GIS设备扩建停电方案分析

涂璐 ,朱万通 ,陈璐 ,李文娟

【摘  要】随着社会的发展，GIS设备因其占地面积小、可靠性高、运行可靠性高的特点在变电站中得到了广泛应用。本文主要讨论不同情况下GIS设备扩建需注意的问题，为GIS设备扩建工程的设计提供参考。

【关键词】GIS母线；耐压试验；过渡气室；电力设计

1 概述

随着电力网规模越来越大，电力用户对供电可靠性的要求也越来越高，而气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）作为紧凑型设备近年来受到越来越多电力用户的青睐。为了让GIS设备发挥最大的经济效益，变电站一般采用分期建设的方式进行，因而在电网建设中涉及GIS设备扩建的工程日益增多，扩建工程GIS设备停电方案与变电站主接线型式、变电站运行方式、GIS设备的结构等等多个方面均有着密切的关系。

2 不同接线型式扩建接口

1.1单母线接线扩建接口

对于前期分段间隔已上的单母线分段接线，本期仅将现有母线延长的情况，扩建主母线涉及母线停电主要有SF6气体处理、交流耐压试验、延长母线后核对相位等方面。因前期分段间隔已上，本期扩建过程中仅需考虑扩建段母线在上述操作过程中的停电，不需要变电站全站停电，但需要考虑扩建段上其它间隔停电。对于前期已将母线隔离开关上齐的间隔，不需要另外扩建母线，但由于GIS设备气室设置、断路器布置方式的区别，往往很多GIS设备在间隔扩建时除了交流耐压试验外，在设备组装、抽真空、电气连锁试验等阶段也需要考虑扩建段母线停电。

    1.2 双母线接线扩建接口

    因双母线接线方式变电站间隔均通过母线隔离开关接于两段母线，此种接线方式中不管是否延长母线均需要考虑全站停电，但停电时间根据前期GIS设备布置方式的不同也会差别很大。

1.3 结论

综合以上两种主接线型式，在GIS设备扩建工程实施过程中是否需要停电主要涉及SF6气体的处理和交流耐压试验两个工序实施过程中是否会对运行设备造成影响。

3 SF6气体处理

GIS扩建涉及的SF6气体处理主要包括：气体回收、抽真空以及气体微水、检漏试验。进行气体回收和抽真空作业的气室，因气压降低绝缘下降，其中的各导体当然必须停电。需要说明的是当前气室抽真空时，相邻气室通常也有可能需要降压。现场抽真空时，为达到足够真空度（小于133Pa），抽真空状态往往维持长达2-3小时，有些GIS设备投运时间较长，设备老化导致气隔超载承压的能力已无法保障，一旦泄漏将导致相邻带电气室内绝缘水平急剧下降，且泄漏时不易及时发觉，可能引发母线保护动作、流窜电弧伤人等严重后果。因此实际施工过程中一般会将降压气室内设备同时停电，确保施工安全。

根据国家电网公司2018版反措要求，GIS 最大气室的气体处理时间不超过 8h。252kV 及以下设备单个气室长度不超过 15m，且单个主母线气室对应间隔不超过 3 个。在工程设计阶段，为了减少下期扩建工程中在SF6气体处理阶段造成不必要的停电，在GIS设备一期设计时除了满足国家相关标准外，还应充分考虑气体回收和抽真空作业时是否会扩大停电范围。

4 交流耐压试验

对于需要扩建母线的GIS设备，扩建后新接入的母线及其间隔均需要通过交流耐压试验方可投入运行，此时需考虑新扩间隔及扩建段母线停电进行耐压试验；对于母线已上齐的GIS设备，扩建后仅需要对新扩的建个部分进行耐压试验，但扩建部分与相邻运行部分仅通过隔离开关断开，耐压试验会存在风险。

GIS在间隔扩建和检修后，其扩建部分与相邻运行部分仅通过隔离开关断开，若运行部分不停电，则交流耐压时隔离开关断口处可能会发生试验电压与运行电压反向叠加导致隔离开关断口击穿，进而危及运行设备，因此DL/T555、DL/T617、DL/T618规定GIS耐压试验时相邻设备应断电或接地，否则应考虑由于突然击穿对原有部分造成的损坏采取措施。对扩建部分的断路器单元耐压时，运行的母线与试验电压之间仅有一个断口隔离，而现场广泛采用的交流谐振耐压试验方法中，试验电压的初相角是不确定的，试验波形的频率由试品容量和试验设备的参数决定，若母线不停电，可能在母线侧刀闸的断口上的电压可能大于隔离开关断口短时出场耐压值，危及母线运行安全。

5 GIS设备扩建不停电有效措施

    5.1 双断口隔离开关技术

    对于母线隔离开关已上，本期只需要扩建相应间隔的GIS设备的情况，导致整段母线需要停电的主要原因是耐压试验时扩建部分与相邻运行部分仅有一个隔离开关断口。现有些设备厂家在GIS母线侧预留双断口隔离开关单元，扩建的断路器单元与运行母线之间将有两个隔离刀闸断口，且在两个断口之间设有辅助接地刀闸，可以实现母线不停电扩建和耐压试验，此方案可以解决前期将母线隔离开关上齐的情况下GIS设备不停电扩建。但相对于单断口隔离开关，双断口隔离开关造价更高，设计时需考虑其经济性。

5.2 同频同向交流耐压试验

    国家电网公司于2014年发布了Q/GDW11303-2014《气体绝缘金属封闭开关设备同频同相交流耐压试验导则》，推荐取用母线电压作为参考电压，利用调感设备调节谐振回路电感得到工频谐振的试验电压波形，使试验电压与相邻设备（母线）的运行电压同频同相，确保刀闸断口上的电压为试验电压与运行电压绝对值之差，以消除该断口叠加产生过高电压的风险。该技术的应用突破了扩建GIS间隔必须“陪停”才能进行耐压试验的障碍。但是此项技术需使用的可调电抗器体量较大，对试验人员要求较高，需征求各方同意方能进行。

5.3 设置过渡气室和可拆卸导体

    在GIS设备扩建的对接处可考虑预留过渡气隔，该气隔与已上部分之间仅由波纹管内的导电杆连接，不设置绝缘件。母线停电前，将新母线设备安装完毕，使其具备耐压条件，仅留波纹管不安装。在波纹管位置安装临时封盖，将新母线及其上间隔设备耐压全部通过后，再在母线停电时拆除临时封盖，接入不含绝缘件的波纹管和导电杆，无需母线全停耐压。此方案对于GIS设备不停电扩建较实用，但需同时考虑过渡气室设置的位置，综合配电装置室整体平面布置方案合理设置过渡气室。

6 结论

    在涉及GIS设备的变电站设计时，需关注GIS设备自身的结构，同时结合工程实际情况，在一期设计时充分考虑后期扩建，尽量避免可能导致变电站停电的因素，根据建设、运行维护、调度等各方的需求选择合适的方式减少扩建工程停电，减少电网运行的压力。

参考文献

[1]国家电网有限公司 基建技术应用目录（2022年版）［S］．

[2]李忠富、吴军辉、闫亚刚、刘恒、杨卫国. GIS母线不停电扩建预留接口设计．科学咨询［J］，2020，678（10）：59.

[3]刘璐、闫亚刚、费书东、刘静. 如何合理预留GIS设备扩建接口．河南科技［J］，2013，5：98.