基于“空間布置”理念的110 kV全戶內(nèi)變電站平面布置優(yōu)化設計

朱德斌， 門富媛， 賀丹丹， 吳義純

(1.安徽華電工程咨詢設計有限公司， 安徽 合肥 230022；2．國網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著城市建設的發(fā)展，土地資源日益稀缺，城市地區(qū)變電站普遍采用全戶內(nèi)型式。為解決變電站選址與城市規(guī)劃間存在的矛盾，需進一步優(yōu)化變電站電氣布置，實現(xiàn)變電站建設的資源節(jié)約和環(huán)境友好。

文獻[1-5]采用小型化GIS組合電器壓縮配電裝置尺寸，但經(jīng)濟性需要評估；基于“空間布置”理念，文獻[2-7]提出主變本體與散熱器分體錯位布置，文獻[5-7]提出“大車間”配電裝置型式，向空間要平面，提升空間利用率，實現(xiàn)戶內(nèi)變電站小型化設計。

110 kV戶內(nèi)站數(shù)量眾多，但鮮有對其開展小型化設計。本文針對當前廣泛應用的國家電網(wǎng)通用設計110 kV全戶內(nèi)變電站方案(110-A2- 6)[8]開展電氣平面優(yōu)化設計：主變采用水平分體錯位布置；散熱器下方布置無功設備及功能房間；提出“縱旋開關柜+二次屏柜”小車間；消防通道“U”型布置；消防水池布置于道路下方；實現(xiàn)土地利用集約化。

1 生產(chǎn)綜合室布置優(yōu)化

1.1 工程規(guī)模

本文基于國家電網(wǎng)通用設計110 kV全戶內(nèi)變電站方案(110-A2- 6)[8]開展電氣平面優(yōu)化布置研究。該方案終期規(guī)劃3臺50 MVA主變壓器，每臺主變低壓側裝設1組4.8 Mvar和1組3.6 Mvar電容器；110 kV出線4回，采用單母線分段接線；10 kV出線36回，采用單母線三分段接線。該方案電氣平面布置面如圖1所示：主變采用水平分體式，一列式布置；110 kV采用戶內(nèi)GIS組合電器，電纜進出線；10 kV開關柜采用金屬鎧裝中置式開關柜單層雙列布置，架空進線、電纜出線。

1.2 主變壓器布置

相比于一體式片散，分體式片散具有散熱效果好、噪聲污染小等優(yōu)點，在全戶內(nèi)變電站中得到廣泛采用。由于設備小型化技術已達瓶頸，水平分體布置的變壓器室側橫向尺寸難以壓縮，若采用垂直上下分體布置，散熱器將位于主變本體上方，建筑物高度顯著增加，建筑成本代價較大。

基于“空間布置”理念，本站主變壓器采用本體與散熱器水平分體錯位布置方式，散熱器抬高，下方布置10 kV電容器、接地變及功能房間，充分利用縱向空間。

國家電網(wǎng)通用設備選型對110 kV分體式雙繞組變壓器尺寸要求為本體(不含油枕)不大于2.5 m×7 m、散熱器不大于3.4 m×6.8 m[9]，結合主變各側運維通道寬度0.8 m及110 kV電纜終端與墻體間的安全凈距0.85 m[10]要求，并考慮散熱器下方電容器組、接地變的布置需求，主變壓器室及散熱器室橫向?qū)挾扰c通用設計方案一致，即分別為7.5 m、6 m。優(yōu)化后的主變壓器斷面布置圖，如圖2所示。

圖2 主變壓器斷面布置圖

1.3 無功設備布置

本站10 kV電容器組選用戶內(nèi)組裝框架式并聯(lián)電容器裝置，根據(jù)國家電網(wǎng)公司通用設備選型，10 kV 3.6 Mvar、4.8 Mvar戶內(nèi)框架式電容器裝置尺寸均不大于4.4 m×1.7 m[9]。10 kV電容器組采用“背靠背+面對面”布置型式，#1、#2主變低壓電容器間設置防火墻，保障設備可靠運行，如圖3所示。

