技术经济分析

四、 模块化变电站与通常 GIS 变电站比较
序
通常 GIS
项目
模块化变电站
号
变电站
原因
1 占地面积
100% 相同
HGIS 与 GIS 同属于组合电器
2 土建工作量
100% 减少 90%以上 无建筑
GIS 一次设备需要现场组装（罐体清
3 降低安装工作量 100% 减少 80%以上 洁、抽真空、吊装等；模块化生产，工
重要变电站和发电厂项目要求可靠性高，运行维护工作量少，现场施工、安 装调试时间短；HGIS 都能更好的满足项目的要求，这是由于 HGIS 组合电气的整 体结构设计理念所决定的：
1、HGIS 采用最少的绝缘件，降低绝缘故障发生的概率，每相最小配置只有 三个绝缘件,一般不使用盘式绝缘子，GIS 使用较多的盘式绝缘子，因此绝缘件 数量较多；
（3）维护简便。HGIS 基本属于免维护的设备（一般为 25 年），厂家一般仅 要求 5-7 年进行一次预防性实验。断路器和隔离开关的操作机构以及 CT、汇控 柜都可以进行整体更换，一次设备可分相整体更换。上述元件如果发生损坏问题， 一般是退回厂家整体更换，不需要现场处理；为了方便安装，一般厂家会提供支 架的地角螺丝以及一次接线端子，并且提供足够的 SF6 气体和必要的专用工具。
紧凑模块化，变电站结构包括：基础钢构和在基础钢构上布设的高压 组合电器模块、中压组合电器模块、主变压器模块及智能舱式自动化 控制室模块四个模块。
设备集成化，具有组合灵活，便于运输、安装快捷、建设周期短等特 点。
工厂预制化，所有模块均可工厂生产；厂内完成变电站整体调试，用 户在工厂完成变电站整体验收。
12
CT
环氧树脂
70
9.69
7.22
2、HGIS 相对于 GIS 组合电器运行可靠性更高 （1）HGIS 使用了新的制造工艺，用高压铝铸件技术制造壳体，使得密封法 兰的工况大为改善，实现了法兰金属面的直接压接，使得年漏气率大为降低。 （2）HGIS 在结构上减少使用盘式绝缘子（252kV 及以下的电压等级，可以 不使用盘式绝缘子），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。 （3）HGIS 使用多工位的隔离开关，使得内部一次结构大为简化，易损元件 减到最少；多工位的隔离开关从设计结构上本身就带有防止误操作的功能，并且 操作简单，功耗小；由于 HGIS 设计了隔离开关的观察窗，使得现场实现了隔离 开关的明显断开点；使用新型的隔离开关操作机构，此机构的机械部分是密封在 一个金属罐体里，在长期运行当中与外部空气隔绝，解决了以往隔离开关机构暴 露在空气中的锈蚀问题，使机构整体在开关的寿命期内不需要做任何维护。 另外考虑到 HGIS 设备的免维护，套管的爬距较大，一般都超过国家标准的 最大爬距（如中电新源采用 3.9 cm/kV）。在低温环境下，我们的 HGIS 一般使 用 SF6 和 CF4 的混合气体，也可以采用通常国内使用的混合 N2 和加热器的形式。 3、HGIS 相对于 GIS 组合电器方便安置维护 （1）HGIS 的一个开关间隔做成一个模块，整体出厂运输。模块（间隔）由 1 根（72.5kV）、2 根（145kV）、或 4 根（252kV）金属支柱支撑，各间隔之间以 及间隔与母线之间的相对位置以及对整个地基的水平度的要求不像 GIS 那样严 格。 HGIS 重量轻，动载荷较小，1 个双母线进出线间隔的模块、支架、汇控箱总 重量 1 吨多一点，分、合闸动载荷均为 10kN，而 GIS，如一个双母线进出线间隔， 除去母线、汇控箱，总重量就达 5 吨之多，动载荷为 15kN（合闸）和 25kN（分 闸）。相对而言，HGIS 对地基承载能力的要求也低得多。
度及过负荷能力。 采用特殊工艺提高变压器动稳定水平及可靠性。
