廣州供電局有限公司的研究人員張娜、蔣健、李巨澤、周劍君， 在2017年第6期《電氣技術》雜誌上撰文指出， 在不新征土地的情況下實現主接線超可研規模改造；在基本不停電的情況下， 實現改造目標並確保施工安全， 是220kV大型敞開式變電站主接線改造的難點， 是也是本文論述的重點。
本文通過對某220kV樞紐站雙母線改雙母線雙分段工程設計實例的分析， 提出通過利用現有空間， 結合線路、母線間隔改造， 採用HGIS與GIS相結合的多間隔帶母線組合電器， 來突破改造難點， 實現改造目標。 為220kV大型敞開式變電站在不征地少停電的情況下，
本文通過對某220kV樞紐站主接線改造設計實例的研究和總結，
提出通過利用現有空間，
結合線路、母線間隔改造，
參照行業標準的要求，
採用HGIS與GIS組合成的帶母線多間隔組合電器，
來實現變電站由雙母線到雙母雙分的主接線改造[7]。
1.1 改造前情況
該站位於廣州市海珠區西部， 現有主變2×240+180MVA， 220kV出線7回,主接線為雙母線帶旁路接線型式， 一次設備為戶外敞開式設備。 110kV出線8回， 主接線為雙母線雙分段接線型式， 一次設備為戶外GIS設備。
該站是廣州市海珠區的3個主要220kV電源之一， 供電負荷約占海珠區總負荷的40%， 是廣州中部電網的重要樞紐站，
1.2 改造的必要性
220kV樞紐變電站戶外AIS設備雙母線接線方式存在全站失壓風險[8]， 當倒閘操作將雙母線變為單母線運行時， 若發生刀閘瓷瓶或母線支持瓷瓶斷裂、跌落將會造成全站失壓， 構成安全事件， 南網反措確定今後重要的220kV變電站應設母線分段開關。
根據系統計算， 該樞紐站220kV側雙母線故障全站失壓時， 嚴重情況下最大損失負荷約790MW， 占廣州全網的6%， 損失用戶數約460000戶， 占廣州全網比例10.5%， 構成國務院599號令和南網事故事件調規的一級事件；同時， 中部電網損失4回供電通道， 嚴重削弱廣州電網網架結構， 需大面積錯峰限電， 並存在系統全黑和構成較大電網事故的風險。
因此， 為避免該站雙母線故障後全站失壓將導致的負荷損失， 實現500kV穗西站投運後分區運行要求， 加之該站LW6-220W型斷路器存在家族缺陷， 因此需結合線路間隔改造工程， 對該站的220kV主接線進行改造。
1.3 改造的可行性
該站220kV雙母線帶旁路改為雙母雙分段帶旁路接線的改造工程， 結合線路間隔LW6-220W型斷路器更換工作一起開展。
（1）可行性分析
改造後需要新增6個間隔， 設計中通過靈活採用HGIS設備或HGIS與GIS相結合的組合電器， 在拆除兩個相鄰的敞開式線路間隔後， 在原場地內， 佈置了5個HGIS和GIS間隔， 使得原場地的新增間隔得以實施。 改造前後間隔數量的對比見表1。
表1 改造前後間隔數量表
（2）安全性分析
改造設計遵循保證變電站雙母線運行方式，
（3）經濟性分析
變電站由雙母線帶旁路接線改造為雙母雙分帶旁路後， 可以有效避免雙母線接線時的全站失壓風險， 保證廣州6%的用電負荷安全可靠。
改造工程結合線路斷路器退運同時進行，
改造工程新增了6個間隔但未徵用一寸土地。 節省了大量的征地費用， 降低改造成本。
2 改造設計方案改造工作涉及原有五個間隔設備的拆除和一、二次設備的改造、重建工作。 具體如下：
（1）將原1M分拆成1M、5M， 分段設備採用HGIS設備；
（2）將原2M分拆成2M、6M， 分段設備採用HGIS設備；
（3）旁路、5M-6M母聯、6M母線設備三個間隔的設備全部採用GIS設備並通過HGIS與敞開式母線駁接， 佈置在原旁路間隔， 同時拆除原旁路間隔主要設備；
（4）瑞伍甲線、5M母線設備兩個間隔的設備全部採用HGIS設備， 佈置在原瑞伍甲線間隔， 同時拆除原瑞伍甲線間隔主要設備；
