110kV戶外GIS變電站設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化探討

賁樹俊，葛乃成，周建華，袁 俊，張曉龍

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.國(guó)家電網(wǎng)公司華東分部，上海 200002；3.南通電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南通 226004)

110kV戶外GIS變電站設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化探討

賁樹俊1，葛乃成2，周建華3，袁 俊3，張曉龍3

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.國(guó)家電網(wǎng)公司華東分部，上海 200002；3.南通電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南通 226004)

介紹了國(guó)家電網(wǎng)公司110/10 kV雙繞組變壓器方案，指出其主變中間構(gòu)架、主變場(chǎng)地構(gòu)架、GIS場(chǎng)地布局、無功補(bǔ)償裝置布置、避雷針設(shè)置等方面的不足，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，為后續(xù)變電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益借鑒，可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。

GIS變電站；優(yōu)化；設(shè)計(jì)

0 引言

為提高電網(wǎng)工程建設(shè)質(zhì)量和管理效率，大力提升集成創(chuàng)新能力，促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)，近年來國(guó)家電網(wǎng)公司大力推廣輸變電工程通用設(shè)計(jì)、通用造價(jià)、通用設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)工藝。隨著GIS設(shè)備制造工藝的成熟及造價(jià)成本的降低，越來越多的110 kV戶外變電站采用GIS設(shè)備。因此，應(yīng)用通用設(shè)計(jì)并優(yōu)化，具有非常重要的意義。

1 通用設(shè)計(jì)方案介紹

1.1 國(guó)家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)方案

《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66)～220 kV智能變電站施工圖設(shè)計(jì)》(2013年版)中提出了110-A1-1(110/10 kV雙繞組變壓器)和110-A1-2(110/35/10 kV三繞組變壓器)2種戶外GIS方案。江蘇地區(qū)主要采用110/10 kV雙繞組變壓器，下文對(duì)此方案進(jìn)行探討。

1.2 110/10 kV雙繞組變壓器方案

主變壓器本期2臺(tái)50 MVA，遠(yuǎn)景3臺(tái)50 MVA；110 kV進(jìn)(出)線本期2回，遠(yuǎn)景4回，架空出線，單母線分段接線；10 kV出線本期24回，遠(yuǎn)景36回，電纜出線，單母線分段接線；每臺(tái)主變配置2組無功補(bǔ)償成套裝置；主變采用一體式戶外布置，110 kV采用GIS設(shè)備戶外布置，10 kV采用中置式成套開關(guān)柜戶內(nèi)雙列布置，無功補(bǔ)償成套裝置毗鄰開關(guān)室戶外布置。變電站圍墻尺寸為60.8 m×63.9 m，圍墻內(nèi)占地面積為3 885 m2。設(shè)置A字桿出線門型構(gòu)架4榀，A字桿主變中間構(gòu)架3榀，A字桿主變構(gòu)架3榀；設(shè)置主變間防火墻2堵；設(shè)置2座25 m高構(gòu)架避雷針及2座25 m高獨(dú)立避雷針對(duì)全站進(jìn)行直擊雷防護(hù)。

1.3 江蘇公司細(xì)化方案

考慮到江蘇地區(qū)負(fù)荷密度高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Υ?，江蘇地區(qū)110 kV變電站遠(yuǎn)景單臺(tái)主變?nèi)萘恳话惆?0 MVA考慮。對(duì)此，江蘇省電力公司根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司110/10 kV雙繞組變壓器方案提出了細(xì)化實(shí)施方案。

主變壓器本期1臺(tái)50 MVA，遠(yuǎn)景3臺(tái)80 MVA；110 kV進(jìn)(出)線本期2回，遠(yuǎn)景4回，架空出線，單母線分段接線；10 kV出線本期12回，遠(yuǎn)景36回，電纜出線，單母線分段接線；遠(yuǎn)景每臺(tái)主變配置3組無功補(bǔ)償成套裝置；主變采用一體式戶外布置，110 kV采用GIS設(shè)備戶外布置，10 kV采用中置式成套開關(guān)柜戶內(nèi)雙列布置，無功補(bǔ)償成套裝置毗鄰開關(guān)室戶外布置。變電站圍墻尺寸、構(gòu)架、避雷針、防火墻等設(shè)置同國(guó)家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

