荊門變電站1000kV氣體絕緣半封閉式組合電器的布置方案

聶瓊，賀虎

(國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京市100052)

0 引言

特高壓交流試驗(yàn)示范工程成功投運(yùn)后，華北與華中二大電網(wǎng)通過特高壓實(shí)現(xiàn)了同步聯(lián)網(wǎng)，保障了電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［1-9］。由于受主變壓器容量的制約及通道中部(南陽)電壓無功支撐不足等因素的影響，工程只具備280萬kW的送電能力，線路輸電能力及聯(lián)網(wǎng)效益未能充分發(fā)揮。特高壓交流試驗(yàn)示范工程擴(kuò)建工程是特高壓交流電網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮特高壓交流試驗(yàn)示范工程的輸電能力、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平、滿足電能遠(yuǎn)距離大容量的調(diào)配需要、促進(jìn)特高壓電網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。

1000kV荊門變電站擴(kuò)建工程(簡(jiǎn)稱擴(kuò)建工程)增加1組主變壓器(3×1 000 MVA)，另設(shè)1臺(tái)備用;1000kV無新增出線，主接線由雙斷路器過渡接線完善為1個(gè)半斷路器接線，新增3臺(tái)斷路器，采用氣體絕緣半封閉式組合電器(hybrid gas insulated switchgear，HGIS);500kV無新增出線，采用HGIS設(shè)備。主變110kV側(cè)設(shè)置2組獨(dú)立的單母線接線;低壓無功補(bǔ)償新增2組240 Mvar電抗器和4組210 Mvar電容器。

擴(kuò)建工程1000kV配電裝置未按最終規(guī)模征地，且受征地面積的限制，未建設(shè)1000kV 2號(hào)母線，僅建設(shè)了1號(hào)母線，1號(hào)主變壓器進(jìn)線通過支持式過渡管母引接至第2串HGIS套管。擴(kuò)建工程的1000kV配電裝置，需沿遠(yuǎn)期規(guī)劃向南側(cè)擴(kuò)建2號(hào)母線及2號(hào)主變壓器過渡進(jìn)線，拆除原過渡支持式管母。荊門變擴(kuò)建后，1000kV配電裝置形成1個(gè)不完整串和1個(gè)完整串:擴(kuò)建1號(hào)主變壓器進(jìn)線間隔，組成1個(gè)不完整串，布置在第1串;擴(kuò)建2號(hào)主變壓器進(jìn)線間隔，與南荊一線出線間隔組成1個(gè)完整串，布置在第2串。擴(kuò)建2號(hào)主變壓器進(jìn)線間隔通過低架橫穿，由1000kV配電裝置的西南端頭進(jìn)入第2串。

本文將結(jié)合荊門站擴(kuò)建工程的建設(shè)特點(diǎn)，對(duì)1000kV配電裝置HGIS的布置方式進(jìn)行分析［10-11］。

1 新建第1串HGIS的連接方案

1000kV第1串HGIS擴(kuò)建為1個(gè)不完整串，作為1號(hào)主變壓器進(jìn)線間隔。

(1)“2+1”方式布置。荊門變電站工程前期1000kV HGIS布置采用“2+1”方式，因此擴(kuò)建工程計(jì)劃首先采用“2+1”方式布置HGIS。1000kV出線方向?yàn)槟稀⒈眱蓚?cè)出線，主變壓器由配電裝置的端部進(jìn)線。

1000kV第1串HGIS的連接可采用2種接入方案(方案1、2)，如圖1、2所示。在2種方案中，構(gòu)架1、2為前期已建構(gòu)架，構(gòu)架3、4為擴(kuò)建部分構(gòu)架。

2種方案中，HGIS套管至2號(hào)母線的連接線均通過架空軟導(dǎo)線引接，其區(qū)別在于HGIS套管引上的位置不同。方案1中HGIS套管通過四分裂導(dǎo)線直接引至構(gòu)架2、3之間的上跨線;方案2中HGIS套管通過硬管母引至構(gòu)架3下方，并通過四分裂導(dǎo)線引至構(gòu)架3的懸垂絕緣子串。方案1中，存在引上四分裂導(dǎo)線長(zhǎng)度較長(zhǎng)、使HGIS套管端部受力較大的問題。

(2)“3+0”方式布置。1000kV第1串HGIS按照“3+0”的方式布置(方案3)，如圖3所示。在方案3中，HGIS的2號(hào)母線套管位置與方案1、2不同，直接位于構(gòu)架3下方，通過四分裂導(dǎo)線引至構(gòu)架3的懸垂絕緣子串。

圖1 第1串HGIS的連接方案1Fig.1 No.1 connecting scheme of the first series HGIS

在確定擴(kuò)建工程的引接方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合方便遠(yuǎn)期HGIS擴(kuò)建，盡量減少擴(kuò)建停電時(shí)間進(jìn)行選擇。遠(yuǎn)期第1串HGIS間隔擴(kuò)建時(shí)，方案1需拆除2號(hào)母線引上線;方案2除了需拆除2號(hào)母線引上線外，還需拆除連接管母、支持絕緣子和引上線等;方案3也僅需拆除2號(hào)母線引上線。從停電時(shí)間看，方案2在施工安裝HGIS之前就需要拆除連接管母和支持絕緣子，停電時(shí)間較長(zhǎng)。

與方案1相比，方案3雖然增加了24m的HGIS分支母線，但節(jié)省了3支特高壓套管費(fèi)用，可以降低工程造價(jià)。

因此，擴(kuò)建工程第1串HGIS采用了“3+0”方式布置，即圖3所示的引接方式。

2 第2串HGIS的連接方案

1000kV第2串HGIS本期增加1臺(tái)斷路器擴(kuò)建為完整串，作為2號(hào)主變和南荊一線進(jìn)線共串。本期工程第2串HGIS擴(kuò)建時(shí)需拆除過渡支持絕緣子和連接管母。

