1 问题的提出

京九铁路全长1577，6正线公里。京九铁路正线和津霸联络线采用带回流线的直接供电方式，麻武联络线采用AT供电方式。接触网额定电压为25kV，频率50Hz，全线新建29座牵引变电所。由于供电技术要求，京九铁路辩湾车站附近需设置牵引变电所1座。经多次现场踏勘筛选。在浒湾附近1km的范国内能综合满足供电质量、场坪大小、百年洪水位、外电及运输方便、土石方工程量小等各项条件的场坪基本上没有。在与站前专业的配台过程中了解到，本次工程中浒湾车站的关闭站和废弃车站可以利用为浒湾变电所的场坪。透过现场踏勘发现浒湾车站除场坪较小外，其他条件均能满足在此设所的要求。浒湾变电所如按常规布置将导致开山或房厦拆迁，工程量较大：浒湾变电所是否可结合既有场坪进行特殊设计值得研究。

2 牵引变电所系统设备类型研究

直供方式的牵引变电所常规布置形式是11OkV（220kV）设备布置在户外，27+5kV设备布置在户内（网栅或开关柜），一般110kV变电所场坪尺寸为60mx70m，房屋为一层。个别特殊地区由于受场坪大小的限制也可以采用特殊布置方式，最常用的方式是110kV（220kV）设备采用户内GIS组合电器，该组合电器一般放在变电所的二层，一层和常规布置的变电所一样。该种特殊布置方式的特点是除变压器在户外布置外全部设备在户内布置，变电所的场坪面积虽然不到常规布置的2/3，但房屋面积增加了一倍，且110kV设备费为常规升体设备费的2倍多。正因为设备费和房屋工程费增加过多，一般普速铁路基本上不采用户内GIS布置形式。

针对京九铁路工程，如在山区受地形条件限制采用户内GIS，面临的最大问题是设备和房屋工程投资增加较多。在方案比选过程中了解到电力系统110kV变电所还有一种特殊的布置形式，即户外屋顶HGIS（又称半GIS）布置。

HGIS组合电器是按照户外型设备设计制造的，设备具有抗污秽、自洁性，所以其本身具有放置在屋顶的条件。变电所的生产房屋内设有27，5kV高压室、继电保护等二次设备室及辅助用房，将110kV高压设备放置在屋顶上不用额外再占用土地。按照罐式断路器的原理制造，断路器在开合动作时对楼板不会形成冲击力，因此不需要额外考虑屋顶抗冲击力的问题。HGIS组合电器为铝合金制造，其重量相当于其他同类设备重量的1/3-1/5，因此对建筑设计没有特殊要求。如果进行事故处理，设备放置在屋顶也便于整体吊装，还便于架空线路连接。

HGIS与GIS的区别在于：GIS把整个变电站的110kV设备包括断路器、避曾器及母线等集成在一个SF6气体密闭室中，俗称SF6全封闭组合电器，缺点是，由于集成度过高，一旦有一个断路器出现问题，整个变电站都要停电，扩大了停电范围，损失比较大。另外，由于将所有电气设备放在一个气室中，相应增加了事故隐患。如：常见的漏气问题，由于范围较大，很难查出故障点，增加了停电检修的难度，延长了停电时间。而HGIS把一相断路器加隔离开关和接地开关作为一个模块放在SF6密封舱中，每一相有独立的外壳，其可靠性和灵活性较高。与GIS不同，HGIS如果某一相育问题只更换有问题相，缩小了停电范围和检修时间。SF6气体用量小（只有GIS用量的20%），符合环保要求。

HGIS与传统的分散单体设备相比还有以下更多的优点：

（1）HGIS占地面积小：比AIS变电站节省30%的场坪，因为AIS采用空气绝缘，而HGIS采用SF6气体绝缘，占地面积大大减少。若放在屋顶可节省40%-50%的场坪；

（2）免维护：由于HGIS吸收了GIS技术，节省AIS需要的定期维护工作量，25年基本免维护：

（3）耗能小：利用HGIS技术建造的变电站与传统的AIS变电站相比，能量损耗极小，可忽略不计；

（4）安装、更换方便：一般安装一个间隔只需3h，另外HGIS可以拆成单个部件，84%可以回收，且HGIS不含油，节能、环保。对于国家大力提倡电力系统无油化建设，无疑是一种比较好的产品。

HGIS既吸收了GIS与AIS的成功运行经验，又解决了GIS由于集成度过高带来的负面影响以及AIS由于面积过大而在老站改造和新建变电站带来的诸多问题，并且更能符台减少投资、节能降耗和环保的要求。综台技术经济比较见表1从国际、国内的变电站发展趋势来看，利用HGIS对变电站改造和建设不失为一种合适的选择。

3 HGIS系统在浒湾变电所的应用研究

京九铁路变电所的生产房廑长宽分别为42。3m×10。5m，其宽度方向正好能满足HGIS设备的空间要求，长度方向略有富余，两侧富余的空间可作为设备维修时的作业区（见图1）。

原浒湾车站内可利用的场坪正好能满足崖顶HGIS布置形式所需场坪的大小。变电所110kV侧接线恰好属于两个双母线标准的HGIS组成形式，可以很方便地将电流、电压互感器组台在一起，无需对已有电力系统常用的HGIS设备做结构上的任何改变。从整体上看，屋顶上除避雷器外只有两台设备及连接两台设备管型母线，其他设备都被融入其中，变电所的平面布置见图2，图3。

4 几点体会

确定电气实施方案时应与厂家多次联络，包括流互、压互参数的选择、与电力系统计量的配台、电气的联锁、二次部分与综合自动化系统的配合、管型母线的引入、运营后的检修流程等。

HGIS设备中可直接用设备的验电装量替代抽压装置。110kV电流互感器使用套管式，便于更换、维护。使用罐式SF6绝缘电压互感器，可以免维护，在使用中故障率很低。应有完善的五防闭锁系统。断路器在台位时，隔离开关不可以进行操作。同时在装置上还装有感应式带电闭锁装置。汇控拒安装操作按钮和指示灯，具有现场和远方操作转换功能。所有二次线包括CT、PT、控制电缆和电源线统一从汇控柜引出至二次设备室。考虑HGIS组合电器连接的方便性、设备运行的稳定性、母线紧凑性、安装工艺简单性及设干屋顶美观性，采用管型母线连接。一次设备基本上实现免维护，二次设备的传动和检修可随综合自动化的定期检查一同进行。如果一次设备发生问题，可以在短时间内将一次设备检修更换，一般不安排设备现场解体检修。

在接口配台方面，由于HGIS开关断路器水平布置，其操作机构动作时对楼板、房屋没有冲击力，这一点不同于瓷柱式AIS和GIS，因此在建筑上不需要合算动态荷载。又由于HGIS罐体使用合金铝材料，其总重量是现有GIS重量的1/4，减轻了对楼板、房屋建筑的承载力。为减少设备承重对建筑结构设计的影响，采用预理“工”宇刚。HGIS的支架焊接在“工”字钢上，既美观又牢固。

HGIS分套管瓷柱式和硅橡胶式两种，以浒湾变电所为倒，套管瓷柱式HGIS重3t，硅橡胶套管式HGIS重2.5t。在高原地区，由于紫外线比较强，硅橡胶套管易老化，厂方不推荐使用硅橡胶型HGIS产品，建议使用瓷柱式HGIS产品。在其他地区，推荐使用硅橡胶套管型HGIS，可以降低建筑的静态荷载。浒湾变电所在设计过程中，设计方和厂方都忽略了这点，采用套管瓷柱式，在今后的工程中要根据变电所所在地区的海拔高度有针对性地选择。