2. HGIS 高压组合电器技术特点 所用空间及占地面积小，土建及安装工作量小，安装简单 重量轻，抗污性、憎水性、抗震性高 组合灵活、运行可靠、直观、检修维护工作量小 安装时间短，停电次数少
3. 智能舱设备技术特点： 智能舱作为模块化变电站信息采集与监测控制中心，集成了电站自动
2、HGIS 整体结构分相独立气室，因此采用最少的法兰件，降低漏气故障发 生的概率，每相最小配置只有五个法兰面 GIS 使用较多的盘式绝缘子，用于隔离 每个部件，因此，法兰件数量自然增加很多；
3、HGIS 确保设备运行维护工作量最少，降低维护不当发生事故的概率，GIS 使用较多的盘式绝缘子和法兰密封件，绝缘子和密封垫是开关设备老化最突出的 问题；
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，在行车过程中，由于落点不同， 震动频率不同，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；而 HGIS 只有一个气室，置于同一支撑架上，可以把它成一个整体， 不存在 GIS 由于震动频率不同造成相对位移及漏气的问题。GIS 由于内部各气室 连接使用盘式绝缘子，在断路器的金属蒸汽会加速盘式绝缘子存的老化，而 HGIS 是一个气室没有盘式绝缘子，可靠性高；同时 GIS 各气室之间的连接都属于金属 母线硬链接方式，连接点过多，在行车过程中发生的震动就会使连接点发生松弛、 脱落（金属疲劳变形及机械位移导致），引起开关机械故障；而 HGIS 母线连接 点比 GIS 少的多，因此机械事故率会大大降低。综上所述需采用 HGIS 而不采用 GIS 设备。
安装简约化，用户在工厂完成验收后，现场仅为重复线缆连接工作， 大大减少了现场安装工作量
投资节约化，由于其集成度高、建筑面积少、选址方便；运行方式灵 活、施工便利等优点；可以有效的缩短施工周期、节约人力物力、减
小征地面积。
三、 紧凑型模块化变电站主要设备及特点
1. 变压器技术特点： 变压器运输状态即为变压器运行状态，安装快捷、缩短施工周期。 采用低位前出高压复合绝缘套管满足道路运输条件 采用新型绝缘材料，缩短绝缘距离、减少变压器体积和重量，提高耐热温
很难达到技术要求，由此引起的故障率 比 HGIS 高；另外 GIS 法兰面多，致使
其漏气率增加；再者由于 GIS 维护工作
量大，检修停电时间长，也造成了可靠
性降低。
7 施工安装时间
100% 减少 70%以上 模块化生产，工厂预装、预调试
8 投资成本
100%
减少 45~50% 降低土建、电建工作量，减少材料使用
厂预装、预调
设备技术寿命期内，GIS 需要更换法兰
4 维护工作量
100%
减少 60% 密封垫及部分盘式绝缘子；HGIS 不需
要更换密封垫，无盘式绝缘子元件。
HGIS 在净化车间完成组装的，而 GIS
是在变电站现场环境中完成组装的，这
样使得 GIS 设备内部及法兰面清洁度
5 可靠性
100%
提高 60%
化、微机保护、信息远动、安防与视频、设备在线检测等智能系统，级大的 方便用户运行维护和设备管理，同时该智能舱的设计紧跟国网智能化变电站 发展方向。 多种现场简单快速的安装设计 高度集成的综合自动化系统，具备无人值守条件 全面的变电站一二次设备在线监测 适应广泛的远动通信模式 灵活可靠的直流系统 完备的智能安防与视频系统 可选配符合国网标准的变电站智能化单元 集成的空气调节系统。
四种地震作用下结构各种材料最小的安全系数
元组号 1 16 9 23 39
部件名称 支架
断路器壳 隔离开关
套管 导电杆
材料 Q235 LD2-CS ZL101A 玻璃钢 6A 02
破坏应力 460 295 235 300 295
计算应力 80.92 54.45 43.18 3.84 6.34
安全系数 5.68 5.42 5.44 78.1 46.5
