戶外GIS設備架空垂直出線方式的研究與應用

高美金，高亞棟，陳飛，金國勝

（國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州310014）

經驗交流

戶外GIS設備架空垂直出線方式的研究與應用

高美金，高亞棟，陳飛，金國勝

（國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州310014）

常規(guī)戶外220 kV和110 kV GIS設備出線一般采用A，B，C三相水平排列方式，構架采用人字門型構架一字排開，受出線門架寬度的限制，變電站出線側寬度并未因采用GIS設備而減小。為此，提出了雙飛蜓式垂直出線方式，采用獨立鋼管桿雙回垂直架空出線，構架簡單、出線方便，將大幅減少變電站占地面積，提高土地利用率。

GIS；門架寬度；垂直出線；占地面積

隨著電網的發(fā)展，變電站數量在不斷增加，土地后備資源嚴重不足，站址征地、拆遷費用日益增加，特別在一些城市中心區(qū)域，征地費用呈明顯上升態(tài)勢，變電站站址選擇愈來愈困難，變電站節(jié)約用地是當前亟待解決的問題。

GIS（氣體絕緣全封閉組合電器）設備是一種集約化的電力設備，GIS設備布置有戶內和戶外2種，相對于戶內GIS設備，戶外GIS設備一般為全架空出線，A，B，C三相水平排列，采用人字門型構架一字排開。受出線門型構架寬度的限制，即使不考慮裝設阻波器，變電站總體出線側寬度并未因采用GIS設備而減小，沒有充分發(fā)揮GIS設備布置緊湊的優(yōu)勢。比如220 kV電壓等級的GIS設備間隔寬度僅3 m，采用傳統(tǒng)的水平出線方式，出線間隔寬度即構架寬度為12 m，與GIS設備寬度極不匹配。因此，需要優(yōu)化GIS設備出線方式，減小出線間隔寬度，將配電裝置布置得更緊湊，最大限度地節(jié)約土地，提高土地的利用率。

1 220 kV垂直出線方案研究

1.1 垂直出線方式

對于戶外GIS配電裝置，在進行配電設備設計及優(yōu)化時，一方面應保證設備和導線的相間及對地距離，滿足絕緣配合要求的最小電氣距離，避免造成威脅系統(tǒng)安全運行的隱患；另一方面要考慮為安裝和檢修提供方便，注意滿足相鄰間隔電氣設備檢修時安全距離的要求。

針對以上問題，提出了雙飛蜓式雙回架空垂直排列出線方式。將220 kV GIS設備出線其中2相GIL（管道充氣式絕緣線）管線延伸并轉彎，使三相套管按垂直于主母線縱方向一字排列，同時將出線構架簡化為1根獨立鋼管桿，設置上、中、下3層橫擔，2個間隔的3相導線通過獨立鋼管桿橫擔掛點引至上、中、下3層，同桿雙回垂直出線。通過以上優(yōu)化措施，220 kV GIS出線間隔寬度大大減小，結構簡單清晰。線路避雷器采用GIS設備內置時，220 kV單回垂直式出線間隔寬度可優(yōu)化為6.0 m，避雷器采用外置時，220 kV單回垂直式出線間隔寬度可優(yōu)化為9.0 m，220 kV GIS架空垂直出線間隔平面見圖1與2，出線示意見圖3，效果見圖4。

圖1 220 kV GIS架空垂直出線間隔平面（避雷器外置）

圖2 220 kV GIS架空垂直出線間隔平面（避雷器內置）

圖3 雙飛蜓式構架出線示意

1.2 電氣距離校驗

針對此出線方式，根據DL/T 5352-2006《高壓配電裝置設計技術規(guī)程》要求，對終端塔與鋼管桿立柱之間各回線路的相間與線間距離以及GIS設備電氣距離，進行了同間隔相間距離、對地距離、不同間隔相間距離、構架上人檢修距離4個部分的校驗，得出220 kV不同出線方式主要間距的比較見表1。

