广东天联电力设计有限公司 广州 510663
摘要：GIS设备具有可靠性高、占地面积小等优点，随着制造技术的成熟，GIS设备广泛应用于沿海地区变电站设计中，为提高电力系统供电可靠性发挥了重要作用。户内GIS设备安装检修起吊设备通常有桥式吊车及吊钩加电动葫芦两种，本文介绍了这两种吊装方式的技术特点，为户内变电站设计及施工提供参考。
关键词：户内变电站、GIS设备、吊装、桥式吊车、吊钩、电动葫芦
1.GIS设备特点及应用
GIS设备是气体绝缘金属封闭开关设备的简称，是把各设备元件按照电气主接线的要求依次连接组合成一个整体，并全部封闭于充满SF6绝缘气体灭弧介质的接地金属外壳中。GIS设备具有以下特点：占地面积和空间小，运行可靠性高，运行维护工作量小，环境友好，适应性强，安装调试容易[1]。
GIS设备主要应用于下列情况110kV及以上电网：深入城市内变电站，布置场所特别狭窄地区，地下式配电装置，重污秽地区，高海拔地区，高列度地震区[1]。《南方电网35kV～500kV变电站装备技术导则（变电一次分册）》[2]明确规定，220kV变电站在城市中心区和大风区（最大设计风速超过35m/s）应采用户内GIS布置；在大气严重污秽地区、场地受限、高抗震设防烈度、高海拔环境条件下，经技术经济论证后可采用户内GIS布置。南网公司发布的保底变电站应选用户内布置，沿海地区（沿海岸线50公里以内）变电站应选用户内布置。目前户内布置的110kV及以上设备均采用GIS设备。
2.GIS设备的吊装
2.1建筑物高度
由于GIS设备需要严格控制安装现场的环境条件，对环境湿度、空气洁净度及粉尘有严格的要求，户外场地难以满足GIS安装环境的要求，因此GIS设备多用于户内布置，仅将架空进出线套管布置在户外设备平台。
户内GIS设备本体的吊装对建筑物净空高度提出要求。对于目前常用GIS设备厂家的产品，220kVGIS搬运通道上方设备最高尺寸为4.3m，110kVGIS搬运通道上方设备最高尺寸为3.8m。吊装时需考虑要比下方障碍物至少抬高0.5mm，吊钩下至少要预留1m的操作空间。首期GIS设备吊装时下方无设备障碍物，220kVGIS整间隔吊装吊钩下最小净空为5.8m，110kVGIS整间隔吊装吊钩下最小净空为5.3m。二期设备扩建时，如果设备接到新扩建的母线上，则下方无设备障碍物，吊装最小净空与前期一样；如果设备连接到首期母线上，则二期设备需要吊装时需跨越首期设备，此时220kVGIS整间隔吊装吊钩下最小净空为10.1m，110kVGIS整间隔吊装吊钩下最小净空为9.1mm。由此可见，若考虑二期扩建GIS设备整间隔吊装，则需要大幅增加建筑物的高度。建筑高度的增加会增加施工周期、难度及工程造价，也不利于建筑抗震，另一方面建筑高度和体积的增加消防用水量也会增加，泵房水池也要相应加大，增加了消防工程造价。因此，提高建筑高度的做法既不经济也不合理，实际工程中不予考虑，通常通过滚轮的方式将设备搬运至接入点附近，再由起吊设备吊起就位，搬运通道无法满足整间隔搬运时，则需根据设备结构的特点将设备合理分解，再就位组装。
在确定建筑物高度时，我们尚需考虑套管吊装净空高度及套管耐压试验安全距离的要求。由于进出线套管一般装在户外设备平台，通常采用汽车起重机起吊安装，吊装净空高度参考室内按套高度加1.5米考虑。为了防止套管耐压试验时裸露带电部分对建筑物闪络击穿，需校核对建筑物的安全距离，由于现场交接耐压试验所施加的电压比设备额定电压高，综合考虑设备安全及规范要求，设备厂家要求的现场耐压试验安全距离通常比规范的A1值大，220kV安全距离考虑大于2.0m，110kV安全距离考虑大于1.1m。
综上所述，建筑物的高度需考虑GIS设备本体、套管的吊装净空高度及套管耐压试验安全距离的要求。本体吊装净空高度一般只考虑首期整间隔吊装，不考虑二期扩建时跨越前期设备整间隔吊装。设备布置方案应考虑后期扩建的便利，工程实践表明，尽量减少前期母线上预留备用间隔的数量，并适当加大备用间隔与前期设备的间距，可降低二期扩建施工安装的难度。
2.2起吊设备
GIS设备安装及检修维护需要设置起吊设施，运输车辆将GIS设备运输到吊装平台附近，然后采用汽车起重机将GIS设备吊至吊装平台。从吊装平台至室内设备搬运及吊装方式通常有以下两种：一种是在GIS室设置桥式吊车，采用桥式吊车将GIS设备从吊装平台吊入室内就位安装；另一种是在GIS室屋面下方设置吊钩，通过滚轮的方式将GIS设备从吊装平台搬运至接入点附近，再由吊钩上挂的电动葫芦吊起就位安装。
2.2.1吊车方式
