水利枢纽GIS开关设备选型的几点思考

　　摘 要：从目前的情况来看，气体绝缘金属封闭式开关设备(GIS开关)是水利枢纽工程中应用最广泛的一种开关设备。基于此，结合实际案例，分别介绍了GIS开关设备和普通中型敞开式开关设备的特点，并对两种开关设备的经济性进行了比较，最后提出了GIS开关设备安装时的注意事项，期望可以为同类工程项目GIS开关设备选型提供些许理论参考。

　　关键词：水利枢纽;GIS开关;设备选型

　　0 引言

　　时下，在水利枢纽工程持续发展的利好背景下，其数量和规模不断增加与扩张，这对GIS开关设备选型提出了更加严格的要求。GIS开关指的是在GIS的基础上，将母线设置于金属外壳内，减少外界环境对GIS开关的影响，其具有占地小、可靠性高、防污好、安装周期短以及工作量小等显著特点，因而在水利枢纽工程中得到了广泛应用[1]。

　　1 案例概况

　　某水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区喀什地区，其是一座集防洪、发电和灌溉功能于一体的大型水利枢纽工程项目，总装机容量700 MW，年利用小时数2 540 h，多年平均风速16 m/s，污秽等级Ⅳ级，地震烈度Ⅷ度。本工程升高压侧电压等级为220 kV，双母线分段。

　　2 升高压侧开关设备选型方案

　　对于本工程项目升高压侧设备选型可采用SF6全封闭组合电器和220 kV普通中型敞开式开关设备两种方案。

　　2.1 SF6全封闭组合电器选型方案

　　本工程项目GIS开关设备装配位置在副厂房地上第三层内，下层为GIS电缆夹层，主变位于副厂房地上第一层内，出线平台位于副厂房屋顶。GIS开关设备与主变使用SF6气体管道相互连接在一起，GIS开关设备至出线平台之间使用SF6气体管道相连，整个GIS开关设备占地面积约为960 m2(80 m×12 m)，主要技术参数如下：额定电压/电流为220 kV/3 150 A;最高额定电压为245 kV;额定频率为50 Hz;额定雷电冲击电压(峰值)为1 050 kV(相对值)/

　　1 250 kV(断口间);1 min额定工频率(有效值)为44 kV。

　　GIS开关设备结构示意图如图1所示。

　　2.2 220 kV普通中型敞开式开关设备选型方案

　　根据现场勘察，本工程项目所处区域为山区，地形较陡，坡度很大，如在厂房上游侧布置户外开关站，需开挖100多米高的山体，工程造价巨大。对此，可选择在厂房下游河床边布置户外开关站，土方回填需约2.3×105 m3，开挖需约4×104 m3。采用220 kV普通中型敞开式开关设备，占地面积约为15 000 m2(150 m×100 m)，敞开式开关设备至主变装置通过钢芯铝绞线连接，主要技术参数如下：断路器型号为LW23-252，In=2 000 A、Ib=50 kA;隔离开关型号为GW7-252，In=2 000 A、Is=50 kA/3 s;220 kV普通中型敞开式开关母线型号为LGJQ-2X240。

　　3 水利枢纽开关设备方案比选

　　3.1 GIS开关设备特点

　　(1)占地空间和面积较小。经过推算，220 kV GIS开关设备与普通中型敞开式开关设备相比较而言，面积占比uA=1/15.6。占地面積的缩小，将大大减少土地的征用和场地费用，相应也简化了设施设备，缩减了土建工程量，可为中标单位节约大量安装成本。(2)不受环境和气候影响。GIS开关设备运行安全可靠。根据调查分析，GIS开关设备内、外绝缘事故发生比例为10：1，GIS开关设备很少或基本不会暴露在空气中，其绝缘的可靠性和安全性大幅提高。另外，对于近期投入运营的GIS开关设备的统计数据表明，其可靠性、安全性与普通中型敞开式开关电器相比近似为10：1，能有效避免污秽、大风、降雨、冰雪、潮湿、海拔高度及气压变化引起的绝缘事故。(3)抗震能力优。GIS开关设备重心低，脆性和瓷套元件较少，抗震能力优。(4)GIS开关设备被绝缘物体所包围，发生人为触电事故的概率较低。(5)GIS开关设备的动、热稳定性较普通中型敞开式开关设备好。(6)GIS开关设备安装周期短、检修周期长，这主要是因为GIS开关在出厂前已经是合格产品，且各个分部位已经组装好，运抵施工现场后工作人员对其进行整装和调试即可，因此安装周期较短[2]。同时，国内外相关数据表明，GIS设备的检修周期为10～15年，但每一次检修时间较长且要求极高。(7)GIS开关设备主要布置在厂房外，可通过监控系统实现可视化和自动化管理。(8)GIS开关设备投资高，是普通中型敞开式开关设备的2～2.5倍。

　　3.2 普通中型敞开式开关设备特点

　　(1)将该设备放置在一定的高度，让带电部件与高度保持距离，这样施工人员能安全地进行各项作业操作。(2)布置清晰明了，检修方便，工程量小，工期较短。(3)防污秽性能差，但抗震性能较好。(4)占地面积较大。

　　3.3 GIS开关设备与普通中型敞开式开关设备比较

　　对于本工程项目的开关配电设备，可选择220 kV GIS开关设备和普通中型敞开式开关设备两种方案。以下就GIS开关设备和普通中型敞开式开关设备的投资费用、土建开挖费用、高压线缆及避雷针费用、运行费用、故障损失费用等进行比较分析。

　　(1)设备投资总额。在本工程项目中，若采用GIS开关设备投资额约为2 040万元;普通中型敞开式开关设备投资额为1 259万元(主要包括高压设施设备、开关设备的保护与控制、辅助设施设备、电缆钢构架与搭架、GIS开关设备护栏与接地网等方面的费用)。

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