110 kV變電站中GIS雙層出線方案研究

郭金龍，肖強(qiáng)暉，陳 杰

（1. 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2. 益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

110 kV變電站中GIS雙層出線方案研究

郭金龍1，肖強(qiáng)暉1，陳 杰2

（1. 湖南工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2. 益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

針對(duì)某110 kV變電站配電裝置的出線規(guī)模，提出了不同于常規(guī)出線的雙層出線方案。在雙層出線與終端塔的配合形式中，提出了2種方案：方案一，采用2個(gè)雙回路塔出線布置方案；方案二，采用1個(gè)四回路塔出線布置方案。研究結(jié)果表明：1）在出線方案滿足帶電距離的條件下，雙層出線方案相比于常規(guī)出線方案極大地減少了占地面積，縮減了主母線長(zhǎng)度；2）方案一和方案二針對(duì)于不同的出線走廊，各有優(yōu)勢(shì)，可依據(jù)實(shí)際情況選取。

雙層出線；帶電距離；占地面積

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新建變電站除了滿足人們對(duì)電力的日常需求量外，還應(yīng)盡可能少的占用建筑面積。在變電站的設(shè)計(jì)當(dāng)中，常規(guī)出線設(shè)計(jì)主要是針對(duì)單層構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式。而在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)，工程設(shè)計(jì)師可以通過(guò)對(duì)縱向空間的利用，采用雙層構(gòu)架來(lái)達(dá)到減少占地面積的目的。

針對(duì)常規(guī)110 kV變電站出線規(guī)模，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)合理性和工程實(shí)用性等多方面進(jìn)行研究比較，提出了一種合理的出線改造方案，并將其應(yīng)用到變電站設(shè)計(jì)當(dāng)中。本變電站工程110 kV出線規(guī)模為：終期出線4回，本期出線1回。因此，本課題組提出雙層出線方式，這樣既減少了110 kV配電裝置的橫向占地面積，以節(jié)約土地資源，又減少了氣體絕緣全封閉式組合電器（gas insulated swithgear，GIS）設(shè)備母線長(zhǎng)度，以降低工程造價(jià)。

1 常規(guī)出線方案

常見的110 kV GIS出線套管門型構(gòu)架出線方式有2種：一種是采用“一”字型排列（見圖1），另一種是兩兩出線方式（見圖2）?！耙弧弊中团帕谐鼍€方式套管相間距離1.55 m，出線門型構(gòu)架寬度8.0 m，導(dǎo)線相間距離2.20 m，邊導(dǎo)線與構(gòu)架柱中心線1.8 m。兩兩出線方式則取消2個(gè)8.0 m相鄰間隔之間的“人”字型構(gòu)架，將2個(gè)出線間隔的寬度優(yōu)化為15.0 m（見圖2）。常規(guī)出線方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是縱向空間利用不足，配電裝置橫向占地面積大。

圖1 門型構(gòu)架出一回線（避雷器內(nèi)置）Fig. 1 The portal frame outlet（lightning protector built-in）

圖2 門型構(gòu)架出兩回線（避雷器內(nèi)置）Fig. 2 The portal frame double outlets（lightning protector built-in）

2 雙層出線方案

2.1 雙層出線設(shè)計(jì)

雙層出線既可用于戶外GIS配電裝置，也可用于雙列布置的空氣絕緣敞開式開關(guān)設(shè)備AIS（air insulated swithgear）配電裝置。雙列布置可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)間隔寬度內(nèi)出線2回，從而減少配電裝置占地面積。根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模，110 kV出線采用戶外雙層出線方式，其俯視圖如圖3所示。110 kV雙層出線斷面圖如圖4所示。

圖3 110 kV雙層出線電氣平面布置圖（避雷器內(nèi)置）Fig. 3 The electrical plan of 110 kV double outlet（lightning protector built-in）

圖4 110 kV雙層出線斷面圖Fig. 4 The sectional diagram for 110 kV double outlet

110 kV配電裝置占地面積由出線橫向?qū)挾?、主變進(jìn)線門架寬度以及GIS縱向尺寸決定。本方案110 kV配電裝置寬度僅為16.5 m，相比于常規(guī)方案的30.0, 32.0 m，有極大地減少。考慮到設(shè)備間安全尺寸以及出線與線路終端塔的配合，根據(jù)線路電氣專業(yè)校驗(yàn)，出線檔推薦雙層出線層間距為4.00 m，避雷線與上層出線間距為4 .00 m（如圖4所示），單間隔寬度采用7.50 m（避雷器內(nèi)置），相間距為2.00 m。在滿足帶電距離的同時(shí)，雙層出線減少了配電裝置占地面積，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.2 電氣距離校驗(yàn)

