摘 要：從目前的情況來看，氣體絕緣金屬封閉式開關設備(GIS開關)是水利樞紐工程中應用最廣泛的一種開關設備。基于此，結合實際案例，分別介紹了GIS開關設備和普通中型敞開式開關設備的特點，并對兩種開關設備的經濟性進行了比較，最后提出了GIS開關設備安裝時的注意事項，期望可以為同類工程項目GIS開關設備選型提供些許理論參考。

　　關鍵詞：水利樞紐;GIS開關;設備選型

　　0 引言

　　時下，在水利樞紐工程持續發展的利好背景下，其數量和規模不斷增加與擴張，這對GIS開關設備選型提出了更加嚴格的要求。GIS開關指的是在GIS的基礎上，將母線設置于金屬外殼內，減少外界環境對GIS開關的影響，其具有占地小、可靠性高、防污好、安裝周期短以及工作量小等顯著特點，因而在水利樞紐工程中得到了廣泛應用[1]。

　　1 案例概況

　　某水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區喀什地區，其是一座集防洪、發電和灌溉功能于一體的大型水利樞紐工程項目，總裝機容量700 MW，年利用小時數2 540 h，多年平均風速16 m/s，污穢等級Ⅳ級，地震烈度Ⅷ度。本工程升高壓側電壓等級為220 kV，雙母線分段。

　　2 升高壓側開關設備選型方案

　　對于本工程項目升高壓側設備選型可采用SF6全封閉組合電器和220 kV普通中型敞開式開關設備兩種方案。

　　2.1 SF6全封閉組合電器選型方案

　　本工程項目GIS開關設備裝配位置在副廠房地上第三層內，下層為GIS電纜夾層，主變位于副廠房地上第一層內，出線平臺位于副廠房屋頂。GIS開關設備與主變使用SF6氣體管道相互連接在一起，GIS開關設備至出線平臺之間使用SF6氣體管道相連，整個GIS開關設備占地面積約為960 m2(80 m×12 m)，主要技術參數如下：額定電壓/電流為220 kV/3 150 A;最高額定電壓為245 kV;額定頻率為50 Hz;額定雷電沖擊電壓(峰值)為1 050 kV(相對值)/

　　1 250 kV(斷口間);1 min額定工頻率(有效值)為44 kV。

　　GIS開關設備結構示意圖如圖1所示。

　　2.2 220 kV普通中型敞開式開關設備選型方案

　　根據現場勘察，本工程項目所處區域為山區，地形較陡，坡度很大，如在廠房上游側布置戶外開關站，需開挖100多米高的山體，工程造價巨大。對此，可選擇在廠房下游河床邊布置戶外開關站，土方回填需約2.3×105 m3，開挖需約4×104 m3。采用220 kV普通中型敞開式開關設備，占地面積約為15 000 m2(150 m×100 m)，敞開式開關設備至主變裝置通過鋼芯鋁絞線連接，主要技術參數如下：斷路器型號為LW23-252，In=2 000 A、Ib=50 kA;隔離開關型號為GW7-252，In=2 000 A、Is=50 kA/3 s;220 kV普通中型敞開式開關母線型號為LGJQ-2X240。

　　3 水利樞紐開關設備方案比選

　　3.1 GIS開關設備特點

　　(1)占地空間和面積較小。經過推算，220 kV GIS開關設備與普通中型敞開式開關設備相比較而言，面積占比uA=1/15.6。占地面積的縮小，將大大減少土地的征用和場地費用，相應也簡化了設施設備，縮減了土建工程量，可為中標單位節約大量安裝成本。(2)不受環境和氣候影響。GIS開關設備運行安全可靠。根據調查分析，GIS開關設備內、外絕緣事故發生比例為10：1，GIS開關設備很少或基本不會暴露在空氣中，其絕緣的可靠性和安全性大幅提高。另外，對于近期投入運營的GIS開關設備的統計數據表明，其可靠性、安全性與普通中型敞開式開關電器相比近似為10：1，能有效避免污穢、大風、降雨、冰雪、潮濕、海拔高度及氣壓變化引起的絕緣事故。(3)抗震能力優。GIS開關設備重心低，脆性和瓷套元件較少，抗震能力優。(4)GIS開關設備被絕緣物體所包圍，發生人為觸電事故的概率較低。(5)GIS開關設備的動、熱穩定性較普通中型敞開式開關設備好。(6)GIS開關設備安裝周期短、檢修周期長，這主要是因為GIS開關在出廠前已經是合格產品，且各個分部位已經組裝好，運抵施工現場后工作人員對其進行整裝和調試即可，因此安裝周期較短[2]。同時，國內外相關數據表明，GIS設備的檢修周期為10～15年，但每一次檢修時間較長且要求極高。(7)GIS開關設備主要布置在廠房外，可通過監控系統實現可視化和自動化管理。(8)GIS開關設備投資高，是普通中型敞開式開關設備的2～2.5倍。

　　3.2 普通中型敞開式開關設備特點

　　(1)將該設備放置在一定的高度，讓帶電部件與高度保持距離，這樣施工人員能安全地進行各項作業操作。(2)布置清晰明了，檢修方便，工程量小，工期較短。(3)防污穢性能差，但抗震性能較好。(4)占地面積較大。

　　3.3 GIS開關設備與普通中型敞開式開關設備比較

　　對于本工程項目的開關配電設備，可選擇220 kV GIS開關設備和普通中型敞開式開關設備兩種方案。以下就GIS開關設備和普通中型敞開式開關設備的投資費用、土建開挖費用、高壓線纜及避雷針費用、運行費用、故障損失費用等進行比較分析。

　　(1)設備投資總額。在本工程項目中，若采用GIS開關設備投資額約為2 040萬元;普通中型敞開式開關設備投資額為1 259萬元(主要包括高壓設施設備、開關設備的保護與控制、輔助設施設備、電纜鋼構架與搭架、GIS開關設備護欄與接地網等方面的費用)。

　　推薦閱讀：水利工程論文題目30個