户内GIS变电站设计探讨

引言

近年来,广东沿海地区台风极端天气频繁,多次出现登陆广东的强台风,登陆风速超过35m/s。目前变电设备规范中,一般使用条件为抗风能力不低于35m/s,难以抗御极端台风天气的影响。据统计,台风天气下同一电压等级的敞开式变电站受损情况远远严重于GIS变电站。

广东电网针对变电站的布置型式,在《35kV~500kV变电站装备技术导则》中提出:在城市中心区、大风区(最大风速超过35m/s)及沿海地区(沿海岸线50km内),220kV变电站应选用户内GIS布置。

GIS变电站布置较为紧凑,设备多为多层布置。特别是户内变电站的土建设施,需一次建成,设备运输通道还需考虑设备的检修及扩建设备的运输安装。

1GIS设备概述

GIS(Gas-insulatedMetal-encloseswitchgear)是指气体绝缘金属封闭开关设备,用于开合系统故障电流、转换母线和隔离线路、过电压保护和电压/电流测量等。GIS主要由以下元件组成:断路器(GCB)、隔离开关(Ds)、接地开关(Es)、快速接地开关(FEs)、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、避雷器(AT)、进出线终端、汇控柜、连接导体。GIS元件按一定的接线方式封装于金属封闭壳体内,充以一定压力的sF6气体作为灭弧和绝缘介质,以实现间隔的供电、控制、计量、保护等功能。

GIS的应用打破了传统变电站的概念,使得小面积、大容量变电站的发展得以实现。相较于传统的AIS设备(空气绝缘开关设备),GIS设备具有以下特点:

(1)布置紧凑,体积小,占地面积小。由于采用sF6气体作为绝缘介质,导体相间及对地绝缘距离大大缩小。一个AIS设备220kV间隔宽度为13m,一个GIS设备220kV间隔宽度仅为3m:一个AIS设备110kV间隔宽度为8m,一个GIS设备110kV间隔宽度仅为1.5m。GIS设备与AIS设备用地面积对比如表1所示。

(2)可靠性高。GIS设备全部电气元件均封装于充满惰性sF6气体的金属壳体内,除架空进出线外,带电体不暴露在空气中,运行条件不受自然环境的影响,其可靠性和安全性高于AIS设备。同时,由于所有元件组合成一个整体,使其具有优良的抗震性能。

(3)运行维护量少,免维护周期长。因其结构布局合理,灭弧系统先进,大大延长了产品的使用寿命,因此检修周期长,维修工作量小,而且由于小型化,离地面低,因此日常维护方便。

(4)安装周期短。GIS设备体积小,使其整体运输成为可能。GIS设备可在工厂内整体装配和试验合格后以单元或间隔的形式运输到现场,从而缩短现场安装工期,提高可靠性。

(5)GIS设备结构比较复杂,产品的设计制造、安装调试要求高,造价高。

2设备运输

设备进入站内,通过站内环形道路运输,道路路面宽4.5m,道路转弯半径一般按9m设计。220kV变电站运输最大件设备为220kV主变压器本体,其重量可达约180t,体积也很大。主变压器运输车辆必须停在场内距离变压器基础位置较近的地方,进行人工二次倒运,同时应尽量减小运输距离,以方便就位安装。主变压器的安装就位一般采用地面运输方式,如采用垫滚杠拖拽、垫钢轨用千斤顶顶推等方式。主变套管等的安装,则一般采用汽车起重机起吊。

屋内配电装置等利用吊车、房间梁上吊点、滚杠或小车安装就位。电气设备布置在二层及以上时,可设置室内吊装孔或室外吊装平台。搬运孔尺寸一般按设备外形加0.3m考虑,搬运通道的宽度一般可比最大设备的宽度加0.4m,对于电抗器加0.5m。对于窄长形的电气设备,运输走道可按设备窄边设置,仅增加运输门的尺寸以满足运输转弯半径。

根据对不同厂家设备尺寸的统计,220kV户内变电站的运输通道可参考表2尺寸设计。

3GIS吊装

GIS的安装和检修需考虑设置起吊设施。对于户内布置GIS,如设备较少,可采用预埋吊钩的办法:如设备较多,宜采用吊车,吊车的起重量和高度应根据各厂家设备的组合而定。

GIS设备从吊装孔或吊装平台搬运进GIS室后,需通过吊车将设备就位安装。根据以往工程经验,220kVGIS吊高为7m,110kVGIS吊高为6.5m。该吊高一般仅满足解体设备检修或运输,无法满足设备跨间隔整体吊装的要求。

由于GIS设备对洁净度要求较高,一般在工厂净化间内组装完成后采用间隔整体运输,现场只进行局部对接。据统计,220kVGIS设备运输通道高度最高点约4.3m,220kVGIS设备整体运输尺寸为6m×2.1m×3.6m(长×宽x高):110kVGIS设备运输通道高度最高点约3.1m,110kVGIS设备整体运输尺寸为4.3m×1m×3.1m(长×宽×高)。吊装过程中考虑吊带的变形及吊装时的稳定性,吊钩距离起吊设备应有1.5m的调节距离:GIS跨间隔时抬高高度按500mm考虑。经计算,220kVGIS吊车整体吊装吊高要求不小于4.3＋3.6＋1.5＋0.5=9.9m:110kVGIS吊车整体吊装吊高要求不小于3.1＋3.1＋1.5＋0.5=8.2m。因此,对于南网标准设计方案的GIS室层高,应适当考虑抬高层高,以满足设备跨间隔整体吊装要求。

对于可设置室外吊装平台的GIS室,也可考虑通过增加运输门的方式,避免因吊装通道宽度或高度不足导致的楼层抬高。

4结语

对于变电站布置型式进行设计时,应充分收集站址的气象地理信息,对于土地资源紧张的城市中心区、大风区、严重污秽地区等,经济技术论证后决定采用户内GIS变电站。户内GIS变电站的布置在设计阶段就应充分考虑设备安装、检修、扩建时的运输通道要求,以免出现运输通道不足设备无法搬运就位,从而导致现场设备分解后重新拼装,或者破解建筑以扩展通道的情况。那样将严重影响工程进度,增加施工返工量,甚至造成设备性能下降。