淺談GIS組合開關設備在電廠中的應用

武漢凱迪電力工程有限公司 趙建政

淺談GIS組合開關設備在電廠中的應用

武漢凱迪電力工程有限公司 趙建政

電氣主接線方案設計是電廠發電機組安全可靠、高效經濟運行生產的重要保障,是一項需要對方案技術和經濟性進行反復論證研討的復雜過程，直接影響到發電機組能否發揮出良好的電氣性能，涉及到電廠電源接入電網系統匹配性能、機組“無人值守（少人值班）”自動化水平等方面的內容。電廠裝機容量的不斷擴大，特別是最近10年電力電子技術的不斷完善，加上設備元件制造成本的降低，電廠的變配電設備也逐步由敞開式向緊湊型發展。本文結合自我實際工作經驗，主要對GIS組合金屬封閉開關設備在電廠電氣主接線上優化設計中一些重點進行分析探討。

GIS 電廠 電氣主接線 組合開關

開關設備的絕緣和滅弧性能一直是電氣設備發展的制約因素。GIS組合式金屬封閉開關設備利用六氟化硫氣體強大的絕緣和滅弧功能，將母線、斷路器、接地（或非接地）開關等高壓設備有效布置在帶接地裝置的緊湊型全封閉金屬筒內，有效提高了各開關設備的綜合電氣性能[1]。GIS由于其具有整體占地面積小、抗干擾能力強、檢修維護方便、設備間無電磁互擾等優點，在大容量電廠中發揮巨大的作用，大大提高了電廠單位裝機的總投資綜合效益。電廠電氣主接線設計過程中，GIS方案是否靈活可靠、設備間選型是否匹配、參數間是否優化等方面都直接影響到電廠能否高效穩定運行。不合理的GIS方案，不僅導致機組不能發揮高效的電氣性能，同時給電廠日常運行維護帶來巨大不便。因此，在電廠電氣主接線GIS方案設計過程中，結合電廠的工程特性，經過技術和經濟等多方面的因素全方位的考慮GIS的組合方案，對提高電廠生產綜合效益有巨大的工程實際意義[2]。

一、電廠電氣主接線優化設計方案比選

電廠電氣主接線設計是一個包含很多因素的綜合性分析探討過程。設計出技術上可行、經濟效益較高、運行安全可靠、操作靈活簡單、日常檢修維護方便得綜合性方案是電廠電氣主接線設計的主要目的。電廠電氣主接線設計時，要根據工程的實際條件，結合當地電網的結構特性，合理選擇GIS配套方案和電源接入點，從技術和經濟等多方面進行系統的談論。某電廠裝2臺機組（1G和2G），分別通過對應的主變壓器（1Tr.和2Tr.）進行變電后送入電廠110KV-GIS組合開關設備中，再通過GIS送入對應的區域220KV變電站，其電氣主接線的主要方案如圖1所示：

圖1 電廠110KV-GIS主接線方案

從圖1可知，兩種方案在技術上都是可行的，都能將機組所發的電能有效送入220KV區域變電站中，現對電廠110KV-GIS主接線方案的所選用的設備進行經濟性能比較分析，將GIS中主要的設備及對應的費用列表1所示：

表 1 兩種不同的GIS主接線方案設備及費用清單

從表1中可知，電廠兩種電氣接線方案所采用的設備數量幾乎相同，除了角形接線方案中多采用了一臺110KV母線PT外，其余設備數量和類型上基本一致。如果以角形接線方案為投資基準方案而言，方案二的投資比為93.53%。現就兩種方案的綜合優缺點進行分析如下：

1.方案一。

優點：

（1）電廠兩臺機組電能輸出回路中送電是相互獨立的。在GIS角形接線系統中，四段接線單元相互間沒有形成對應的匯流母線，即在實際運行過程中，GIS接線中任一段出現故障或檢修時,只需利用對應的保護單元操作該段的線路開關將故障有效切除即可,不影響其它單元的正常運行。

（2）電廠GIS內部配電設備采用閉合環形接線方案,提高了電廠供電可靠性和運行調度靈活性都比較高。

缺點：

（1）當GIS配電回路中任一臺斷路器出現故障或檢修時,GIS系統將處于開環運行工況,從而降低了該接線方案的綜合可靠性；

（2）系統擴建不方便，相互約束性較強；

（3）設備總投資要比方案二要高。

2. 方案二。

優點：

（1）采用單母線、單回路接線方式。送電回路各自采用獨立的斷路器，相互獨立性較強，互不干擾。

（2）GIS內部接線簡單清晰,不需要復雜的繼電保護系統，綜合控制系統簡單。

（3）系統擴建擴容方便、易行。

（4）設備投資較方案一稍低。

缺點：

（1）采用單母線的接線形式，當母線及所連接的電氣設備任一單元出現故障或檢修時，均會造成全廠電能無法送出,故障影響范圍廣，經濟損失較大。

（2）當GIS內部線路斷路器出現故障或檢修,也可以造成全廠電能無法送出,供電綜合可靠性較方案一低很多，運行調度不靈活。

從上述兩種方案的優缺點綜合比較討論結果看，方案一在系統供電可靠性、故障或檢修影響范圍、運行調度靈活性等技術性能方面都要優于方案二；而在經濟投資上只比方案二多采用一臺母線PT，占總投資的50/773=6.5%，投資比也較優越。因此，從技術和經濟效益兩方面進行綜合分析探討后，推薦方案一為該電廠的GIS內部接線方案。

從圖1和表1及各方案的優缺點可以看出，對于同一工程而言，不同的設計方案將會帶來不同的綜合技術性能和經濟效益。因此，在電廠電氣GIS接線設計時應該根據工程功能和實際工況性能，選取多種技術可行的綜合接線方案，并在結合經濟效益的基礎上，進行綜合技術和經濟比較分析，最終選取工程投資、運行、調度、檢修等性能都較優越的GIS內部接線方案，有效提高電廠供電可靠性和經濟效益。

二、電廠電氣主接線設計時應充分考慮擴建靈活性

電廠GIS組合開關設備如同室外變電設備一樣也有自己對應的間隔，不過在GIS內部稱為氣室。GIS氣室是相互獨立的，將封閉金屬筒內的電氣設備有效隔開，保證各設備具有良好的電氣性能。GIS氣室間的隔板材料成本是相當昂貴的。如果在規劃設計階段沒有有效考慮到系統分期建設及后期擴建需求，就會導致后期GIS氣室擴建費用遠遠大于常規設計，同時由于GIS氣室密封性能非常嚴格，每外加一個氣室，就給GIS氣室間相互匹配添加了更大的壓力，也增加了系統故障或事故率，大大降低了GIS供電可靠性。因此，在電廠GIS設計時，應該充分考慮系統分期建設和后期擴建的綜合工程特性，并做好相應的建設和擴建計劃措施，防止發生全廠大面積停電事故，有效提高系統供電可靠性和綜合經濟效益[3]。

三、結束語

電廠GIS接線設計過程中，應從技術、經濟等多個方面進行全方位的比較分析，選取適合工程特性的安全穩定、高效經濟的綜合方案。并在規劃設計時，充分考慮到系統分期建設和擴建需求，制定有效的規劃設計方案，提高電廠GIS綜合電氣性能，保證系統供電可靠性，增加電廠綜合經濟效益。

[1] 卓樂友.電力工程電氣設計200例[M.北京:中國電力出版社,2004.

[2] 吳祎瓊,賀虎,龐亞東,等.晉東南變電站1000 kV 配電裝置設計[J].電網技術,2009,33(13):19-23.

[3] 李宏任.實用繼電保護[M].北京:機械工業出版,2002.