浅析500kV变电站HGIS、GIS组合电器二次技术标准化

摘要：我国智能化变电站建设已进入快速发展阶段，但有些观点存在分歧，其中较为突出的是与一次设备的衔接问题。目前使用的一次设备有三种类型：传统的瓷柱式（AIS）、GIS和HGIS。用这三种类型的高压设备建立的智能化变电站，无论从建设的过程还是运行方面，都有其各自的特点。为此智能变电站需要寻找到一种便于部署、免于维护、性能可靠的一次设备技术方案，文章旨在此方向给出一些有益的探讨与分析。

关键词：HGIS;GIS;智能变电站;抗震;工厂预制;免维护

国家电网公司2021年继续开展开关类设备智能化提升，部分网省公司计划完成试点变电站SF6密度继电器远传升级、机械特性在线监测系统改造、开关柜无线测温装置加装等。文中介绍一二次设备融合开关关键技术、设计思路和实现方法，完成样机研制及试验验证工作。

1 HGIS与GIS组合电器的综合比较

1.1 HGIS相对于GIS组合电器有更强的抗震性能

HGISM1/WEB型气体绝缘金属封闭组合电器产品按照GB/T13540-92高压开关设备抗地震机械特性试验标准，进行九度烈度地震区设计校核，具有更优秀的抗震特性。

HGIS设备的制造是一个整体结构，每个间隔的连接属于柔性连接，而GIS组合电器属于分体结构的硬连接，而各间隔之间的硬连接的结构是抗震动最薄弱的地方。同样一个间隔配置，GIS是HGIS重量的3～5倍左右。由于GIS体积、重量偏大，GIS对地面的支撑点至少是4个，易因为外力引起GIS各气室法兰连接处发生相对位移，直接造成法兰密封受损造成漏气。

1.2 HGIS相对于GIS组合电器运行可靠性更高

（1）HGIS的壳体使用了高压铝铸件技术，结构体连接部分的法兰金属面的直接压接，密封性能得到极大提高，降低了漏气率。（2）HGIS在结构上减少使用盘式绝缘子，使得内部绝缘件的故障率大为降低，提升运行可靠性。HGIS应用最普遍的单母线型基本模块，每相（套管-套管）为一个独立气室，不必采用盘式绝缘子隔板。只有配PT、电缆终端、或双母线时，每相才使用1个盘式绝缘子做为隔板。相对GIS而言，HGIS大大减少了盘式绝缘子的用量，从而减少了设备重量，更重要的是减少了绝缘薄弱环节和密封环节，提升了设备整体可靠性，而且更容易对内部故障定位。

2总体架构设计

一二次融合500kV智能GIS设备主要有GIS本体和智能组件柜组成，系统架构上可分为过程层、间隔层和站控层，过程层主要由一次开关设备部本体及融合设计的感知元件组成，主要有机械特性感知单元、局部放电感知单元、气体状态感知单元、位置双确认感知单元等；间隔层主要由采集执行单元（包括智能终端、合并单元装置）和开关边缘计算终端组成，实现开关电流信号采集、保护测控信号传输、状态信息的采集及分析处理。采集执行单元通过GOOSE/SV实现与变电站安全I区通信；开关就地边缘计算终端通过MMS方式实现与变电站安全II区通信。

GIS本体采用结构紧凑、性能可靠的高压开关设备，采用集成化的控制回路代替传统回路，减少配线调试工作量，采用电机驱动操作机构，实现开关动作特性智能可控，提高运行精度。综合应用多种在线监测手段，实现开关设备状态全面感知。

3改进建议

针对HGIS、GIS组合电器二次回路存在诸多的问题，可以借鉴传统继电保护及二次线规范和智能化变电站设计成熟技术，对HGIS、GIS组合电器传统电缆接线二次回路进行优化和规范。

a）GIS和HGIS生产厂家的技术重点和难点是放在如何提高一次设备的产品质量和技术含量的，二次设备的制造是辅助和配套设备，在二次方面技术力量相对比较弱。鉴于这种情况，多个生产厂家可以联合制订出一套GIS、HGIS二次规范，统一原理、统一接线、统一端子排、统一继电器配置、统一汇控箱设备布置。这样既有利于厂家的生产和产品质量，又有利于设备投运后的运行维护，同时可以形成一套标准的生产线。

b）加快大运行和运维一体化管理进程，运维检修人员大范围宽角度地来对变电站进行维护和管理。同样GIS和HGIS组合电器的汇控箱同样可以按照这种思维来统一管理配置，将汇控箱内的分立式继电器、电气闭锁逻辑、就地操作回路汇集于光纤转换箱内。这样可以大量减少汇控箱内二次线的数量，同时进一步加大了光纤的集合度，也有益于保护柜操作继电器和汇控箱继电器之间的时间配合。

c）现在运行的GIS、HGIS设备汇控箱到主刀、地刀、密度继电器等各个设备元件都是使用电缆或二次线相连接的。连接接口有的是使用端子排直接连接的、有的是使用A型插头或n型插头连接的，形式多样，没有一个统一的规范加以约束，焊接工艺和手法、使用的材料和标准都不尽一致。在行业范围内应该进行标准的统一，这样既有利于厂家的流水线化生产，又有利于现场的运行维护和缺陷处理。

d）规范汇控箱到各个单元的二次线或电缆的连接和走线方式，提高施工工艺和缆线绝缘水平。智能化变电站的投运大量减少了电缆和二次线，对于变电站直流系统的绝缘水平大幅度提高，凸显出GIS和HGIS连接电缆和二次线工艺水平和绝缘水平。为了提高直流系统的供电可靠性，汇控箱及相关各个元器件的连接缆线需要有一个统一的工艺规范和要求，确保在这个环节直流系统可靠运行。

e）不断提高汇控箱、开关机构箱、刀闸控制箱等元件的高度集合化水平。可以充分应用发电厂DCS的成熟技术，对组合电器的开关机构箱、刀闸控制箱等元器件的控制和信号传输进行光纤化集合，在汇控箱统一集合，进一步提高组合电器的集约化水平。这里的难点问题是各个箱体的保温、防潮、防灰，对于组合电器而言解决起来相对更容易一些。

f）对于组合电器汇控箱进行定置化配置管理：对于汇控箱内的各个控制继电器、光纤转换箱、各种保险、避雷器、控制小开关等，各个型号的组合电器进行统一规范，定置化管理，需要各个组合电器厂家共同商讨进行约束和规范。

g）统一汇控箱各元器件的编号、缆线的编号规则和缆线的帮扎工艺，一方面便于缆线的校对和运行维护，另一方面更有利于生产厂家的流水线作业。

结语

智能化变电站不仅是一个基于IEC61850国际标准在国内的深化应用，更是一种解决方案，旨在实现变电站数字化的同时实现典型性设计、工厂化预制、全寿命管理、免维护运行。要实现上述经济技术要求，必须全站的各部分都符合上述要求，并达到与之相适应的技术指标。

参考文献

[1]严伟，王凯，顾健雨，等.GIS一二次智能化融合研究[J].电力系统装备，2020（11）：83-84.

[2]林翔宇，王晓明，周柯，等.一二次融合的高压智能断路器技术研究[J].广西电力，2020（5）：1-4.