圖4 220 kV GIS架空垂直出線效果

表1 220 kV不同出線方式主要間距的比較m

1.3 線路終端塔適應性分析

220 kV出線采用垂直式出線布置，構架中心至中心間距18 m。每個構架分左右出線2回，每回出線3相導線采用垂直排列，垂直間距5 m。避雷線與最上層導線垂直間距4 m?；?20 kV出線間隔采用1個獨立鋼管桿2回垂直式出線，站外220 kV出線終端塔也應采用雙回路導線呈左右對稱垂直式排列的鼓形塔，鼓形塔上各相導線的布置方式正好與出線鋼管桿一一對應。經校核，也可滿足檔距中央導地線間距不小于0.012L +1的防雷保護要求。

為了保證選取文獻的代表性和權威性，本文選擇CSSCI數據庫為來源數據進行高級檢索。筆者于2017年12月15日，使用關鍵詞=“運動干預”或“運動”或“體育運動”或“體育鍛煉”或“體力活動”或“身體活動”并含“老年人”等多種組合方式進行精確檢索，時間限定為1998-2017年。通過以上策略檢索，共獲得327篇文獻。根據文獻摘要剔除與老年人運動干預主題相關性較低或無關的文獻，最后檢索到有效文獻263篇。將263篇文獻的全部信息以“EndNote”和”Refworks”以兩種文本形式保存。

1.4 模塊化設計

采用垂直出線方式，在總平面布置時可以根據實際情況，導線相序采用“模塊化”拼接設計理念。1個GIS出線間隔組成1個模塊，根據相序的不同可以分為4種模塊，220 kV GIS架空出線間隔模塊示意詳見圖5，排列方式有：

（1）出線鋼管桿上、中、下三層雙回導線三相相序為A，B，C排列；

（2）出線鋼管桿上、中、下三層雙回導線三相相序為C，B，A排列；

（3）出線鋼管桿上、中、下三層雙回導線三相相序為B，C，A排列；

（4）出線鋼管桿上、中、下三層雙回導線三相相序為B，A，C排列。

圖5 220 kV GIS架空出線間隔模塊示意

以1個鋼管桿和2個出線模塊為1個單元，根據線路相序不同，選擇對應GIS出線間隔模塊，運用靈活方便。將GIS出線間隔各個模塊組合布置，主變壓器、母線設備間隔穿插于模塊之間空位，盡可能使主變壓器間隔布置整齊統(tǒng)一，總平面布置緊湊合理。

根據前述垂直出線的布置形式，按線路專業(yè)提供的導線荷載，對出線構架強度和穩(wěn)定進行分析與計算。結構計算采用STAAD/China軟件和線路專業(yè)NSA鋼管桿設計系統(tǒng)鐵塔結構模塊分別計算完成，利用有限元分析方法計算內力，并對計算結果進行比較。220 kV出線柱主要構件見表2。獨立柱主桿采用分段安裝的形式，桿段之間以法蘭或者套接的形式連接，橫擔與主桿之間采用法蘭連接。

2 110 kV垂直出線方案研究

110 kV垂直出線與220 kV垂直出線的原理基本相同，不同的是110 kV出線分支母線3相一體，將常規(guī)的出線套管旋轉90°，使套管A，B，C 3相一字縱向排列，相間距離為1.5 m。另外，220 kV垂直出線方案線路避雷器可采用敞開式避雷器，而110 kV垂直出線線路避雷器不具備采用敞開式避雷器的條件，可采用懸掛式避雷器或GIS內置式避雷器。110 kV GIS架空垂直出線間隔平面見圖6，效果見圖7，110 kV不同布置方案主要間距見表3。

表2 220 kV出線柱主要構件

圖6 110 kV GIS架空垂直出線間隔平面

圖7 110 kV GIS架空垂直出線效果

3 垂直出線方式的特點

通過以上分析可見變電站雙飛蜓式垂直出線方式，具有以下特點：

（1）間隔寬度減少。1個220 kV出線構架寬度最少可比單層水平出線構架減少6 m，減小一半尺寸，避雷器采用外置方式，間隔寬度減少3 m，極大程度地節(jié)約了土地資源；