（5）厚瑞甲線、1M、2M母聯、2M母線設備三個間隔的設備全部採用GIS設備並通過HGIS與敞開式母線駁接，佈置在原厚瑞甲線間隔，同時拆除原厚瑞甲線間隔主要設備。
（6）厚瑞乙線、1M母線設備兩個間隔的設備全部採用HGIS設備，佈置在原厚瑞乙線間隔，同時拆除原厚瑞乙線間隔主要設備。
改造部分的主接線見圖1。改造新增的多間隔GIS佈置及其與敞開式母線的駁接情況見圖2。
圖1 改造前後的主接線
圖2 HGIS與GIS相結合的組合電器
3.1 改造原則
雖然各個變電站的運行情況、設備狀況等千差萬別，但是通過對改造實例的研究，可以發現變電站改造中的共性。本文結合該站的改造方案，總結列舉變電站改造設計需要遵循的原則：
（1）設計方案應充分考慮運行中變電站的安全生產要求，減少停電時間，避免全站停電；
（2）設計方案應充分考慮安裝及檢修的便利，在滿足設備安全淨距的要求時，還必須滿足巡視、檢修、吊裝、運輸等要求。
（3）設計方案應因地制宜，巧用GIS和HGIS設備，利用變電站原有場地進行新增或設備升級改造；
（4）設計方案應充分考慮老舊變電站的設備設施使用情況，應在方案中充分結合老舊設備和設施的更新換代，避免改造工程修修補補重重複複；
（5）全站綜合改造設計應充分考慮新建設備的集中佈置，充分利用和節省站內土地資源，提高土地利用率。
3.2 220kV變電站220kV側的接線型式
早期建設的220kV變電站的220kV側接線一般採用雙母帶旁路接線[9~10]。這是因為在大型變電站建設早期時，由於開關設備操作可靠性不高，由開關誤動或者拒動引起的故障次數較多，雙母線帶旁路的接線方式可以有效地做到不停電檢修，提高了供電的可靠性。
但是，雙母線帶旁路的接線本身也存在著許多弊端，例如：占地面積大、佔用設備間隔數較多、二次保護配置複雜、倒閘操作票步驟繁多，易發生誤操作[1]。隨著SF6斷路器和GIS設備技術的成熟和價格的下降，開關設備操作的可靠性和準確性有了大幅度地提高，目前已經得到了較為廣泛的應用。
因此，為滿足負荷快速增長和電網快速發展的需要，淘汰老舊設備，避免全站失壓風險，提高電網供電可靠性，大中城市新建或改造的變電站，其接線方式推薦採用雙母線雙分段接線。
3.3 採用HGIS或HGIS與GIS相結合的組合電器實現間隔新增和老舊配電裝置的淘汰
廣州地區八九十年代建設投產的220kV變電站基本採用戶外敞開式設備，採用中型佈置。由於變電站執行時間久遠，一次設備接近壽命期，隱患缺陷多，高型構架老化程度嚴重[11]，威脅到電網的安全。受場地限制、征地困難和施工現場風險控制難度大，建議靈活採用HGIS設備或HGIS與GIS相結合的組合電器，以逐步實現改造目標。
採用HGIS改造單一間隔的工程較為常見，下面主要闡述採用HGIS與GIS相結合的組合電器對220kV配電裝置改造的優點如下：
（1）減少停電時間，避免全站停運。改造涉及雙母線改造為雙母雙分，還涉及線路間隔的改造，改造中通過合理安排施工工序，先利用旁路代路對線路間隔進行改造，同時安裝新增母線設備及母聯間隔，然後再進行母線分段改造，從而有效減少線路停電時間，避免了全站全停的情況發生。
（2）保留原有敞開式的旁路母線及出線構架，變電站內改造不影響原有線路走廊及線路運行。無論是改造為HGIS還是GIS的線路間隔，都通過支柱絕緣子與旁路母線駁接，施工中也通過旁路代路的方式保證線路運行，將改造控制在變電站範圍內。
（3）改造前其中1回出線無獨立配電裝置，運行時需要由旁路間隔代路；改造後較改造前增加了6個電氣間隔，需由旁路代路的出線間隔已經成為獨立間隔。
（4）節約企業成本。改造新增了6個電氣間隔，但未徵用一寸土地，大大降低了工程成本。
（5）為日後220kV側原場地GIS改造奠定基礎。改造後，旁路、6M母線設備和5M-6M母聯佈置為一組GIS設備；厚瑞甲線、1M-2M母聯、1M母線設備佈置為一組GIS，GIS母線留有駁接位置，可以逐步實現全站GIS改造。