(1)“2+1”方式布置。第2串?dāng)U建HGIS若按“2+1”方式考慮，則可以采用2種連接方案，分別如圖4、5 所示。

圖4 第2串HGIS的連接方案1Fig.4 No.1 connecting scheme of the second series HGIS

2種方案的區(qū)別在于2號(hào)主變壓器進(jìn)線至HGIS套管的引接方式不同。方案1中，2號(hào)主變壓器HGIS進(jìn)線套管采用硬管母連接，并引至懸垂絕緣子串;方案2中，2號(hào)主變壓器HGIS進(jìn)線套管分別通過四分裂軟導(dǎo)線引上至跳線和跨線，通過上跨線實(shí)現(xiàn)2個(gè)套管之間的連接。

(2)“3+0”方式布置。1000kV第2串HGIS按照“3+0”的方式布置如圖6所示。方案3中，HGIS的2號(hào)主變進(jìn)線套管位置與方案1、2不同，2號(hào)主變進(jìn)線套管向南移動(dòng)了8m，位于構(gòu)架3下方，通過四分裂軟導(dǎo)線引至懸垂絕緣子串。

將3種方案比較后可以看出，方案2具有較多的上跨線和引上線引接，方案1、3的引接和施工方便，

并且減少了1跨上層導(dǎo)線和耐張絕緣子串。與方案1相比，方案3雖然增加了24m的HGIS分支母線，但節(jié)省了3支特高壓套管費(fèi)用，降低了工程造價(jià)。

因此，擴(kuò)建工程第2串HGIS采用了“3+0”方式布置，即圖6所示的引接方式。

3 不均勻沉降問題

1000kV第2串HGIS的2臺(tái)斷路器與擴(kuò)建的1臺(tái)斷路器基礎(chǔ)不在同一大板基礎(chǔ)上，因此按照“3+0”方式對(duì)接時(shí)，存在基礎(chǔ)的不均勻沉降問題，可能對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)方案，新建1000kV第2串HGIS基礎(chǔ)為人工挖孔墩，鋼筋混凝土整版基礎(chǔ)，整板厚度為2.28m，人工挖孔墩最小墩長(zhǎng)為4.0m，墩基直徑為0.9m，擴(kuò)底直徑為1.5m。HGIS基礎(chǔ)長(zhǎng)向尺寸墩基礎(chǔ)間距為4.0m，短向3排。前期HGIS基礎(chǔ)采用直徑為0.9m的機(jī)械成孔擴(kuò)底旋挖樁，樁基持力層為粘土層。

根據(jù)計(jì)算，本期擴(kuò)建的HGIS基礎(chǔ)和前期基礎(chǔ)的整體沉降為6.04 mm左右，留有的裕度較小。因此，在擴(kuò)建HGIS對(duì)接部位設(shè)置了補(bǔ)償單元，即防沉降的伸縮波紋管，如圖7所示。該補(bǔ)償單元具有±3°的補(bǔ)償能力。本次擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)上具有補(bǔ)償40 mm不均勻沉降的能力。

圖7 1000kV HGIS補(bǔ)償單元Fig.7 Compensation unit of 1000kV HGIS

由此可見，雖然新舊基礎(chǔ)的不均勻沉降差確實(shí)存在，但通過在對(duì)接處增加補(bǔ)償單元，使沉降差控制在允許偏差范圍內(nèi)，新舊基礎(chǔ)沉降差對(duì)HGIS母線筒的影響較小，可確保設(shè)備的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。

4 結(jié)論

(1)通過與“2+1”方式布置的對(duì)比分析，荊門變電站擴(kuò)建工程1000kV HGIS最終采用“3+0”的方式進(jìn)行布置。

(2)采用“3+0”方式布置的1000kV HGIS降低了工程造價(jià)。

(3)通過在1000kV第2串HGIS對(duì)接處增加防沉降的伸縮波紋管，使基礎(chǔ)沉降限值達(dá)到40 mm，遠(yuǎn)大于前、后2期基礎(chǔ)的不均勻沉降差，確保了HGIS設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］舒印彪.1000kV交流特高壓輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(19):9-14.

［2］張運(yùn)洲.對(duì)我國(guó)特高壓輸電規(guī)劃中幾個(gè)問題的探討［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(19):19-22.

［3］郭強(qiáng)，張運(yùn)洲，呂健.我國(guó)未來同步電網(wǎng)構(gòu)建研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(22):14-18.

［4］舒印彪，劉澤洪，袁駿，等.2005年國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓輸電論證工作綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(5):1-12.

［5］舒印彪，張文亮.特高壓輸電若干關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(31):1-6.

［6］舒印彪，張文亮，周孝信，等.特高壓同步電網(wǎng)安全性評(píng)估［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(34):1-6.

［7］張運(yùn)洲.1000kV交流輸電技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景分析［J］.中國(guó)電力，2007，27(7):1-4.

［8］吳敬儒，徐永禧.我國(guó)特高壓交流輸電發(fā)展前景［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(3):1-4.

［9］張運(yùn)洲，李暉.中國(guó)特高壓電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略論述［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(22):1-7.

［10］劉博，賀虎，李偉，等.1000kV荊門特高壓變電站擴(kuò)建工程的建設(shè)管理及管控策略［J］.電力建設(shè)，2012，33(4):93-97.

［11］吳祎瓊，賀虎，龐亞東，等.晉東南變電站1000kV配電裝置設(shè)計(jì)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(13):1-3.