孔林，曾文珺
（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙,410007）
摘 要：在户内变电站的GIS设备安装设计中，在阐述并分析传统安装方式及其不足的基础上，提出了一种新的预埋件布置和接地网的设计思路。
关键词：户内变电站；GIS；接地；设计优化
0 引言
与户外变电站不同，户内站的设备通常为多层布置，设备也更为紧凑。除此之外，其土建设施通常为一次建成，因此除了设备运输通道和设备检修通道的设计外，在新建站时，还必须考虑远景设备的土建设施。
GIS（Gas Insulated Switchgear）设备全称为气体绝缘金属封闭开关设备，利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质，来实现间隔的供电、控制、计量和保护的功能。GIS是一种高压配电装置，由断路器、母线、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、套管等高压电器组合而成，这些元件和连接元件的部分都被密封在接地金属气体管道中，管道内部充满绝缘灭弧气体。其结构模型较为多变，核心元件为断路器，其内部各元件应主接线要求按积木式组合装配而成。
.png)
图1 某站110kV主变进线GIS三维模型
变电站的GIS设备安装有许多要求和规范，除此之外，其安装流程较多，并应严格按照画出地面轴线、基础支架安装、拼装模块、气室真空和充气、敷设二次电缆、接线的顺序进行。在实际的变电站新建工程中，设计人员在严格遵循规程规范的前提下，更应当考虑变电站址实际情况，工程的质量与经济技术的结合。
1 GIS设备的安装接地要求
GIS设备接地的相关文件规定为：
1)GIS的接地按GB/T 11022-2011及DL/T 617-2010的规定执行，应采用多点接地方式，此外，作以下补充：
a)制造厂提供的GIS平面布置图或基础图上，应标明与接地网连接的具体位置及连接的结构。
b)GIS的接地连接线材质应为电解铜，并标明与接地网连接处接地线的截面积要求。
c)接地开关与快速接地开关的接地端子应与外壳绝缘后再接地，该处的接地应为直接接地形式，不可再通过其他的回路。
d)长母线上每一处外壳接地均采取三相短接后再引下，不可采用各自引至支架接地的方式。
e)用于均衡端部外壳感应电流的相间导流排，应在各相的出线套管、与变压器（电抗器）直连的油气套管法兰处直接相连，如需通过地下实现，不允许借用接地回路。
f)避雷器的接地线必须直接与地网连接。
2)电力行业技术规范文件DL/T 617-1997《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》第7.5.4条规定“接地开关与快速接地开关的接地端子应与外壳绝缘后再接地，便以测量回路电阻，校验电流互感器变比，检测电缆故障”。
3)湘电公司设备〔2019〕19号 《国网湖南省电力有限公司关于印发气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施（试行）的通知》的第十七条 接地，规定：
（一）电压互感器一次绕组尾端、避雷器接地端、快速接地开关应采用铜排（缆）直接与主地网连接，不应通过外壳和支架接地。
（二）组合电器本体应多点接地，长母线上每处外壳均应采取三相短接后再引下，不可采用各自引下接地的方式。
（三）紧固接地螺栓直径不得小于16mm，接地点应标以接地符号。
由设备的安装要求与接地要求的规程规范可以看到，为了便于测量回路电阻、校验电流互感器、检测电缆故障，GIS设备的电压互感器、避雷器、快速接地开关等不能通过外壳绝缘。为了便于GIS设备安装对接，一般采用带可调节螺杆支架支撑，其可调节螺杆不能视为可靠的电气接线，因此GIS设备不能通过支架接地。
2 传统安装方式及分析
2.1 传统户内GIS设备典型安装方案
布置在户内的GIS设备一般采用设置基础预埋件、GIS设备底架与基础预埋件焊接固定安装方式。施工过程中，土建施工阶段和电气安装阶段。
2.1.1 土建施工阶段
土建施工阶段先于电气安装，其主要是为电气专业的安装制作基础。从图2可以看到，GIS设备安装现场的土建施工阶段，制作了设备的基础及接地预埋件，土建施工阶段主要有以下四个内容：
1)土建专业根据GIS设备资料在GIS室结构楼板上布置槽钢或者工字钢作为GIS基础预埋件，同时布置方钢板作为GIS接地预埋件，基础预埋件、接地预埋件与GIS室结构楼板钢筋（埋板）焊接成一体。
2)土建专业在楼板上敷设接地干线（扁钢），作为GIS设备专用地网。
3)土建专业将基础预埋件、接地预埋件、接地干线焊接成一体，并与主接地网可靠连接。
