500 千伏H-GIS 施工特点

500千伏H-GIS施工特点广东省输变电工程公司陈瑞壁摘要:本文结合广东境内近期建设的几座500kV变电站，介绍日本三菱公司生产的500千伏H-GIS的结构和技术特点，通过对不同单元的HGIS对接拼装等施工难点的解决，以及运输、试验、同常规设备和GIS之间的安装情况的比较分析，结果表明，在经济不断发展，土地资源日趋减少，供电形势紧张的大环境下，应用HGIS无疑是个很好的选择。1前言从2003年11月至2004年6月短短半年多的时间内，广东省境内相继竣工投产了东莞横沥、佛山西江、中山香山、东莞莞城四座500kV变电站，它们具有明显的共性：均位于经济发达、用地相对紧张的珠江三角洲地区，是电力负荷中心、电力需求紧迫而建设工期短；500kV配电装置型式为悬吊硬管母线三排构架中型布置；500kV电气设备采用日本三菱公司生产的H-GIS。由于应用了500kVH-GIS，变电站占地面积缩小了，配电装置更为整齐简洁；电气元件减少，大大地缩短了施工周期，同时也减少运行维护的工作量，很受建设、运行单位的欢迎。本文结合几座500kV变电站工程，介绍500kVH-GIS的使用情况。2工程概况四座500kV变电站在广东电力系统中的位置都很重要，或是接受三峡来电的枢纽变电站，或是接受贵州送电的枢纽变电站。500kV配电装置采用一个半断路器接线，满足超高压配电装置接线型式必须确保系统运行安全可靠、操作灵活、运行维护检修方便、投资省、占地面积少、接线过渡方便等要求。500kV采用悬吊式大管径硬母线三排构架中型布置；H-GIS采用“2+1”模式，即2个断路器单元联成一个整体，另1个断路器单元独立，中间通过软导线连接构成一个完整串。变电站建设工期要求很紧，如横沥变电站为配合三广受电，上级部门要求从三通一平到竣工投产必须在一年内完成，而以往500kV变电站的工期为2年左右。3H-GIS的结构和技术特点3.1经过公开的国际招投标，四座变电站均选择、采用了日本三菱电机公司生产的500kVH–GIS。它的断路器额定电流达4000A、开断电流达63kA，单断口型式、液压操动机构。日本已使用多年的H-GIS，经过了不断的改进和提高；可以认为选用的H-GIS是当今世界上比较先进的成熟设备。第1页共7页3.2H-GIS可以简单地认为是不含母线的GIS，在很多方面与GIS相同。三菱公司生产的500kVH–GIS结构紧凑、简洁，体积小，可靠性高，充分考虑了运行人员的需要。其主要结构特点如下。(1)外壳采用无磁铸钢材料，浇注成形。每台断路器单元的外壳都有上下各一个人孔，方便安装，检修。在人孔入口内部设置过滤器，里面装有吸附剂，吸收SF6气体里的水分和其有害分解物。采取特殊措施，每相H-GIS的外壳感应电流限制在400A以下。导电主回路为铝合金导体；所有绝缘材料(包括盆式绝缘子、支持绝缘子)均为环氧树脂浇注。(2)断路器为单断口，卧式安装；开断能力强，免维护操作次数为：开断4000A的额定电流达5000次，开断63kA的短路电流达20次。采用集成化液压操作机构，性能稳定可靠。液压机构采用面接触，消除管道漏油的隐患。操作机构与灭弧室成L型；机构箱离地面约1.2米，设置了“开—合”观察孔，方便运行人员巡视、检修。(3)根据需要设置隔离开关、检修接地开关、快速接地开关；这些开关都能承受短时耐受电流(3s)63kA。隔离开关和检修接地开关配电动操作机构，快速接地开关配电动弹簧操作机构。(4)电流互感器套装在主回路导体上，采用铝合金材料作为环型铁芯的衬套，即固定支架。根据保护、测量和计量的需要，设置二次线圈的组数及精度等级。在上面提到的四座变电站设计中，CT的一次电流为2000∽4000A，计量的精度可以做到0.2S级，断路器每一侧最多可设置5个二次线圈。用于交直流回路的二次引线为2.5平方毫米，用于其他回路如跳合闸回路的二次引线为4平方毫米及以上。(5)以每一组(三相)断路器为一个单元，设置一台就地控制柜。