雙層出線間隔的電氣距離校驗(yàn)不同于常規(guī)戶外GIS出線間隔，其間隔內(nèi)存在一檔架空軟導(dǎo)線[1]，同時(shí)出線構(gòu)架包含跳線，因此站內(nèi)間隔寬度的確定，一方面要考慮間隔上層架空軟導(dǎo)線的電氣距離，另一方面要考慮當(dāng)邊相跳線發(fā)生最大搖擺時(shí)，不能對(duì)架構(gòu)放電[2]。

結(jié)合圖3和圖4，上層出線的GIS套管采用爪型垂直方式布置，相間距為1.55 m，其與相鄰的主變間隔中心為2.50 m。如該出線間隔母線中心高度與主變進(jìn)線間隔一致，則邊相出線套管對(duì)相鄰主變間隔母線套筒外殼的距離不能滿足0.90 m的電氣距離要求。因此，將上層出線間隔GIS母線套筒升高0.8 m，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，出線間隔內(nèi)各項(xiàng)電氣距離均能夠滿足要求[3]。

2.3 與常規(guī)出線對(duì)比

經(jīng)對(duì)比研究表明：在滿足帶電距離的前提下，采用“一”字型排列出線方式，主母線長(zhǎng)度為24 m；經(jīng)雙層出線方案改造后，主母線長(zhǎng)度縮減為14 m，縮短了10 m，節(jié)省工程造價(jià)15萬(wàn)元（按單相1.5萬(wàn)元/m計(jì)算）。占地面積和征地費(fèi)用（按225元/m2計(jì)算）方面的對(duì)比如表1所示。

表1 常規(guī)出線與雙層出線的對(duì)比Table 1 Conventional outlet comparing with double outlet

通過(guò)上述對(duì)比可見，雙層出線在主母線造價(jià)、占地面積、征地費(fèi)用等方面相比常規(guī)出線具有明顯的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

3 出線與終端塔的配合方案

對(duì)于雙層出線布置方案，四回路以水平形式分布在矩形4個(gè)角出線[4]，其構(gòu)架寬度由原來(lái)的32.0 m縮小到15.0 m，此種出線方式與常規(guī)終端塔的配合難以實(shí)現(xiàn)。因此本文提出雙層出線與終端塔的2種配合方案。方案一，2個(gè)雙回路共塔出線布置方案；方案二，1個(gè)四回路共塔出線布置方案。

3.1 2個(gè)雙回路塔出線布置方案

1）方案設(shè)計(jì)

2個(gè)雙回路塔出線布置方案中，每個(gè)雙回路出線段2基塔均采用耐張塔，第1基為終端塔，第2基為轉(zhuǎn)角塔。終端塔布置在距離出線構(gòu)架30～50 m范圍內(nèi)。掛線方式（以1Y作為出線構(gòu)架下層出線，2Y作為出線構(gòu)架上層出線為例，詳見圖5）為：

①門架上層出線2Y，A2相對(duì)終端塔右側(cè)中相，終端塔右側(cè)中相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔右側(cè)下相。

②門架上層B2相對(duì)終端塔右側(cè)上相，終端塔右側(cè)上相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔右側(cè)中相。

③門架上層C2相對(duì)終端塔左側(cè)上相，終端塔左側(cè)上相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔右側(cè)上相。

④門架下層出線1Y，A1相對(duì)終端塔右側(cè)下相，終端塔右側(cè)下相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔左側(cè)下相。

⑤門架下層B1相對(duì)終端塔左側(cè)下相，終端塔左側(cè)下相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔左側(cè)中相。

⑥門架下層C1相對(duì)終端塔左側(cè)中相，終端塔左側(cè)中相對(duì)第2基轉(zhuǎn)角塔左側(cè)上相。

最終形成上層ABC對(duì)應(yīng)線路右側(cè)下中上，下層ABC對(duì)應(yīng)線路左側(cè)下中上。

圖5 方案一的掛線方式圖Fig. 5 The wiring scheme of Scheme one

2）電氣距離校驗(yàn)

出線塔型選用1D9-SDJC終端塔，該終端塔的使用條件為基本風(fēng)速23.5 m/s，覆冰15 mm，導(dǎo)線1× JL/G1A-300/40兼1×JL/G1A-240/40。導(dǎo)線為雙回路垂直排列，橫擔(dān)最大寬度8.7 m，單側(cè)橫擔(dān)最長(zhǎng)4.35 m，上、中橫擔(dān)垂直間距4.30 m，中、下橫擔(dān)垂直間距3.90 m，地線橫擔(dān)與上導(dǎo)線橫擔(dān)垂直間距4.30 m。由于同層間隔出線邊線為3.50 m，中心距僅為7.50 m，因此，無(wú)法同時(shí)布置2個(gè)終端塔。且按Q/GDW 179—2008《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，110 kV電力線路邊導(dǎo)線在路徑受限制地區(qū)為5.0 m，在路徑狹窄地帶，兩線路桿塔位置交錯(cuò)排列時(shí)，導(dǎo)線在最大風(fēng)偏情況下與相鄰線路桿塔最小距離不小于3.0 m?？紤]下一檔線間距離，2個(gè)終端塔各自沿門架平行方向外移3.1 m，為了滿足2終端塔最長(zhǎng)橫擔(dān)相隔5.00 m要求。