紧凑型模块化变电站解决方案，以一、二次融合的智能设备为模块，通过工 厂化生产预制、现场模块化装配建设变电站，可以减少现场的施工及调试的工作 量，缩短建设周期；变电站调试简单、运行可靠，与周围环境协调，容易选择建 设地点；节省了变电站的占地面积、建筑面积和投资规模。
二、 紧凑型模块化变电站特征
紧凑性模块化变电站是中电新源智能电网科技有限公司在其移动式模块化 变电站产品的基础上进一步开发设计的新一代产品，具有以下特点：
11 寿命期
100%
上, GIS 最大耐受地震能力为 8 度 （0.2g） 由于 GIS 大量使用的盘式绝缘子是环 氧树脂材料，而环氧树脂在强电场或金 提高 300%以上 属气体作用下容易发生老化，使绝缘水 平降低。 HGIS 无盘式绝缘子，只使用 真空浸胶绝缘棒。
附件：
高压组合电器 HGIS 与 GIS 的不同之处
HGIS M1/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，使用 X+Z 向、Y+Z 向地震响应谱和人工合成地 震波，进行九度烈度地震区设计校核。地面水平方向加速度取 0.5g ，竖直方向 加速度取 0.333g ，结构阻尼比按 5%计算。计算结果表明，无论使用哪种地震 波进行校核，结构各部件的应力都小于破坏应力，各种材料最小的安全系数（下 表）均大于刚性安装在基础上的高压开关设备安全系数为 1.67 的 GB/T13540-92 的抗地震要求,且有很大的安全裕度，所以该产品可用于九度烈度地震区。
（4） 通常 HGIS 在使用方面应当注意在设备发生问题的时候，一般由厂家派 人到现场处理。处理方式为更换元件，一般不进行现场的元件的拆装。
110kV 变电站新建工程采用模块化与 GIS 方案
技术经济分析
一、 概述
为提高供电质量及电网运行可靠性指标，日益重视发展电源建设的快速性和 灵活性。而且越来越多的客户倾向于整体“交钥匙工程”的变电站建设模式来替 代传统分散管理的电网基建模式。
面对新的形势和挑战，我公司适时推出了紧凑型模块化变电站解决方案，既 遵循相关标准与规范，又突破传统变电站建设理念，以工厂化预制、模块化结构 的全新理念实现变电站的快速组装。
HGIS 模块整体运输到现场，只需通过支架就位、模块就位、控制电缆插头 （座）连接几个简单的步骤即可完成安装，现场安装工作量降到了最低程度。
（2）方便安装调试。HGIS 的一次部分是在工厂的净化车间完成的，二次控 制线是通过航空插头连接的，整体设备在工厂内进行调试。一次设备现场不需要 净化处理和抽真空等工艺过程，安装现场只需要简单的整体组装和固定；二次部 分使用的航空插头是一一对应的，不需要重新进行二次电缆的拨线、对线、做电 缆头等工作，也不会发生插错的问题；一般来说，现场安装由厂家负责，145KV 和 252KV 的设备一个间隔一天即可安装完成。
易于接入，减少安装工作量；由于 GIS
增容扩建一个间 9 隔引起的母线停
电时间
100%
减少 90%以上
的母线是全封闭气体绝缘，导致新设备 接入困难是 GIS 普遍存在的问题。HGIS 接入一个间隔正常需要 2 小时停电时 间，GIS 接入一个间隔最短需要 24 小
时停电时间
10 抗震能力
100% 提高 150%以上 HGIS 耐受地震能力为 9 度（0.5g）以
4、HGIS 采用工厂内模块化预制，一体化运输，插接式快捷安装，缩短安装 调试工期，2 人当天可以完成一个间隔的安装、调试、投运工作。GIBiblioteka Baidu 到达变电 站现场必须完成整体组装、抽真空和充气、调试的复杂的工作，每个间隔最少需 要 3 到 5 天才能投入运行。
其他详细论述如下：
一、HGIS 与 GIS 组合电器的综合比较 1、HGIS 相对于 GIS 组合电器有更强的抗震性能 由于 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