变电站老旧敞开式设备改造选型研究
（350000 国网福建省电力有限公司福州供电公司 福建 福州）
【摘 要】通过设备投资成本、技改停电时间与停电次数、运行可靠性与稳定性、后期维护成本等方面对AIS、GIS以及HGIS三种高压电气设备进行综合研究和分析。研究表明对变电站老旧敞开式设备进行HGIS设备技改，能够保证变电站原有接线方式及保留原有母线的基础上进行一次设备及线路的改造，并且降低老旧变电站升级改造的施工难度和投资规模、降低后期维护成本，同时提高了设备运行可靠性。
【关键词】AIS；GIS；HGIS；变电站；设备技改1引言
早期建设的老旧变电站大多数为敞开式变电站，长期在恶劣的户外环境中运行，经常出现隔离开关操作机构锈蚀、瓷瓶断裂、导电回路电阻过大而发热、支持瓷柱外绝缘发生污闪等情况，并且设备老旧，安全风险高，存在修修补补的现象，给检修和运维人员带来极大的工作负担。但是在不改变现有设备结构的情况下，通过对原有设备进行大修或技改难以满足电网的可靠运行要求。因此，对这些老旧变电站进行改造显得极其重要。
另外，一些城市老旧变电站的改造还面临征地费用高昂，拆迁难度巨大，扩容需求大，扩建难度高等。城市寸土寸金，负荷集中，变电站异地新建基本不可能；若在非中心区域新建变电站，虽然可以在远期缓解负荷增长的压力，但线路路径、建设投产周期等问题，导致这些新站投产后往往只能用来供给新增负荷，替代老旧变电站的功能几乎是不可能的。
虽然老旧变电站的问题诸多，但这些变电站实际上往往已经成为负荷集中供应点，运维人员不仅要保证这些变电站能够安全可靠地运行，而且还要求更加自动化、智能化，以满足“减员增效”的大势所需。由于改造可能涉及全站设备，施工工序复杂，安全风险巨大，如何通过在不扩建土地和基本不停电的情况下，利用现有空间和结合现有基础设施，实现对老旧设备间隔的改造并确保施工安全，是改造的难点。
针对上述问题，本文提出采用一种介于气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）和空气绝缘的敞开式开关设备（Air Insulated Switchgear，AIS）之间的新型混合式开关设备（Hybrid Gas Insulated Switchgear，HGIS），该设备可在保证变电站原有接线方式及保留原有母线的基础上，通过更换断路器、隔离开关、接地开关、电流【摘 要】通过设备投资成本、技改停电时间与停电次数、运行可靠性与稳定性、后期维护成本等方面对AIS、GIS以及HGIS三种高压电气设备进行综合研究和分析。研究表明对变电站老旧敞开式设备进行HGIS设备技改，能够保证变电站原有接线方式及保留原有母线的基础上进行一次设备及线路的改造，并且降低老旧变电站升级改造的施工难度和投资规模、降低后期维护成本，同时提高了设备运行可靠性。
【关键词】AIS；GIS；HGIS；变电站；设备技改表1 AIS、HGIS、GIS方案对比
比较项目 AIS GIS HGIS
①可靠性 较低 高 高
②检修周期 定期进行设备维护 周期长（10-15年） 周期长（10-15年）③施工安装
设备分散共用，使用
安装周期长
采用预安装技术，安装周期短，
但是土建基础较复杂
采用预安装技术，安装周期
短，土建基础简单
④设备支架及土建费
用（户外布置）
多 少 少
⑤运行维护
工作量大，空间大便
于检修
工作量小，但需解体检修时工作
量大且复杂，检修空间小
工作量与GIS相当，检修空间
大，便于检修
⑥外部绝缘部位耐腐
蚀能力
最弱 最强 很强
⑦外部绝缘部位及密
封部位
少 最多 较少
⑧防污及抗震
受自然条件的影响
大，防污及抗震性能
相对较差
受环境条件的影响小，防污及抗
震性能好
受环境条件的影响较小，防污
及抗震性能较好
⑨扩建的方便性 扩建方便
扩建必须采用同一厂家设备，且
需要较长的停电时间
扩建方便，只需较短的停电时
间
⑩设备占地面积比 1.50~1.56 0.81~0.84 1
价格比
0.61 1.34 1互感器等设备，实现对敞开式设备的改造，能有效解决敞开式设备存在的问题，在老旧变电站设备改造中独具优势，具备推广价值 [1-3] 。
2变电站开关设备介绍和分析
2.1变电站开关设备简介
与HGIS性能和作用相似的传统设备主要有AIS、GIS两种大型设备，这也是我国目前所广泛应用的主要的变电站电气设备类型。
