嚴(yán)寒地區(qū)配電裝置選型研究

易 鵬

（國網(wǎng)電科院檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)有限公司，江蘇 常州 213127）

0 引 言

為滿足興安盟扎賚特旗負(fù)荷增長(zhǎng)需要，需完善興安盟地區(qū)220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，適應(yīng)興安盟地區(qū)電網(wǎng)發(fā)展，建設(shè)蒙東興安巴達(dá)爾胡220 kV輸變電工程。

1 工程概況

1.1 建設(shè)規(guī)模

本工程最終規(guī)劃2×120 MVA主變，220/66/10 kV電壓等級(jí)，本期建設(shè)1臺(tái)120 MVA。

1.2 站址環(huán)境

本變電站位于興安盟扎賚特旗西北45 km，秋季短促，霜凍來臨早，冬季嚴(yán)寒，積雪時(shí)間長(zhǎng)，冬季極易出現(xiàn)低于-30 ℃的極寒天氣。而寒冷的低溫天氣，十分不利于電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 嚴(yán)寒地區(qū)各種配電裝置型式技術(shù)比較

通常高壓配電裝置型式有三種方式：AIS配電裝置、GIS配電裝置和HGIS配電裝置。

2.1 HGIS與AIS方案比較

（1）空氣絕緣的敞開式開關(guān)設(shè)備（AIS）以瓷套作為設(shè)備外殼和外絕緣，優(yōu)化了投資成本，但占地面積大，而HGIS在減少占地面積方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

（2）HGIS的造價(jià)介于AIS和GIS之間，但是HGIS是一種不帶充氣母線的相間空氣絕緣單相GIS，使得現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊、安裝、維護(hù)方便以及運(yùn)行可靠性高[1]。

（3）HGIS與AIS相比，HGIS設(shè)備采購費(fèi)用比AIS貴，但它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，尤其是減少了土建占地、設(shè)備構(gòu)支架以及套管數(shù)量。

由此可見，對(duì)于變電站來說，HGIS的優(yōu)勢(shì)在于：

（1）提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性；

（2）提升了設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；

（3）有便捷的現(xiàn)場(chǎng)施工；

（4）擴(kuò)建方便、靈活性高，HGIS采用外置母線，方案布置靈活。

2.2 HGIS與GIS的對(duì)比分析

2.2.1 HGIS相對(duì)于GIS缺陷率更低

根據(jù)遼寧電網(wǎng)在5年期間對(duì)58起缺陷故障進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果（如表1所示），發(fā)現(xiàn)在按電壓等級(jí)劃分下，GIS的缺陷率遠(yuǎn)高于HGIS的設(shè)備缺陷率。

2.2.2 HGIS相對(duì)于GIS組合電器有更強(qiáng)的抗震性能

HGIS不同于GIS設(shè)備的硬連接方式，它的每個(gè)間隔都是采用柔性連接，具有更好的抗震性能。HGIS氣室沒有盤式絕緣子，可靠性高。

2.2.3 HGIS比GIS運(yùn)行可靠性更高

（1）HGIS的鋁鑄技術(shù)使密封法蘭金屬面直接壓接，很好地解決了動(dòng)、熱穩(wěn)定方面的問題；

（2）HGIS使用少量盤式絕緣子，降低了內(nèi)部絕緣件的故障率，增強(qiáng)了可靠性；

（3）HGIS使用多工位的隔離開關(guān)，易損元件減到最少，而多工位隔離開關(guān)從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上本身就帶有防止誤操作的功能，且操作簡(jiǎn)單，功耗小[2]。

2.2.4 HGIS相對(duì)于GIS組合電器方便安裝維護(hù)

（1）HGIS的一個(gè)開關(guān)間隔做成一個(gè)模塊，整體出廠運(yùn)輸，安裝簡(jiǎn)單方便；

表1 GIS和HGIS缺陷率對(duì)比表

（2）安裝調(diào)試便捷，252 kV以下的設(shè)備一個(gè)間隔一天即可安裝完成；

（3）維護(hù)方便，HGIS擁有很長(zhǎng)的免維護(hù)期限；（4）供貨周期短。

2.2.5 HGIS相對(duì)于GIS成本更低

HGIS的造價(jià)與同樣規(guī)模和種類的GIS相比降低了1/3。經(jīng)過上述分析，HGIS更強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)的免維護(hù)特點(diǎn)。