圖3 無功補償室平面布置圖

1.4 10 kV配電裝置布置

1.4.1 縱旋開關柜

10 kV開關柜多采用中置式開關柜，近年來，10 kV縱旋式開關柜在國家電網(wǎng)設計競賽試點工程中得到應用。如表1所示，可在不增加設備成本的前提下，利用其柜體寬度小的特點節(jié)約占地；利用其結構簡單、通風性能好的特點改進散熱去潮性能；利用縱旋可見斷口和電動遠操功能提高運行安全性和智能化水平。

表1 縱旋開關柜和常規(guī)手車柜柜體尺寸比較表

圖4 縱旋開關柜斷路器手車示意圖

如圖4所示，由于斷路器沿柜體縱向布置，柜體寬度主要為隔離斷路器旋轉至水平位置的固封極柱長度，1250 A及以下柜體寬度僅為600 mm，達到了氣體絕緣開關柜小型化水平。相比于常規(guī)中置式開關柜橫向布置方式，斷路器的布置空間由橫向尺寸800～1000 mm增加至1400 mm，完全滿足內(nèi)部絕緣凈距125 mm的要求，安全裕度大。

1.4.2 “縱旋開關柜+二次屏柜”小車間

本站10 kV開關共含57面開關柜(36面饋線柜、6面電容器柜、3面接地變柜、4面母設柜、4面主變柜、2面分段開關柜及2面分段隔離柜)。開關柜布置采用單層單列布置，10 kV開關柜模塊尺寸大小為35.8 m×1.7 m。

基于“大車間”理念，本站取消獨立二次設備室，提出“縱旋開關柜+二次屏柜”小車間，如圖5所示，開關柜與二次屏柜共室雙列布置，共同運輸維護通道、公用檢修場地。

圖5 “縱旋開關柜+二次屏柜”小車間平面布置圖

1.5 110 kV配電裝置室布置

國家電網(wǎng)通用設計中，110 kV戶內(nèi)GIS單間隔寬度為1 m。根據(jù)運行部門反饋，現(xiàn)有GIS相鄰間隔設備間距太小，不便于現(xiàn)場運維。本站結合總平面整體布置，充分利用建筑物縱向尺寸，GIS間隔寬度選為1.5 m，提高運維便利性。

1.6 優(yōu)化后生產(chǎn)綜合室電氣平面布置

優(yōu)化后生產(chǎn)綜合室電氣平面布置如圖6所示，生產(chǎn)綜合室建筑尺寸為50.5 m×17.5 m，建筑面積為833.75 m2，較國家電網(wǎng)通用設計A2- 6方案減少239.75 m2，減少了22.3%。

2 總平面布置優(yōu)化

2.1 橫向尺寸優(yōu)化

將消防泵房放置于#3主變散熱器室下方，消防水池鄰近布置于道路下方，將原橫向尺寸由84.5 m減小至71.5 m，有效壓縮站區(qū)橫向尺寸。

2.2 縱向尺寸優(yōu)化

取消環(huán)形道路，將配電裝置室南側墻體兼作變電站圍墻，相應門窗增設五防門鎖，站內(nèi)道路采用“U”型布置，滿足消防要求，縱向尺寸由40 m減小至28 m，站區(qū)縱向尺寸得到有效壓縮。

2.3 優(yōu)化成果

總平面整體布局合理緊湊，圍墻內(nèi)占地面積為2002 m2，較國家電網(wǎng)通用設計110 kV全戶內(nèi)變電站方案(110-A2- 6)[8]案減少40.77%。優(yōu)化方案節(jié)約用地、節(jié)約投資效果顯著，社會效益及經(jīng)濟效益良好。優(yōu)化后的電氣總平面如圖7所示。

圖7 優(yōu)化方案電氣總平面布置圖

3 結論

本文以國家電網(wǎng)通用設計110 kV全戶內(nèi)變電站方案(110-A2- 6)[8]為例，開展變電站電氣平面布置優(yōu)化設計?；凇翱臻g布置”理念，主變本體與散熱器采用水平分體錯位布置，合理利用縱向空間；采用縱旋式開關柜，基于“大車間”理念，提出“縱旋開關柜+二次屏柜”小車間，共同運輸維護通道、檢修場地；結合全站平面布置，GIS設備單間隔寬度選為1.5 m，提升運維便利性；消防通道“U”型布置，并將消防水池布置于道路下方。優(yōu)化方案全站建筑面積833.75 m2，圍墻內(nèi)占地面積為2002 m2，較國家電網(wǎng)通用設計分別減少22.3%、40.77%。