓ／油／油套管；法兰螺栓详图；套管均压环；试验设施（建议采用可拆连片）。推荐的分工：变压器制造厂提供带屏蔽的套　　　　管，而ＧＩｓ厂商提供围绕套管组件的ＳＦ。外壳。尽管变压器可以采用常规母线、电缆或者直　　　　接与ＧＩｓ相连，但由于经济上的原因，一般采用常规架空导线连接　　　　（４）对ＧＩｓ接地，用户的职责包括：提供合适的接地极和接地网；至ＧＩｓ接地端子的连接线和接头；提供系统故障参数；评阅承包商的ＧＩｓ接地和屏蔽设计；对所有非ＧＩｓ设施提供接地。ＧＩｓ承包商的职责包括：设计ＧＩｓ接地和屏　　　　蔽〔外壳短接）系统；ＧＩｓ上接地母线；组件和接地母线之间的所有接地连线和端子；２个标准基座，位于对端接地母线上。需要指出，在规划整个变电站的布置时，安装　　　　所需的场地应该考虑好，其中包括设备放置、遮盖用的保护物，以及调试设备位置等。３对某些设备元件的要求３．１检修接地开关ＧＩ　　　　ｓ设计成金属恺装封闭式后，在形成检修接地和对检修接地开关提出了新的要求。ＧＩｓ中应选用能关合ＧＩｓ全故障额定电流的检修接地开关　　　　按常规，检修接地开关在切换过程中，要求肉眼能确认隔离开关的位置和状态。为此，一些ＧＩｓ设计和使用者提出，在隔离开关外壳上要有窥视孔，以满足这个要求。但这种措施不推荐采用，因窥视孔可能会增加由于密封损坏而使ＳＦ。气体泄漏的可能性。选用具有关合ＧＩｓ全故障额定电流的检修接地开关后，可进一步安全地证实隔离开２００２年第８期困峨盆鑫纽３．３电流互感器当采用分散铁芯（即外套式）电流互感器时，　　　　其外壳法兰应绝缘安装，以消除外壳电流对测量结果的影响。为了保持整个外壳电气上的连续性，作为设计上采取的措施之一，是在电流互感器外部设分流器。分流器的组合载流能力等于ＧＩｓ母关是处于打开的位置。检修接地开关同时作为维修期间进行常规试　　　　验的试验点。此时，可以拆除外部接地，以施加试验电源。用于连接接地导体的套管或绝缘件，应具有２０　ｋＶ绝缘水平对检修接地开关可接受的工作循环为允许２　　　　次全故障合闸操作，两次关合试验之间的时间间隔为３　ｍｉｎ，而无需检修开关的触头。检修接地开关应与隔离开产的动热稳定电流相等，机械稳定性次数同快速接地开关，开合电容电流和电感电流的能力视使用场合而定（详见ＤＬ／Ｔ４８６－２０００《交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件》附录Ｃ），　　　　除三相在一个外壳内时允许三相操作外（一般电压等级为１４５　ｋＶ及以下），接地开关推荐采用单相操作模式，因为单相故障电流通常小于三相量值，当操作人员误操作时，对ＧＩｓ内部损伤的程度将最小。采用弹簧合闸机构，可就地手动或电动操作。从电气上看，　　　　接地开关宜装在断路器和电流互感器（ＴＡ）之间，以便设备维修和试验时，不影响继电保护的正常运行。如图２所示母线２卜接地导线图２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＴＡ配置和接地　　　　顺便指出，一个半断路器接线中的隔离开关，对开、合母线转换电流的要求可以适当降低。３．２快速接地开关通常在ＧＩ　　　　Ｓ的线路侧装设快速接地开关，其合闸时间不应超过。ｉｓ。快速接地开关的主要功能：其一是当线路故障保护动作本侧断路器跳闸，同时使快速接地开关合闸，使对侧保护可靠动作跳开对侧断路器，但目前２２０５００　ｋＶ电网均具有远方跳闸通道（高频或光纤），已不需要这一功能；其二是提供线路检修接地。快速接地开关的额定关合短路电流应与断路　　　　器一致，开合电容电流和电感电流的能力与一般用于线路的检修接地开关相同。线额定电流。运行经验表明，绝大多数线路故障属于自然　　　　界引起的架空输电线路的瞬时故障，线路第一次跳闸后故障就被清除。ＧＩｓ设备在某种意义上可以被视为非自恢复性设备，其内部闪络或故障时，不允许自动重合。架空进线的气体绝缘部分宜另加一组（ＴＡ），用作ＧＩｓ继电保护中的引出线保护。这样，当架空线部分故障时，允许自动重合闸；而当气体绝缘引出线部分故障时，闭锁自动重合闸，详见图２ｅ３．４绝缘配合／避雷器对ＧＩ　　　　ｓ、空气绝缘设备的绝缘配合和避雷器安装位置的建议，应基于对变电站设备进行过电压分析的结果。对架空进线或相对较短（如１５０　ｍ及以下）的地下电缆线路，经验表明，在空气／ＧＩｓ处或架空／地下电缆输电线端，装设避雷器可获得满意的结果。采用常规的瓷外套的避雷器，比采用ＳＦ。金属恺装式要便宜得多。单回线路当断路器或隔离开关打开运行时，　　　　ＧＩｓ可能会遭受两倍进行波峰值电压实验数据表明，对具有陡峭上升速率的进行　　　　波，ＧＩｓ与常规空气绝缘相比，耐受能力较低。