3 低溫條件下HGIS的SF6氣體防液化措施

SF6氣體被廣泛應(yīng)用于斷路器中，但是在低溫環(huán)境下和一定壓力情況下的SF6氣體將會(huì)被液化，導(dǎo)致絕緣和滅弧性能相應(yīng)下降。因此，本次設(shè)計(jì)競(jìng)賽應(yīng)充分考慮此方面的影響，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

3.1 SF6氣體的物理特性

由于在低溫達(dá)到一定條件時(shí)SF6的壓力會(huì)降低，一般當(dāng)壓力值小于0.3 MPa時(shí)，SF6氣體將會(huì)發(fā)生液化。也就是說，在嚴(yán)寒環(huán)境中，SF6氣體的壓力極易降低至0.3 MPa以下，易發(fā)生液化反應(yīng)。

3.2 HGIS內(nèi)部SF6斷路器防液化的措施

3.2.1 SF6斷路器體外加熱

將加熱裝置放在HGIS SF6斷路器殼體外端，可以有效防止液化。實(shí)踐證明，加熱器存在的主要問題是：加熱器本身壽命短，會(huì)直接影響設(shè)備的運(yùn)行安全，理論上不合理；低溫繼電器的壽命和精度會(huì)影響加熱器自身的可靠運(yùn)行。

3.2.2 優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)，降低表壓防液化

SF6氣體液化溫度隨著氣壓的降低而降低。因此，可以采用降低SF6斷路器額定充氣壓力的方法降低液化溫度，但這種方法會(huì)降低斷路器的絕緣性能和開斷。表2為不同廠家常規(guī)地區(qū)瓷柱式斷路器壓力值，表3為不同廠家寒冷地區(qū)瓷柱式斷路器壓力值。

為了解決以上矛盾，許多廠家設(shè)計(jì)開發(fā)了低氣壓、單斷口結(jié)構(gòu)的SF6斷路器，可以在不改變開斷電流的情況下，使降低斷路器所需的SF6氣體壓力成為現(xiàn)實(shí)。

表2 不同廠家常規(guī)地區(qū)瓷柱式斷路器壓力值

表3 不同廠家寒冷地區(qū)瓷柱式斷路器壓力值

3.2.3 采用混合氣體的方式防液化

采用SF6和CF4氣體混合，兩者不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍保持各自的特性。充氣后，經(jīng)過一段時(shí)間達(dá)到相互平衡，保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。相同壓力下，混合氣體臨界液化溫度是-45 ℃，可以適應(yīng)我國絕大部分寒冷地區(qū)的環(huán)境條件。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)廠商普遍采用HGIS體外伴熱帶的加熱方式，其相對(duì)較為成熟，運(yùn)行安全性較高，并具有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)難度相對(duì)較低，防液化效果較好。因此，本期工程采用HGIS體外伴熱帶的加熱方式防止SF6氣體液化。

4 結(jié) 論

綜合以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，AIS配電裝置、GIS配電裝置、HGIS配電裝置三種配電裝置型式技術(shù)上各有優(yōu)勢(shì)。在遵循節(jié)約用地、運(yùn)行安全和操作巡視方便、便于檢修和施工安裝、節(jié)約資源、降低造價(jià)以及適應(yīng)模塊化智能變電站特點(diǎn)的原則下，推薦蒙東興安巴達(dá)爾胡220 kV變電站采用HGIS配電裝置型式。該方案占地小，全壽命周期投資省，環(huán)境友好，符合國網(wǎng)公司“兩型一化”“全壽命周期成本最優(yōu)”的要求。

從運(yùn)維安全方便性的角度綜合考量，選取HGIS設(shè)備體外伴熱帶的加熱方式。該種方法技術(shù)難度低，易于實(shí)現(xiàn)，能夠有效防止SF6氣體液化，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，是國內(nèi)HGIS廠家采用的主要防液化手段。