就地控制柜的外形尺寸为1.2x0.8x2.29米(宽*深*高)。4H-GIS的主要优点4.1H-GIS的可靠性高与敞开设备相比，H-GIS设备全部密封在SF6气室内，运行时不受外界气象条件影响，抗地震、耐污能力很强；检修周期长，可以实现少（免）维护；从使用性能方面考虑，具有GIS的主要优点。而H-GIS的密封环节比GIS少很多，密封系统的泄露机率小，维护更简单。珠三角地区潮湿水分大，部分地区盐雾还比较严重，所以应用H-GIS能够充分发挥H-GIS可靠性高的优点。4.2H-GIS比常规设备占地面积少H-GIS设备能够实现变电站的小型化、紧凑化，减少占地面积。上面提到的四座变电站，均采用“2+1”模式；与采用常规瓷柱式断路器型式的配电装置相比较，占地面积减少约30%。最能够突出H-GIS省地效果的模式是“3+0”模式，即3个断路器单元联成一个整体；该模式占地面积仅为常规型式的50%。然而，在主变需要进串时，采用“3+0”模式一般将主变进线放置在母线上方；这样一来，在扩建、检修时，需要较长时间解体H-GIS，需要考虑较大停电范围才能够架设维护主变进线；当出线反跳时布置较困难。这第2页共7页些都不适合负荷较重而且运行人员较少的地区。4.3采用H-GIS安装方便H-GIS设备可以在工厂预安装，整套设备在出厂前安装调试；土建基础简单，现场安装很方便：H-GIS的基础设置较为简单，每一相断路器单元设置四个支墩，每个支墩覆盖一块厚钢板；安装时将H-GIS的支架与钢板焊接即可。5H-GIS的运输、安装和试验5.1H-GIS设备在工厂就进行了预安装，整套设备在出厂前也经过安装调试。运输时拆除套管，以每一相断路器为一个单元，充微正压SF6气体，装箱运输。从海运到国内港口，然后用平板汽车拖到工地。每个HGIS单元重约18.7吨（东莞横沥站），后建议减少体积和支架高度，到东莞莞城站经厂家设备改进,每个HGIS单元重量减至14.2吨,用40吨的平板车即可。单元主体集装箱长约8米，高约3.5米，在一般公路上都可通行；运输时须注意车速和转弯半径，对瓷件设备着重做好保护措施；到达现场后根据厂家设备装配编号就近摆放。5.2安装H-GIS遵照下面的程序：安装准备→基础及中心线检查→开箱断路器单元安装连接→套管安装→抽真空及充气→就地屏安装→敷设控制电缆及接线→设备试验包括高压试验。［安装8组HGIS(含36台断路器)控制在105天完成］。施工用具主要有：吊车(16T、50T各一台)、千斤顶(10T、30T各一台)、液压叉车(二台)、真空泵(1500升/分钟或4200升/分钟，二台)、SF6充气小车(一台)、吸尘机(一台)、手动葫芦（二台）、防尘帐篷或胶膜以及其他辅助材料等。安装过程中应保持场地清洁，配备防尘帐篷或胶膜，做好防尘、防潮措施。零部件和辅消材料专人管理，工具集中管理；实行装配检查卡；所有废弃物集中存放在垃圾桶中，每天清理；为保证法兰受力均匀，所有螺栓的紧固必须使用力矩扳手，其力矩值应符合规定值。安装第一步是验收HGIS场地：要求基础水泥地面平整结实，水平高差在3—5mm以下；检查相间距离；在设备基础上划出中心线；方便设备就位，保证各相单元就位安装后的统一美观。同相不同单元的H-GIS是通过一连接导体连接两单元对接口的触指座而连接的，其对接拼装是H-GIS安装施工难点；因为H-GIS体积大，重量重，而且整个主体头重脚轻，要使对接拼装完全吻合是很困难的。经过集思广益，充分研究，最后采取先点焊固定好一个单元；在另一个单元基础面上涂润滑黄油，两单元主体支架之间采用手动葫芦拖拉，被移动单元主体再加吊车吊牵的对接拼装施工方法。这样，既满足了对接拼装时速度、力度的要求，又防范了移动过程中的摆动和倾斜；提高了施工效率，收到了较好的效果；对接前务必要查验连接导体的尺寸，必须对应，不得不同接口混用。