水力發電廠GIS改造工程研究

任洋

（國網新源控股有限公司白山發電廠，吉林 樺甸 132400）

1 工程簡介

白山廠一期220KV戶外開關站敞開布置，且處于棄水泄洪范圍內。此開關是白山一期電站3臺30萬千瓦水輪發電機組送出的唯一通道。一旦開關站內電氣設備受損停運，直接造成3臺機組停運，造成發電量減少，又會因機組停運下泄量減少被迫增大泄洪閘門開度產生更大的霧化威脅，白山廠在2010年泄洪時出現了線路阻波器連接金具折斷、連接導線斷股的故障，對安全生產造成嚴重威脅。為防止此類情況發生，白山廠一期電站進行改造，把原一期電站戶外開關站220KV配電裝置，更換為河南平高東芝高壓開關有限公司生產的G1B252KV型氣體絕緣金屬封閉開關設備（簡稱GIS）。主接線由原來的主路/旁路發變組單元接線改為單一斷路器的發變組單元接線，GIS設備安裝在一期地下廠房六氟化硫洞內。此設計改造把原戶外開關站220KV設備整體移至一期地下廠房內，避免因戶外天氣環境影響及開閘放流惡劣環境引起的高壓設備運行不穩定的狀況。

2 白山廠GIS的主要組成部分

2.1 GSP-245EH型氣體斷路器

2.1.1 GIS斷路器

GSP-245EH型氣體斷路器是一種緊湊的和高性能的臥式斷路器，為應用于氣體絕緣的封閉開關電器GIS而設計。采用單壓式（又叫噴氣式）滅弧原理，它利用了SF6氣體良好的絕緣性能和滅弧能力，GSP-245EH型氣體斷路器的滅弧室采用最佳設計。

2.1.2 斷路器控制回路

氣體斷路器的控制回路由一個包括防跳繼電器的合閘回路，雙重跳閘回路，一個相差檢測回路和一個在異常的氣體狀態及液體狀態（不正常的壓力降低）下用于報警和操作塊的保護回路所組成。控制回路安裝在封閉電器的匯控柜內，匯控柜通過電纜插接件與斷路器相連。在這個條件下，當發出一個分閘指令，分閘線圈受電，即便在此時合閘指令不發出，分閘操作也會進行機構分閘步驟。

2.1.3 斷路器非全相保護裝置

對于異步保護裝置，就是如果三相在合閘操作中不同步進行，那么三相在一定的時間延遲后分閘。在合閘操作中發生異步時，僅故障相的b觸點保持在閉合狀態，而正常相的a觸點都是閉合的。因而時間繼電器47T受電。在經過一段延遲時間后，通過時間繼電器的作用，一個輔助繼電器47X受電并閉合它自身的a觸點。所有相的分閘線圈通過故障相的b觸點和47X的a觸點受電，這些觸點都是閉合的。然后所有相進行分閘操作。

2.2 220kV GIS隔離開關和接地開關

平高東芝生產的GIS組合電器內部設備，由由一個隔離開關和一個接地開關及一個快速接地開關組合而成后封裝在一個充有SF6氣體的接地殼體內。通過裝在設備殼體旁邊的操作機構，既可以進行電動操作，也可以進行人力操作。用于變電站的隔離開關和接地開關有可信度高的荷蘭KEMA試驗站的型式試驗證書。

2.3 GIS電壓互感器、電流互感器

2.3.1 GIS電壓互感器

GIS選用的互感器是一種接地型、用SF6氣體絕緣的電壓互感器，其接線應注意的問題：二次回路接線應采用截面積不小于1.5mm2的絕緣銅線，排列應當整齊，連接必須良好，盤、柜內的二次回路接線不應有接頭。電壓互感器的外殼和二次回路的一點也應良好接地，一、二次回路應裝有熔斷器，避免超負荷運行，電壓互感器的極性和相序必須正確。

2.3.2 GIS電流互感器

白山廠采用的電流互感器是環形鐵芯電流互感器（BCT）以下簡稱（CT），它是是電流互感器的一種，它的二次繞組分布在一個環形鐵芯上。CT可為操作儀器、儀表和保護繼電器提供一種便捷的二次電流供應電源。CT必定有一個長的磁路，一次線圈僅一匝。CT通過GIS（或GCB）的接地罩或接地外殼與一次繞組完全隔離（insulated），而CT本身的絕緣通過不變的已裝配好的環形二次繞組來實現。

3 白山廠GIS改造二次回路設計思路

以1號機組為例，拆除一期開關站220KV線路主路開關、側路開關、二次回路控制電纜及相關二次回路；拆除一期開關站220KV主路及側路線路側、發電機出口側隔離開關二次回路電纜；拆除白東南線保護屏交流電壓、交流電流回路二次電纜；拆除1F發變組差動保護電流回路二次電纜。重新敷設電纜，完成一期六氟化硫洞內GIS二次設備安裝、接線及調試工作，并對白東南線（1號機對應的線路名稱）雙套保護跳閘出口回路、斷路器位置檢測回路進行改造，按反措要求，實現雙重化保護與雙跳閘線圈斷路器回路配合要求，同時對1F機組雙套保護跳閘出口回路進行改造，使之滿足反措要求。

3.1 GIS斷路器、隔離開關、接地刀閘控制回路形成

按照設計院提供的圖紙和電纜清冊，結合現場實際設備，形成斷路器（GCB）、隔離開關（DS）、接地刀閘（ES）控制回路二次接線，包括GIS本體設備至匯控柜部分，及匯控柜引出到現場設備部分。本次改造為配合GIS斷路器控制回路形成，安裝許繼電氣生產的ZFZ-812A分相操作屏。斷路器控制電源為直流220V，合閘回路和分閘1回路與分閘2回路取自不同的直流電源開關。由負荷屏到操作屏，至GIS匯控柜。

3.2 GIS斷路器、隔離開關、接地刀閘信號回路形成

斷路器控制信號、三相位置信號送到機組PLC，隔離開關、接地刀閘位置信號、電壓互感器空開跳閘及斷路器分相位置信號送到公用PLC。

3.3 其他相關回路形成

機組發變組差動保護電流回路：取主變高壓側電流互感器二次電流量至發變組保護A盤，完成發變組差動保護用電流接入第一套發變組保護工作。機組微機型電調速器發電狀態：從GIS匯控柜到機旁電調控制盤，接入斷路器輔助接點引來的發電狀態控制。機組勵磁控制斷路器輔助接點引入：接入斷路器輔助接點，取斷路器常開接點兩對。斷路器位置送機組遠傳RTU：接入RTU所需斷路器合閘位置。

結語

白山發電廠一期電站GIS改造在一次、二次整體設計思路完善的前提下，順利按期交工，并且一次試驗成功，標志著GIS設備首次在東北大型水電廠投運成功，為白山廠形成"無人值班"（少人值守）推進了步伐。經過1年的投運時間，白山一期GIS設備運行可靠，未發生因GIS設備問題造成停運等事故。大大減少了運行值班人員的巡視檢查時間，同時減輕了檢修維護人員的工作量，為白山廠的智能化水電廠推進做出了貢獻。

[1]《電氣工程師手冊》編輯委員會.電氣工程師手冊[M].中國電力出版社.2008.

[2]周浩，王慧芳.電力工程[M].浙江大學出版社，2007.