對(duì)1 000 m以下檔距，水平線間距離宜按照式（1）計(jì)算[5]，即

式中：k為懸垂絕緣子串?dāng)?shù)；

D為導(dǎo)線水平線間距離，m；

L為絕緣子串長(zhǎng)度，m；

U系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV；

f為導(dǎo)線最大弧垂，m。

本文按出線間隔和兩終端塔均相距50.00 m、兩終端塔長(zhǎng)橫擔(dān)相距5.00 m、導(dǎo)線采用JL/G1A-300/40鋼芯鋁絞線（最大應(yīng)力5.0 MPa）來(lái)計(jì)算線間距離。導(dǎo)線垂直排列的垂直線間距離，宜采用式（1）計(jì)算結(jié)果的75%，即

出線間隔和終端塔的線間距離均滿足規(guī)程不小于1.95 m的要求，出線檔地線與導(dǎo)線在檔距中央的導(dǎo)地線間距也滿足規(guī)程不小于0.012L+1的要求。

3.2 1個(gè)四回路塔出線布置方案

1）方案設(shè)計(jì)

1個(gè)四回路塔出線布置方案中，導(dǎo)線按6層方式布置。塔型參考國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)2011版1H3模塊中1H3-SSDJC1終端塔，該終端塔使用條件為基本風(fēng)速27 m/s，覆冰10 mm，導(dǎo)線2×JL/G1A-240/40兼1×JL/G1A-400/35、1×JL/G1A-300/40。由于本工程位于15 mm覆冰區(qū)，為滿足規(guī)程上下層相鄰導(dǎo)線間或地線與相鄰導(dǎo)線間的最小水平偏移值，將地線支架、第5層橫擔(dān)長(zhǎng)5.10 m修改為5.60 m，第2，4，6橫擔(dān)長(zhǎng)4.60 m修改為4.85 m。終端塔布置在距離出線構(gòu)架30～50 m范圍內(nèi)。掛線方式（以1Y作為出線構(gòu)架下層出線，2Y作為出線構(gòu)架上層出線為例，詳見圖6）為：

①門架上層。門架上層A2對(duì)終端塔左側(cè)第4層（從下至上，下同），門架上層B2對(duì)終端塔左側(cè)第6層，門架上層C2對(duì)終端塔左側(cè)第5層。

②門架下層。門架下層A1對(duì)終端塔左側(cè)第1層，門架下層B1對(duì)終端塔左側(cè)第2層，門架下層C1對(duì)終端塔左側(cè)第3層。

最終形成上層出線2Y對(duì)終端塔左側(cè)上層，下層出線1Y對(duì)終端塔左側(cè)下層。

2）電氣距離校驗(yàn)

終端塔按圖6布置，其尺寸按0～40 °終端方式，若遇大于40 °轉(zhuǎn)角，則橫擔(dān)長(zhǎng)度需相應(yīng)加大。一基四回路終端塔布置中，四回路終端塔與變電站間隔正對(duì)布置，掛線采用上層間隔出線對(duì)應(yīng)終端塔上排三層掛點(diǎn)、下層間隔出線對(duì)應(yīng)終端塔下排三層掛點(diǎn)，與常規(guī)雙回路出線一致。導(dǎo)地線可采用相同弧垂架線，按出線間隔和兩終端塔均相距50.00 m、兩終端塔長(zhǎng)橫擔(dān)相距5.00 m、導(dǎo)線采用JL/G1A-300/40鋼芯鋁絞線（最大應(yīng)力5.0 MPa）計(jì)算線間距離。線間距離計(jì)算式同式（2），地線與導(dǎo)線間距D=0.012L+1=1.60 m。四回路終端塔較門架高26.4 m，導(dǎo)線和地線上仰不超過(guò)45°，導(dǎo)線間最小距離，地線間最小距離，因此，出線間隔和終端塔的線間距離均滿足規(guī)程不小于1.95 m的要求，出線檔地線與導(dǎo)線在檔距中央的導(dǎo)地線間距也滿足規(guī)程不小于0.012L+1的要求。