除主變、無功補(bǔ)償規(guī)模不同外，江蘇省電力公司細(xì)化方案與國(guó)家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)方案大致相同，現(xiàn)以江蘇省電力公司細(xì)化方案為模板進(jìn)行優(yōu)化比較。優(yōu)化后，變電站圍墻尺寸可調(diào)整為59 m×60 m，圍墻內(nèi)占地面積為3 540 m2。

此整體優(yōu)化方案在南通110 kV郭園、石北等變電站得到了充分應(yīng)用，并取得了良好效果。

2.1 主變中間構(gòu)架優(yōu)化

雖然主變引線為孤立檔，但是引線檔距僅為13.25 m，且引線及引下線一般采用單根LGJ-300，施工及檢修時(shí)一般采用升降斗車作業(yè)，即便考慮上人作業(yè)，構(gòu)架的受力也非常有限。南通地區(qū)眾多工程案例表明：主變中間構(gòu)架完全可以優(yōu)化為單桿門型構(gòu)架。某些變電站已經(jīng)運(yùn)行十多年，歷經(jīng)數(shù)次臺(tái)風(fēng)暴雨考驗(yàn)，安全可靠，運(yùn)行單位反映良好。

2.2 主變場(chǎng)地構(gòu)架優(yōu)化

主變場(chǎng)地原設(shè)置3榀A字桿門型構(gòu)架，另加防火墻2堵。由于其基礎(chǔ)較大，往往造成基礎(chǔ)磕碰，施工不便；且由于構(gòu)架受力非常有限，完全可以采用單桿門型構(gòu)架，1，2號(hào)主變之間以及2，3號(hào)主變之間的單桿可結(jié)合防火墻一并設(shè)置。因此，可將原先6根A字桿優(yōu)化為2根長(zhǎng)單桿+2根短單桿(設(shè)置在防火墻上)，既節(jié)約了鋼材和砼，又避免了基礎(chǔ)磕碰。

此優(yōu)化方案已在南通220 kV鄒莊變、園林變等工程中得到了充分驗(yàn)證，獲得業(yè)主、施工等相關(guān)方的一致好評(píng)。

2.3 GIS場(chǎng)地布置優(yōu)化

原方案GIS場(chǎng)地縱向深度為13 m，進(jìn)出線間隔及主變間隔分支母線筒長(zhǎng)度普遍偏長(zhǎng)。由于GIS場(chǎng)地有足夠的寬度，等同于4個(gè)出線構(gòu)架的寬度，約為30 m，因而母設(shè)、分段等間隔完全可以調(diào)整到合適的位置，確保相鄰間隔設(shè)備吊裝、檢修的安全距離。經(jīng)過工程實(shí)踐且與主流廠家溝通后，GIS場(chǎng)地縱向深度可縮減為10 m，其中出線側(cè)縮減1 m，主變側(cè)縮減2 m，可減少額定電流為1 250 A的三相共箱式分支母線10 m，以及接頭數(shù)量，從而降低母線筒漏氣的風(fēng)險(xiǎn)。

此優(yōu)化方案已在南通110 kV郭園變、石北變等工程中得到有效實(shí)踐，業(yè)主反映良好。

2.4 無功補(bǔ)償裝置布置優(yōu)化

原方案無功補(bǔ)償裝置毗鄰開關(guān)室、二次室布置，為滿足防火要求，開關(guān)室、二次室兩側(cè)墻無法開巡視門、采光窗、通風(fēng)百頁(yè)窗及事故軸流風(fēng)機(jī)，空調(diào)外機(jī)設(shè)置也較為困難。

通過平面優(yōu)化，將無功補(bǔ)償裝置主要布置于環(huán)形道路外側(cè)及GIS場(chǎng)地外側(cè)空地，可有效滿足10 m防火距離的要求。考慮到主變?nèi)萘?、臺(tái)數(shù)的投運(yùn)順序，將遠(yuǎn)景投產(chǎn)的無功裝置盡量規(guī)劃于較遠(yuǎn)處，將近期投產(chǎn)的無功裝置盡量靠近開關(guān)室布置，以縮短電纜長(zhǎng)度，做到全壽命周期投資最優(yōu)。同時(shí)通過優(yōu)化布置，使得每組無功裝置之間均能滿足防火規(guī)程要求，從而可減少2堵3.0 m×6.0 m×0.3 m的防火墻。

