220kV配电装置型式选择分析研究

220kV配电装置型式选择分析研究 (国电电力某某新能源开发某某某) 一、各装置根本概述

目前，220kV配电装置型式主要有户外AIS与GIS两种方案。

〔一〕户外AIS方案 国内220kV 户外AIS配电装置型式有：支持式管形母线中型、悬吊式管形母线中型、软母线中型和软母线改良半高型等布置型式。其中，管型母线配电装置占地面积小，起晕电压高，无线电干扰小，易实现配电装置工厂化生产，对设备、导电体、支架均可在工厂制作完成后运达现场安装，从而可大大提高工作效率，目前在工程中属于应用较为普遍的方案。本专题采用支持式管母线布置形式作为户外敞开式配电装置的代表作为比选方案。

〔二〕户外GIS方案 GIS又称SF6全封闭组合电器。它是利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，将一座变电站中除变压器以外的所有一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器及母线等，按接线要求组合在一起，全封闭在接地的金属壳中，形成一个有机组合的整体。外壳由法兰连接，同相各相邻的法兰间均由导体连接。目前国产220kV GIS 设备在技术上日趋成熟，近几年设备造价逐年下降，已在电力行业和其它行业用户得到广泛应用。 二、各220 kV 配电装置特点 〔一〕户外AIS敞开式开关站的特点 1、 中式布置将设备放置在一定高度的支架上使带电部件保持必要的离地高度运行人员能平安地进行操作维护及巡视；2、布置清晰明了运行检修方便；3、相对于其它敞开式布置形式构架简化施工工作量小工期最短；4、防污性能差抗震性能较好；5、AIS视设备不同常规检修预试周期为1－3年，维护周期约为10年。

6、 占地面积大，根本为GIS方案的2倍。

〔二〕户外GIS 组合电器方案的特点 1、 占地的面积和空间小。本工程220kV SF6 组合电器同屋外敞开式设备比拟其空间占用率为K=1/7， 面积占用率A=1/3。

随着占地面积缩小不仅大大减少了土地征用和平整场地的费用相应的设施也随之简化土建工程量也相应减少大量减少土建投资；2、不受气象环境条件影响，设备运行平安可靠。根据对已运行的电器设备调查统计外绝缘事故与内绝缘事故之比约为10︰1 因此采用SF6 封闭组合电器由于没有或很少有暴露在大气中的外绝缘绝缘的可靠性大为提高，对已投运的国内外GIS 统计说明其可靠性与敞开电器相比近似为 10︰1 同时将有效地解决污秽问题也消除了海拔高度大风降雨冰雪潮湿气压变化等气象环境和小动物等外物引起的绝缘闪络事故；3、 抗震性能好GIS 配电装置重心低瓷套等脆性元件少抗震性能较好；4、由于GIS 配电装置高压被金属外壳所屏蔽不会发生人为触电事故；5、动热稳定性较敞开式好；6、安装工期短,检修工期长。由于GIS 配电装置在出厂前已调试合格并分部位组装好，现场安装工作主要是进行整装和调试。GIS装置为免检产品，国内外的运行经验说明维护周期为20～30 年。

7、 GIS 检修周期长但每一次的检修时间相对较长且要求高；8、一次设备投资高。对于220 kV 设备其造价约为敞开式的2倍。 三、各220 kV 配电装置方案比拟 项 目 AIS方案 GIS方案 平安 可靠性 在高寒地区的冬季，设备会受到低温的影响 不受外部恶劣环境影响，整套设备的可靠性极高，设备运行平安 维护检修 维护周期短，工作量较大 检修周期长，根本为免维护，维修工作量极小 运行管理 运行方便，国内有及其丰富的运行管理经验；抗震性能强〔悬吊式〕 设备集中，操作管理方便，没有触电危险，无静电感应和无线电干扰、抗震性能好 安装施工 施工安装复杂、工程量大，施工工期约55天，施工费用较高 设备为模块化，为工厂制造，现场安装施工工期约45天，调试时间较长 运行业绩 很多 沿海、高污染和高寒地区业绩较多 运行环境 在高寒地区冬季运行环境较差，适用于IV类以下的污区，海拔高度2000m以下地区，地震根本烈度8度以下地区 运行环境好，适用于IV类及以上的污区，海拔高度2000m及以上地区，地震根本烈度8度及以上地区 土建 工作量 较大 较小 对配电装置扩建影响 有充足的扩建空间 扩建时主母线连接受 占地面积 为GIS方案２倍 综合比拟：敞开式支持式管母方案的主要优点是投资比GIS方案少，但运行可靠性、运行维护工作量、环境适应性等方面的指标不如GIS方案，尤其是当空冷热交换器管束的不定期清洗时，清洗后的污水可能会对敞开式的电气设备产生直接的威胁。

假设假定户外敞开式及GIS设备的可靠性相当的情况下，采用户外敞开式设备优势较为明显；但考虑到可靠性差异，由于检修带来的送电受阻损失费用后，GIS 方案的技术经济优势会比拟明显，将对电厂整个经营期间带来较大的经济效益。

四、工程实例 以阳高低深井工程为例，本工程批复要求220kV侧预留4回出线，终期规模较大，但本风电场工程只需建设一回出线间隔，因此GIS设备优势较明显。

本工程220kV本期新建220kV主变进线1回，出线1回，终期出线5回，220kV侧采用单母线接线。下面对SF6全封闭组合电器〔GIS〕设备户外布置和常规设备〔AIS〕户外敞开式布置两种220kV配电装置方案〔本期〕进行比拟。

根据220kV侧接线方式及进出线方向，220kV配电装置采用屋外中型断路器单列布置方式，GIS方案占地面积2030m2〔70m某29m〕，AIS方案占地面积5390m2〔98m某55m〕。

两种方案优缺点比拟见下表。

AIS方案 GIS方案 特点 运行可靠；占地面积和空间小 成熟可靠；设备状态明晰；占地面积较大 可靠性 高，不受环境影响，适用于高海拔，高盐密，重污染地区 较高，适用于在低海拔，污染不严重地区 检修周期 长 短 设备价格 约250万元 约120万元 GIS设备构架及根底 约70万元 _ 征地费用 约24万 约65万 户外设备构架及根底 _ 约100万元 可比总投资 约344万元 约285万元 结论 0 -59万元 综上述比拟：两方案在本期上，配电装置敞开式投资更有优势，但受征地影响敞开式占地面积较大，站区其他建筑布置受限，且GIS运行可靠性更高后期运维更便利。

五、AIS改造GIS可行性 由上述介绍可知，GIS设备结构与AIS设备结构完全不同，在AIS改造GIS时，需要撤除现有设备、支架及母线，本钱较高，因此仅适合老变电站技术改造或全站需要改扩建的工程。

相比GIS设备，HGIS设备更适合AIS站改造，HGIS为间隔设备的组合，因此改造时只需要单独替换单一间隔的设备，可以逐步替换，如下列图所示，本工程为110kV常规站增容改造，由于站区面积受限，

远期#3及#4主变采用HGIS设备，占地面积大幅缩小，且较GIS改造过度更加平滑。〔HGIS是一种介于GIS和AIS之间的新型高压开关设备。HGIS的结构与GIS根本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而结线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。〕