4)在结构楼板上浇筑二次轻质混凝土面层或找平层。
2.1.2 电气安装阶段
在土建阶段打好的基础上，安装电气设备，按照规范安装完成的GIS设备如图3。GIS的安装主要有以下步骤：
.png)
图2 土建阶段现场照片
1)将带有钢结构底座的GIS设备放置到经校平整后的槽钢或者工字钢上，与基础预埋件焊接；
2)在接地预埋件上焊接专用接地块，专用接地块由GIS厂家提供；
3)制作接地引下铜排，将GIS设备需接地的部位用铜排引接至专用接地块，并采用螺栓将引下铜排与专用接地块进行压接固定；
4)GIS设备组装、充气、接线。
.png)
图3 GIS安装后现场照片
2.2 方案不足及问题分析
2.1中所述为目前户内GIS设备的典型安装方式，该安装方式存在以下几点不足：
1、GIS基础预埋件采用槽钢分间隔敷设，相邻间隔间的基础埋铁互不连通，导致土建施工时需对大量基础预埋件进行定位和固定，定位、焊接施工工程量大。
2、土建施工阶段需对大量接地预埋件进行定位和固定，施工工作量大。同时需根据预埋件布置敷设接地干线，导致现场的接地干线敷设焊接工作量大，接地材料用量大。
3、电气安装阶段需要将GIS设备元件与专用接地块连接，对专用接地块的定位精准度要求较高。一旦接地块定位不准，可能造成接地线弯曲，降低了接地施工工艺美观度。
造成以上不足有两个主要因素：一方面，基础预埋件和接地预埋件数量多；另一方面，GIS设备、GIS支架、GIS底座、GIS基础预埋件、GIS专用接地网之间相关导体截面或搭接面不满足短路热稳定要求，不能视为可靠的电气通路，因此需要设置专用接地块。
3 安装设计优化方案
根据上节不足及原因分析，可以从预埋件和GIS设备、GIS基础预埋件、GIS专用接地网，这两方面优化来改善典型安装方式的不足，如图4。其具体从两个方面来改进：
1、优化整合GIS基础预埋件布置，结合GIS设备厂家提供的基础预埋件方案，采用单个大（长）预埋件代替多个小（短）预埋件，减少预埋件数量。
2、整合基础预埋件与专用接地网，将GIS设备、GIS基础预埋件、GIS专用接地网之间的连接改造为满足短路热稳定要求的可靠电气通路，继而取消专用接地块。经调研，一般GIS底架采用10号及以上槽钢，土建基础预埋件一般采用14号以上槽钢，其截面均满足50kA短路热稳定电流，均可作为接地通路的导体。
.png)
4 方案比较及结论
相比传统设计方案，经过以上优化，GIS现场施工安装工作量大幅减少，具体数据如表1：
表1 优化方案与传统方案比较
.png)
在本实施例中，优化整合GIS基础预埋件布置，使基础预埋件定位及埋设工作量减少约60%；选择截面满足接地短路要求的基础预埋件，各接地预埋件之间采用接地扁钢焊接搭接，形成GIS专用地网并与变电站主地网连接，GIS基础预埋件兼作专用地网的一部分，专用接地预埋件定位及埋设工作量减少约100%；在基础预埋件上焊接成品接地块，GIS设备接地端子采用铜排接至基础预埋件上的成品接地块，形成GIS设备与专用地网间的可靠电气连接，接地材料用量减少约70%。
此套优化设计方案经济实用，相比传统GIS设备基础埋件及接地方案，采用优化设计方案可以大幅减少土建和电气安装工作量及材料用量，缩短建设时间。对于节省工程建设投资、加快工程建设进度，具有积极意义。其具有高可行性的优点，为以后户内变电站的安装设计提供了新的思路。
参考文献：
[1] 关永健.变电站GIS设备安装技术的研究[J].电工技术,2017(06):129-130.
[2] 陶晶. GIS在电站的应用研究[D].西安理工大学,2003.
[3] 韩愈.变电站施工中GIS设备与变压器的安装技术[J].中国高新区, 2019,(11):161.
[4] 张鹏.浅析电力系统中变电站GIS设备安装与调试技术[J].电子测试, 2020,(2):100-101,35.
[5] 隋东阳,郭增艳,胡雪冬.智能变电站GIS设备安装质量管控[J].中国电力企业管理,2020,(6):54-55.
[6] 邹颖梅.户内GIS变电站设计探讨[J].机电信息,2019,(21):15-16. DOI:10.3969/j.issn.1671-0797.2019.21.008.
[7] 韩志萍.户内750kV GIS配电装置布置方案研究[J].青海电力,2020,39(1):42-48. DOI:10.15919/j.cnki.qhep.2020.01.009.
作者简介：
孔林（1985-）， 男，湖南湘潭人，硕士研究生，注册电气工程师、注册咨询工程师，研究方向：变电站电气设计。
曾文珺（1994-），女，湖南邵阳人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：变电站电气设计。