四回路終端分成2個(gè)雙回路時(shí)，下層回路的地線與上層回路導(dǎo)線可采用相同弧垂架線，下層回路的導(dǎo)線應(yīng)力適當(dāng)放松，導(dǎo)地線間距滿足規(guī)程不小于0.012L+1的要求。

圖6 方案二的掛線方式圖Fig. 6 The wiring scheme of Scheme two

3.3 配合方案對(duì)比

經(jīng)校驗(yàn)，2種雙層出線與終端塔的配合方案完全能滿足各種帶電距離的要求。在不同的出線走廊情況下，可選用不同的配合方案。將方案一與方案二從3個(gè)方面進(jìn)行比較，具體分析結(jié)果如下：

1）擴(kuò)建方面。方案一在今后擴(kuò)建110 kV出線時(shí)，只需要另外再立1個(gè)雙回路終端塔即可，不需要將本期已建成的110 kV線路停電。而方案二在擴(kuò)建時(shí)，必須將本期已建成的110 kV線路停電，從而導(dǎo)致變電站停電，給變電站的運(yùn)行及擴(kuò)建帶來(lái)不便。

2）鋼材用量方面。方案一的鋼材用量為14.6 kg，相比方案二的47.9 kg，節(jié)省了鋼材用量33.3 kg。

3）出線走廊面積方面。相同的四回路出線，方案二四回路共塔出線占地面積只有方案一的1/2。

總的來(lái)說(shuō)，在出現(xiàn)走廊滿足條件的情況下，方案二更有優(yōu)勢(shì)。

3.4 雙層出線適用范圍及注意事項(xiàng)

雙層出線由傳統(tǒng)的GIS出線間隔改進(jìn)而來(lái)，它適用于絕大多數(shù)戶外GIS、戶外AIS變電站，但仍有以下幾個(gè)問(wèn)題在使用時(shí)應(yīng)注意：

1）具體使用時(shí)，應(yīng)結(jié)合站址具體情況對(duì)安全距離以及構(gòu)架受力進(jìn)行核算。

2）在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于這種出線形式，變電各專業(yè)要加強(qiáng)與線路專業(yè)的配合，滿足線路專業(yè)距離要求。

3）雙層出線的2種方案均可用于220, 110 kV配電裝置，但由于主變進(jìn)線間隔與雙層出線存在沖突，因此雙層出線方式宜用于出線回路數(shù)較多（大于6回）以及主變臺(tái)數(shù)比較多的變電站。

4 結(jié)論

本文針對(duì)某110 kV變電站配電裝置的出線規(guī)模，提出了雙層出線方案。

1）在滿足帶電距離的條件下，相比常規(guī)出線方案，雙層出線方案極大地縮減了變電站的占地面積和主母線長(zhǎng)度。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集的地區(qū)，該方案具有廣闊的應(yīng)用前景。

2）在雙層出線與終端塔的2種配合方案中，在出線走廊不寬裕的情況下，宜選用方案二，但投入成本較方案一高；在出線走廊寬裕的條件下，宜選用方案一。方案一在遠(yuǎn)期擴(kuò)建和工程造價(jià)等方面都要優(yōu)于方案二。

綜合而言，文中提出的雙層出線方案一在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，充分體現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型變電站的要求。

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（責(zé)任編輯：鄧 彬）

Research on GIS Double Outlet Schemes of 110 kV Substation

Guo Jinlong1，Xiao Qianghui1，Chen Jie2
（1. School of Electrical and Information Engineering，Hunan University of Technology， Zhuzhou Hunan 412007，China；2. Yiyang Electric Power Survey and Design Institute Co., Ltd.，Yiyang Hunan 413000，China）

According to the size of a 110 kV substation distribution equipment outlet, put forward a double outlet scheme different from conventional outlet. In the configuration of double outlet and terminal tower, presented two schemes. Scheme one applied two double loop tower outlet arrangement scheme; Scheme two applied a four loop tower outlet arrangement scheme. The research results show that: 1）Under the condition of meeting the charged distance in the outlet scheme, the double outlet scheme greatly reduces the floor space area comparing with conventional outlet, and reduces the length of the main bus; 2）For different outlet corridors of Scheme one and Scheme two, each has advantages and can be selected on the basis of actual situation.

double layer outlet；charged distance；floor space

TM712

A

1673-9833(2015)05-0062-05

10.3969/j.issn.1673-9833.2015.05.013

2015-07-18

郭金龍（1989-），男，湖南益陽(yáng)人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)殡娏W(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用，E-mail：355942653@qq.com

陳 杰（1983-），男，湖南益陽(yáng)人，益陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司助理工程師，主要研究方向?yàn)樽冸娬疽淮卧O(shè)計(jì)，E-mail：18673791023@163.com