（1）AIS以瓷套作为设备外壳及外绝缘，其优点是优化投 资成本，缺点是占地面积大，且设备外露部件多，易造成闪络，受气候环境条件的影响大，不利于系统的安全及可靠运行。断路器的大修周期要求大于5年，小修周期大于1年 [4,5] 。
（2）GIS是把母线、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器进行组合并封闭在SF6气室的配电装置。其优点在于占地面积小、可靠性高、安全性强、维护工作量小，其主要部件的维修间隔不少于20年 [6] 。缺点是造价较高，故障后短时间内难以修复，扩建困难。
（3）HGIS是一种介于GIS和AIS之间的电气设备，其结构与GIS基本相同，经过优化设计将断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、进出线套管等有机地组合成一个整体，但不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露型，而且接线清晰、简洁、紧凑，安装及维护方便，扩建方便、灵活，运行可靠性高。每个间隔由单串或由不完整串组建而成。断路器的大修周期都大于12年，小修周期一般大于3年 [4-7] 。
2.2 AIS、HGIS或GIS方案优劣分析
根据调研，目前改造方案只有三种：AIS、HGIS、GIS。
为了更好地比较上述三种高压设备的技术参数及其经济性，比较结果如表1所示 [8-9] 。
2.3 HGIS应用情况分析
在220kV及以下的变电站中，AIS设备和GIS设备较HGIS要更为常见，而HGIS设备却在日本早已广泛投入使用，自第1套HGIS于1973年投运至今，已运行了几百套。在国内，HGIS于2003年在广东省500 kV横沥变电站开始投入运行，近年来才在国内得到推广应用；同时其在750 kV变电站、1100kV变电站也开始逐步得到应用。HGIS的主要生产厂家，国外有日本三菱MITS、西门子等公司，国内有西安西电开关电气有限公司、平高集团有限责任公司和新东北电气集团有限公司3家电气设备制造企业。
3变电站老旧设备经济性与技术性分析
国网福州供电公司的高压配电设备常年服役于严酷的湿热海洋气候下和工业污染的大气环境中，因此经常发生由于AIS的隔离开关故障而引发的停电事故，严重威胁电网运行安全和供电质量的问题。相比于AIS，GIS和HGIS设备具有更先进的制造技术，其通过将断路器、电流互感器、隔离开关全部封闭在金属壳体中，在厂内整体组装、调试，能够具有良好的质量控制能力。通过对实施过程进行分析可知，AIS设备改造要比GIS和HGIS的更为复杂，在老旧设备型号停产、场地受限的情况下，通常不能更换相同类型的设备，而整个配电装置的改造施工周期长，停电影响较大。在这种情况下，GIS和HGIS设备是较好的选择。
HGIS设备是在GIS设备的基础上，对其性能等方面进行了优化，HGIS继承了GIS设备较多的优点，如具有性能可靠、环境适应能力强、安装简便、维护的次数少，设备体积小。与GIS设备相比，HGIS设备由于采用的是敞开式避雷器与母线，设备成本约为GIS设备的60%左右。因此在对老旧AIS设备改造方面，HGIS设备可以在保留原有敞开式母线的基础上对其进行改造，相比于GIS设备具有显著的优势。另外，GIS设备要比HGIS设备在架空出线施工时需要更长的母线，由于母线的价格比较高，所以应用GIS设备的投资成本会更高。GIS设备的扩建工序也比较复杂，停电的时间也比较长；HGIS设备在扩建时，通过选择适合的布置方式、简化扩建操作，只需要短时间停电，就能尽快的完成设备 的扩建，而且不同间隔可选择不同厂家产品，不受厂家限制。
4结论
本文分别从设备成本、技改时停电时间与停电次数、运行可靠性与稳定性、后期维护成本等方面进行详细分析：
AIS设备的主要优点是造价低，可轮流停电进行施工，但故障率高、可靠性及安全性较低；GIS设备的主要优点是可靠性及安全性高，但施工将造成全站停电，影响较大，且造价高；HGIS设备的主要优点是可靠性及安全性高，可轮流停电进行施工，造价介于AIS和GIS之间。因此，HGIS无论是在经济上，还是在技术上都比AIS、GIS更具有优势，更加符合当前我国经济社会以及科技发展的要求，它的研究制造和发展应用必然会推进我国智能电网建设的水平和速度。
参考文献：
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作者简介：
陈高汝（1991-），男，工程师，主要从事高电压绝缘技术研究与工作。