通常220kVGIS室设置20吨吊车，110kVGIS室设置10吨吊车，可满足设备整体吊装的要求。南网标准设计中，220kVGIS室布置在16.5m层，起吊高度按7m考虑，层高为11m；110kVGIS室布置在6.5m层，起吊高度按6m考虑，层高为10m。1.5m层设有吊装平台，6.5m层及16.5米m层均设在吊装孔，吊装孔的大小应满足能通过最大起吊单元的要求，因为220kVGIS设备的吊运同时要经过6.5m层及16.5m层吊装孔，所以两个吊装孔的大小均应按通过220kVGIS设备最大起吊单元考虑。
吊车吊装方式在南网应用十分广泛，绝大多数户内GIS变电站工程均采用这种方式，设置吊车主要有以下优点：桥式吊车起吊重量大，机动性强，操作起来非常简便灵活，设备安装、维护、检修时，设备的起吊、定位、对接安装可节省大量的时间，大大地缩短了施工周期，特别是紧急抢修及后期扩建时，母线需要停电，使用吊车可以大大地缩短停电的时间。设置吊车同时也存在以下缺点：（1）桥式吊车属于特种设备，根据《特种设备安全监察条例》的规定，在用特种设备必须定期进行检查、维护保养，并做好记录，增加了后期维护的成本；（2）吊车操作、维护保养需要配备特种作业人员，特种作业人员必须经过专业培训并取得相应资格证，增加了人力成本；（3）桥式吊车及其钢导轨的设备成本费较高，增加了工程投资；（4）钢导轨的安装需要设置牛腿，增加了结构的复杂程度。桥式吊车安装需要占用较大的建筑空间，对建筑物层高要求较高，南网标准设计中220kVGIS变电站配电楼的建筑高度达到了27.5m，建筑高度超过24m时消防用水量将会大量增加，泵房水池也要相应加大增加了消防工程造价。（5）建筑高度过高不利于抗震设计。
2.2.1吊钩方式
在各种最大不解体GIS设备重心上方屋面下设置框架梁，梁底设置吊钩用于挂电动葫芦，同时在GIS室两侧各柱子高地面200mm处设备地锚钩，每个吊钩及地锚钩承重不小于5吨，只要根据设备的布置合理设置吊钩，且吊钩数量足够，就能满足设备起吊安装和检修维护的要求。由于吊钩加电动葫芦尺寸比桥式吊车的尺寸小，且220kVGIS吊装高度由7m优化为5.8m，110kVGIS吊装高度由6m优化为5.3m，采用吊钩方式后220kVGIS室的层高可由11m降低为7.9m，110kVGIS室的层高可由10m降低为9m（同时也是继保室层高加电容器室层高，不能再降），建筑物的高度27.5m降低为23.4m。220kVGIS室所在的15.5m层及220kVGIS室所在的6.5m层需设置各自独立的吊装平台，GIS设备通过汽车起重机吊至吊装平台后，采用滚轮的方式将GIS设备从吊装平台搬运至接入点附近，再由吊钩上挂的电动葫芦吊起就位安装。
据了解吊钩加电动葫芦的吊装方式在国网应用较多，南网最近几年也有极少数户内GIS变电站工程采用这种方式，设置吊钩主要有以下优点：（1）吊钩无需定期保养维护，可根据起吊吨数情况决定是否需要配备特种作业人员；（2）省去了桥式吊车的昂贵设备费用，节省投资；（3）降低了建筑物的高度及结构的复杂程度，配电楼建筑高度小于24米，消防用水量大幅减少，既降低了建筑工程造价又降低了消防工程造价；（4）建筑高度降低有利于抗震设计。设置吊钩同时也存在以下缺点：（1）设备起吊需要辅助设备电动葫芦配合操作，需要将电动葫芦挂到吊钩上，操作较为复杂；（2）电动葫芦吊钩仅能垂直移动，不能水平移动，机动性较差，电动葫芦仅用于安装就位时起吊，不能用于设备的水平搬运，从吊装平台到设备安装处的设备需要通过滚轮的方式搬运。（3）电动葫芦的挂装、设备的水平搬运及起吊操作复杂繁琐，工作量大，运作经验少，大大地增加了施工难度。（4）设备安装、维护、检修时，设备的搬运、起吊、定位、对接安装操作时间长，施工周期长，特别是紧急抢修及后期扩建时，母线停电时间比吊车吊装长很多。
3.结论及建议
吊车及吊钩两种吊装方式均经过实际工程检验，各有优缺点，随着GIS设备制造技术的日益成熟，GIS设备的可靠性得到了保障，故障率降低。GIS设备的日常常规检修很少对GIS大件设备进行吊装检修、更换，起吊设备除了在GIS设备新建或扩建时使用外，平时有效利用率低。设置桥式吊车方式工程造价更高并且吊车需要后期维护增加成本，设置吊钩方式可降低建筑高度从而降低工程造价，取得良好的综合效益。实际工程实践中，经技术经济论证后具备条件的工程，特别是高地震列度地区需要降低建筑高度进行抗震设计时，可采用吊钩的吊装方式。
需要指出，不管采用哪种吊装方式，因不同厂家的设备高度不同，确定建筑高度时设备吊装净空高度应以设备制造厂提供为准。另外，GIS的设计应考虑后期扩建的便利性，尽量减少扩建停电时间，要求设备厂家为后期扩建接入预留过渡气室并对其进行优化设计，避免因过渡气室设计不合理，与后期设备对接的气室抽真空，相邻气室降半压后气体绝缘能力不足而造成双母线同时停电情况的发生。
参考文献
[1]电力工程电气设计手册（电气一次部分）.水利部西北电力设计院编
[2]Q/CSG1107001-2018南方电网35kV～500kV变电站装备技术导则（变电一次分册）