優(yōu)化后的開關(guān)室、二次室，靠近無功補(bǔ)償裝置側(cè)的墻體上可設(shè)置巡視門、通風(fēng)百頁(yè)窗、采光窗、空調(diào)、事故軸流風(fēng)機(jī)等設(shè)施，避免出現(xiàn)“黑房子”，大大改善了開關(guān)室、二次室的通風(fēng)采光安全性能，給變電站的運(yùn)行、檢修、安裝施工帶來了極大方便。

此優(yōu)化方案已在南通110 kV郭園變、石北變等工程中得到了有效實(shí)踐，業(yè)主反映良好。

2.5 避雷針設(shè)置優(yōu)化

原方案共設(shè)置4根避雷針對(duì)全站進(jìn)行直擊雷防護(hù)，其中2根為25 m高構(gòu)架避雷針，分別置于出線構(gòu)架兩端；另2根為25 m高獨(dú)立避雷針，分別置于變電站另外兩角。

由于無功補(bǔ)償裝置布置優(yōu)化調(diào)整，可在全站中軸線附近設(shè)置1根35 m高獨(dú)立避雷針取代2根25 m高獨(dú)立避雷針，與構(gòu)架針對(duì)全站進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)。經(jīng)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該避雷針設(shè)置滿足要求。

2.6 圍墻道路等優(yōu)化

原方案圍墻內(nèi)占地面積3 885 m2，圍墻長(zhǎng)度245.4 m，800 mm寬電纜溝長(zhǎng)度74 m，1 100 mm寬電纜溝長(zhǎng)度78.8 m，道路面積947 m2。

優(yōu)化后，圍墻內(nèi)占地面積3 540 m2，圍墻長(zhǎng)度234 m，800 mm寬電纜溝長(zhǎng)度81 m，1 000 mm寬電纜溝長(zhǎng)度40 m，道路面積775 m2。

圍墻內(nèi)占地面積減少345 m2，減少相應(yīng)土方平衡量，圍墻長(zhǎng)度減少11.4 m，800 mm寬電纜溝長(zhǎng)度增加7 m，1 000 mm寬電纜溝長(zhǎng)度減少38.8 m，道路面積減少172 m2。

3 結(jié)束語

對(duì)3臺(tái)80 MVA主變及9組無功補(bǔ)償裝置規(guī)模的GIS變電站進(jìn)行優(yōu)化，1座110 kV戶外變電站可減少鋼材5 004 kg，減少C25基礎(chǔ)砼57.36 m3，減少C15墊層砼6.28 m3，減少圍墻內(nèi)占地面積345 m2，減少相應(yīng)的土方平衡量，減少圍墻長(zhǎng)度11.4 m，減少電纜溝長(zhǎng)度31.8 m，減少道路面積172 m2，減少3.0 m×6.0 m×0.3 m防火墻2堵，減少額定電流1 250 A的三相共箱式分支母線10 m。

若對(duì)3臺(tái)50 MVA主變及6組無功補(bǔ)償裝置規(guī)模的GIS變電站進(jìn)行優(yōu)化，圍墻內(nèi)占地面積還可進(jìn)一步減少。由此可見，通用設(shè)計(jì)的應(yīng)用不應(yīng)生搬硬套，而要多動(dòng)腦筋，不斷進(jìn)行優(yōu)化、總結(jié)、提煉和推廣，以期達(dá)到節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用的目的。

1 DL/T5056—2007變電站總布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

2 GB 50016—2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

3 GB 50059—1992 35 kV～110 kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

4 GB 50060—2008 3～110 kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 5 劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66)～500 kV變電站分冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2011. 6 劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66)～ 220 kV智能變電站施工圖設(shè)計(jì)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2013.

7 劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)備110(66)～750 kV智能變電站一次設(shè)備[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2012.

2014-07-31；

2014-08-20。

賁樹俊(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事變電站設(shè)計(jì)及質(zhì)量技術(shù)管理工作，email：cancerchen2008@126.com。

葛乃成(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)安全監(jiān)督管理工作。

周建華(1977-)，男，工程師，主要從事設(shè)計(jì)院全面管理工作。

袁 俊(1970-)，男，高級(jí)工程師，主要從事變電站土建設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。

張曉龍(1981-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電氣設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。