（5）厚瑞甲線、1M、2M母聯、2M母線設備三個間隔的設備全部採用GIS設備並通過HGIS與敞開式母線駁接，佈置在原厚瑞甲線間隔，同時拆除原厚瑞甲線間隔主要設備。
（6）厚瑞乙線、1M母線設備兩個間隔的設備全部採用HGIS設備，佈置在原厚瑞乙線間隔，同時拆除原厚瑞乙線間隔主要設備。
改造部分的主接線見圖1。改造新增的多間隔GIS佈置及其與敞開式母線的駁接情況見圖2。
圖1 改造前後的主接線
圖2 HGIS與GIS相結合的組合電器
3.1 改造原則
雖然各個變電站的運行情況、設備狀況等千差萬別，但是通過對改造實例的研究，可以發現變電站改造中的共性。本文結合該站的改造方案，總結列舉變電站改造設計需要遵循的原則：
（1）設計方案應充分考慮運行中變電站的安全生產要求，減少停電時間，避免全站停電；
（2）設計方案應充分考慮安裝及檢修的便利，在滿足設備安全淨距的要求時，還必須滿足巡視、檢修、吊裝、運輸等要求。
（3）設計方案應因地制宜，巧用GIS和HGIS設備，利用變電站原有場地進行新增或設備升級改造；
（4）設計方案應充分考慮老舊變電站的設備設施使用情況，應在方案中充分結合老舊設備和設施的更新換代，避免改造工程修修補補重重複複；
（5）全站綜合改造設計應充分考慮新建設備的集中佈置，充分利用和節省站內土地資源，提高土地利用率。
3.2 220kV變電站220kV側的接線型式
早期建設的220kV變電站的220kV側接線一般採用雙母帶旁路接線[9~10]。這是因為在大型變電站建設早期時，由於開關設備操作可靠性不高，由開關誤動或者拒動引起的故障次數較多，雙母線帶旁路的接線方式可以有效地做到不停電檢修，提高了供電的可靠性。
但是，雙母線帶旁路的接線本身也存在著許多弊端，例如：占地面積大、佔用設備間隔數較多、二次保護配置複雜、倒閘操作票步驟繁多，易發生誤操作[1]。隨著SF6斷路器和GIS設備技術的成熟和價格的下降，開關設備操作的可靠性和準確性有了大幅度地提高，目前已經得到了較為廣泛的應用。
因此，為滿足負荷快速增長和電網快速發展的需要，淘汰老舊設備，避免全站失壓風險，提高電網供電可靠性，大中城市新建或改造的變電站，其接線方式推薦採用雙母線雙分段接線。
3.3 採用HGIS或HGIS與GIS相結合的組合電器實現間隔新增和老舊配電裝置的淘汰
廣州地區八九十年代建設投產的220kV變電站基本採用戶外敞開式設備，採用中型佈置。由於變電站執行時間久遠，一次設備接近壽命期，隱患缺陷多，高型構架老化程度嚴重[11]，威脅到電網的安全。受場地限制、征地困難和施工現場風險控制難度大，建議靈活採用HGIS設備或HGIS與GIS相結合的組合電器，以逐步實現改造目標。
採用HGIS改造單一間隔的工程較為常見，下面主要闡述採用HGIS與GIS相結合的組合電器對220kV配電裝置改造的優點如下：
（1）減少停電時間，避免全站停運。改造涉及雙母線改造為雙母雙分，還涉及線路間隔的改造，改造中通過合理安排施工工序，先利用旁路代路對線路間隔進行改造，同時安裝新增母線設備及母聯間隔，然後再進行母線分段改造，從而有效減少線路停電時間，避免了全站全停的情況發生。
（2）保留原有敞開式的旁路母線及出線構架，變電站內改造不影響原有線路走廊及線路運行。無論是改造為HGIS還是GIS的線路間隔，都通過支柱絕緣子與旁路母線駁接，施工中也通過旁路代路的方式保證線路運行，將改造控制在變電站範圍內。
（3）改造前其中1回出線無獨立配電裝置，運行時需要由旁路間隔代路；改造後較改造前增加了6個電氣間隔，需由旁路代路的出線間隔已經成為獨立間隔。
（4）節約企業成本。改造新增了6個電氣間隔，但未徵用一寸土地，大大降低了工程成本。
（5）為日後220kV側原場地GIS改造奠定基礎。改造後，旁路、6M母線設備和5M-6M母聯佈置為一組GIS設備；厚瑞甲線、1M-2M母聯、1M母線設備佈置為一組GIS，GIS母線留有駁接位置，可以逐步實現全站GIS改造。