对接法兰接口处外侧应用丙酮清洁干净，内侧用无水酒精清洁，更换密封圈，密封圈外侧按厂家要求涂专用气体密封胶；对接靠笼套上螺栓后通过增减支架底座垫片（厂家配备）的数量调整两单元的整体水平，然后紧固螺栓，紧固螺栓时应遵循左、右、上、下再有顺序地中心对称紧固的原则，当拧紧两个以上螺栓时不能一次拧紧应反复多次拧紧。第3页共7页套管安装主要注意开箱检查瓷件情况；吊装要小心，防止碰损；套管上下密封面的清洁密封跟对接口一样。第4页共7页对接及套管安装完毕后，打开人孔进行内部再清洁检查，检查气室内是否有遗漏物，装配是否到位，盆式绝缘子、绝缘台表面是否光洁；然后清洁分子筛更换更换吸附剂，人孔的清洁密封跟对接口一样。要注意的是尽量减少暴露时间，做好防尘防潮措施如及时用胶膜封盖孔口；因封盖较笨重最好能用吊车配合。就地汇控柜安装、电缆敷设及接线，相对而言差别不大，不在赘述。第5页共7页第6页共7页以每一相断路器为单元的HGIS分成三个气室，其中断路器单独一个气室；每个气室都有各自的气体继电器，防止气体泄漏时事故扩大。HGIS就位后，要进行抽真空和充气。抽真空时要正确连接真空管，管道不能弯折；真空泵要有电磁阀，防止意外停电时真空泵油倒灌到设备内,每个气室抽真空时间约2—4小时,充气时施工人员站在上风口，充气速度不宜过快，以免气瓶结露或气体未充分气化就进入设备内。当气瓶结露严重，气瓶用专用加热器进行加热解露；同时充气根据SF6温度曲线适当调高充注值。不同气室的压力见下表。正常压力报警压力闭锁压力断路器气室0.6Mpa0.55Mpa0.5Mpa其他气室0.5Mpa0.45Mpa--5.3在现场安装完毕并充气至额定压力后，进行现场试验；主要是为了检测在运输过程中可能出现的损伤、腐蚀等，在安装过程中可能出现的受潮、油污染和安装错误等；保证在运行过程中连续可靠的操作，同时为以后的运行维护提供基本数据以便在运行中检测和对比。现场试验主要包括：表面检查；SF6气体的泄漏、微水测量和纯度试验；主、辅回路的耐压试验；主回路电阻、绝缘电阻测量；各元件的相关试验等。(1)设备在组装后按最终图纸作表面检查，包括：HGIS是否正确组装，铭牌资料是否正确，有无表面损伤，接地连线是否稳固，螺栓连接是否收紧，二次连线与展开图是否一致等。(2)充气48小时后用微水测量仪测量SF6气体的含水量，断路器气室应小于150ppm，其他气室应小于250ppm。用灵敏度不低于1x10-6(体积比)ppm的气体检漏仪，检查现场所有连接气室及气管是否有SF6气体泄漏。所有SF6气体密度计按下表进行压力值校验：压力开关动作（Mpa）返回（Mpa）断路器低气压报警0.55±0.03动作值+（0.01∽0.05）断路器低气压跳闸0.50±0.03动作值+（0.01∽0.05）其他气室报警0.45±0.03动作值+（0.01∽0.05）(3)对主回路进行工频耐压试验，能够及时发现SF6气体受潮、污物、自由金属微粒子引起的绝缘击穿。试验应在整体组装后额定气压下进行，应在主回路对地间施加试验电压（740kV*0.8,1min）,对二次回路施加试验电压（2kV,1min）。现场断口工频耐压试验。(4)对主回路电阻测量，可以判断导电部件的接触面是否接触良好；试验电流一般在10A至100A之间，以不引起主回路温升为限；电阻值在偏离设计值±20%内均属合格。绝缘电阻测量，可以判断绝缘是否足够；正常情况下，主回路绝缘电阻大于1000MΩ，控制、辅助和二次回路的绝缘电阻大于2MΩ。(5)对断路器的试验有：机械操作试验，看操作时有没有异常情况；分合闸线圈检查，应保证每个跳闸线圈能进行分闸操作；储能系统试验，在没有油泵操作和额定气压时开始，在低气压闭锁装置操作前断路器应能完成正确的操作循环最少2次；油漏试验，将油压升至35.5MPa后保持12小时，从油表读数来检查液压操作机构是否有油泄漏；等等。(6)对隔离开关、接地开关主要进行机械操作试验，看操作时有没有异常情况；时间试验，分闸、合闸均应在8秒内完成。(7)对CT主要进行极性试验，二次绕组电阻测量，变比试验，以及磁化特性试验。当按规定所有试验合格后，设备可以投入运行。6H-GIS