ＳＦ，绝缘耐受能力受内部闪络影响而降低，　　　　应视为非自恢复绝缘系统来考虑，但ＧＩｓ没有截波耐受强度定额。用于ＧＩ　　　　ｓ设备的避雷器选择准则：（　　　　１）通常，当ＧＩｓ的进线为架空线时，避雷器装于线路端。如果采用地下电缆进线，避雷器装于空气／电缆头端。这仅是作为一般性的考虑，具体工程中应通过暂态电压研究确定。（２）变压器避雷器的装设原则与常规空气绝　　　　缘变电站相同。（３）在某些场合，特别对大型和超高压ＧＩ　　　　ｓ变电站，为获得合适的过电压保护，往往需要在母线中部装设避雷器。在具体工程中，应通过暂态电压研究来确定母线上是否需要装设避雷器。３．５接地和屏蔽睡盆密翔ＧＩ　　　　ｓ设备占地面积通常只有常规变电站面积了。２００２年第８期的１０写＂２５００。为满足检修安全的接地电位梯度，接地极布置较困难。可以考虑如下方法：　　　　（１）采用远方接地网，或与邻近的接地设施构成混合接地系统。但对避雷器的布置位置需要仔细考虑，以免因增加电压降而使保护余度减少。（２）采用长的、　　　　深的接地极或深井，以改善接地状况或平衡接地电位。（３）对混凝土基础的预应力整体大板基础，　　　　可将其钢筋与接地网连接，以改善接地。　　　　为使变电站内接触电压降低到安全水平，最好的解决方法是将ＧＩｓ外壳合适的短接和接地。还可以考虑其他措施，包括调整接地网的网眼尺寸，扩大金属接地网，连接导电平台并将结构件接地，以及基础中预应力钢筋与变电站接地网连接等。每个气室应装设两阶段温度补偿压力开关，　　　　以监测ＳＦ。气体的泄漏。接点可以用于报警或跳闸，取决于ＧＩｓ的设计和用户的运行习惯。两阶段压力开关一般采用如下运行方式：第一阶段报警表示低泄漏状态，方便时可安　　　　排维修；第二阶段报警表示以高速率泄漏，并要立即进行维修。如果在第一阶段报警发生后，在很短时间内又收到第二阶段报警，此时应立即安排维修。　　　　ＳＦ。气体约比空气重５倍，运行经验表明，气体泄漏将导致压力降低到大气压力，ＳＦ。气体仍保存在壳内，此时，ＧＩｓ实际上还具有耐受正常系统电压的能力。对每个压力开关动作值是用于报警还是跳闸，应根据用户的运行原则和制造商提供的ＧＩｓ运行能力来决定。　　　　在ＧＩｓ套管处宜采用气体分隔盆式绝缘子，ＧＩｓ套管一旦遭受损坏，可防止大量气体流失，并防止由瓷碎片引起ＧＩｓ的污染　　　　ＧＩｓ采用连续外壳，对在外壳中感应的电流提供回流通路，以便将导体和外壳电流两者对外部磁场的影响相互抵消。外壳电流回路被限制和控制在ＧＩｓ组件内，可在下列部位采用外壳短接和绝缘ＧＩｓ末端；与其他ＧＩｓ直接连接处；气体绝缘引出线处；地下电缆引出线处；变压器处。当采用空气／　　　　／ＳＦ。套管与常规空气母线连接时，套管本身具有屏蔽绝缘功能。　　　　对ＧＩｓ的接地应做到：所有金属外壳应运行在接地电压；在各外壳之间不应有明显的电位差；必须防止过分大的电流感应到邻近支撑构件或预应力钢筋，并通过其他变电站设备〔如变压器和开关柜）形成回路。５基础和结构ＧＩｓ基础的结构型式一般推荐采用整块结　　　　构。顶部带道轨的连续混凝土条形基础，有时也可应用于“列式排列”的ＧＩｓ单个结构的基础间可能会遭受不均匀沉降，　　　　对此应引起足够重视。地基不均匀沉降会造成ＧＩｓ法兰错位，从而破坏ＧＩｓ密封的完整性，增加气体泄漏，导致增加维修和补充流失的ＳＦ。气体的费用。另外，密封的损坏，长时间的运行会使ＳＦ，气体受潮，将降低气体的绝缘耐压能力，势必４气体系统ＧＩ　　　　ｓ一般采用盆式绝缘子将其划分成一定数量的气室。要使气室数量最少，包括断路器、母线、隔离开关、接地开关、电压互感器、避雷器和出线套管等。通过旁路阀和管道，将单元间、有时甚至相间的气体系统相联络。而断路器气室一般与要使变电站停电，重新处理ＳＦ。气体而ＧＩｓ采用整体大块基础后，可大大减少这方面的问题。采用整块结构后，为敷设控制电缆和接地线，　　　　最简单易行的方法是在混凝土槽内放置埋人式电缆桥架，该桥架应带与基础平面相平的金属盖。ＧＩ　　　　ｓ的支撑结构，包括结构调整设施，建议由ＧＩｓ系统保持隔绝。此外，该旁路设施允许将检修单元单独隔离，而变电站的其余部分仍然保持运行。从某种意义上讲，在旁路设施和灵活性之间，要折衷其利弊关系，因为旁路设施是增加设备引起泄漏的外部潜在原因。工业趋势正朝着气体系统简化和单一化发展，现在相间联络已很少使用ＧＩｓ制造商提供。划分设计责任性的界面建议位于基础平面。　　　　ＧＩＳ制造商应提供设计基础所需的资料，包括静荷载、动荷载、地脚螺栓要求、调整／膨胀／校平能力，以及电缆的人口等资料。收稿日期，２００２－０４－２６