（2）方便與終端塔對接。出線三相垂直排列與線路終端桿一致，減少了出線引接的難度，引線方便，相間距很容易控制，并且檢修方便；

（3）設計模塊化。由于采用獨立的鋼管桿構架，間隔之間沒有關聯(lián)，土建與電氣單元一致，每個間隔即為一個模塊，因此可模塊化建設，模塊可根據線路相序任意搭配，靈活方便。

表3 110 kV不同出線方式主要間距的比較m

4 垂直出線方式工程應用

國家電網公司通用設計220-A1-1方案中，220 kV與110 kV采用水平出線方式，變電站圍墻內尺寸102.5 m×86 m，變電站建筑面積894.55 m2。結合戶外GIS變電站設計特點，全面應用220 kV與110 kV雙飛蜓式垂直出線方式，對現有通用設計220-A1-1方案進行了總平面優(yōu)化設計。

（1）220 kV采用垂直出線方式，雙回出線共用1個獨立鋼管桿，取消門型構架，雙回間隔寬度18 m；GIS出線間隔單元以鋼管桿中心鏡像復制，6回出線組合3個模塊，主變壓器、母聯(lián)間隔穿插于模塊之間空位布置。相比通用設計方案，220 kV配電裝置場地寬度由87 m減少至70 m。

（2）110 kV采用垂直出線方式，相比通用設計方案，110 kV配電裝置場地寬度由87 m較少至67 m。

（3）35 kV配電裝置采用金屬鎧裝移開式，戶內雙列布置，35 kV配電裝置室、二次設備室及輔助用房采用聯(lián)合布置方式，35 kV配電裝置室較通用設計長度減少2.4 m。

采用垂直出線并進行總平面優(yōu)化設計，優(yōu)化后總平面見圖8。變電站圍墻內尺寸為82 m×86 m，相比A1-1方案，圍墻內占地減少1 763 m2，減少20%；220 kV和110 kV構架鋼材量約69 t，增加12 t；220 kV GIS設備母線減少35 m，110 kV GIS設備母線減少17 m；工程總投資節(jié)省160萬元，節(jié)約變電站占地面積，社會經濟效益顯著。

圖8 220-A1-1通用設計方案優(yōu)化后總平面

5 結語

雙飛蜓式垂直出線方案構架高度適中，構架簡單、出線靈活，實現與線路終端桿完美對接。采用垂直出線方式后，間隔尺寸大大減小，將配電裝置布置得更緊湊，充分發(fā)揮GIS設備優(yōu)勢，節(jié)地效果顯著，因此，GIS設備架空垂直出線方式在土地稀缺的經濟發(fā)達地區(qū)具有良好的推廣應用前景。

[1]DL/T 5352-2006高壓配電裝置設計技術規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]張瑞永，陶青松，竇飛.220 kV變電站雙層構架典型出線方式的研究[J].電力工程，2012（5）∶6-11.

[3]郭曉紅，張旭紅，曹衛(wèi)東，等.GIS配電裝置的分析[J].電力學報，1999，14（2）∶99-101.

[4]國家電網公司基建部.國家電網公司輸變電工程通用設計110（66）-220 kV智能變電站施工圖設計[M].北京：中國電力出版社，2013.

（本文編輯：楊勇）

Research and Application of Overhead Vertical Outlet for Outdoor GIS Equipment

GAO Meijin，GAO Yadong，CHEN Fei，JIN Guosheng
（State Grid Zhejiang Economy Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Horizontal arrangement of phases A，B and C is generally adopted in outlet of outdoor 220 kV and 110 kV GIS equipment，in which miter gates of frameworks are lined up.Due to width limit of outlet portal, the width of substation outlet side is not reduced by GIS equipment adopted.Therefore，vertical double-dragonfly outlet is adopted and overhead vertical double-circuit outlet on independent steel pole is employed, which is characterized by its simple framework，convenient outlet and can reduce floor space of substation and hence improve land utilization rate.

GIS；portal width；vertical outlet；floor space

TM642.6

：B

：1007-1881（2014）11-0058-04

2014-08-15

高美金（1980-），女，浙江杭州人，高級工程師，主要從事變電站電氣一次設計、研究、咨詢等工作。