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★中國電工技術(shù)學(xué)會出品★ 致力于產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界融合創(chuàng)新的品牌會議 ①瀏覽會議通知，請戳下面標題 ? ?會議通知︱2018第十二屆中國電工裝備創(chuàng)新與發(fā)展論壇暨第八屆電工技術(shù)前沿問題學(xué)術(shù)論壇（第一輪） ②了解《電工技術(shù)學(xué)報》會議征文詳情,，請戳下面標題 ? ?應(yīng)廣大作者要求,，第八屆電工技術(shù)前沿問題學(xué)術(shù)論壇征文截至時間延期至7月10日 ③參會注冊，請長按識別下方二維碼 ?（先注冊網(wǎng)站會員,，然后提交報名信息） 中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司的研究人員羌丁建,、李海烽等，在2018年第4期《電氣技術(shù)》雜志上撰文,，針對常規(guī)220kV變電站占地面積和建筑面積大的問題,，研究了220kV全戶內(nèi)變電站優(yōu)化設(shè)計方案。 提出“大開間”模塊化設(shè)計理念,，將各級配電裝置,、二次屏柜等進行模塊化設(shè)計、組合拼接,，同層共室布置,，共享運維檢修通道，減小建筑面積,。采取固定式吊裝,、耐壓試驗套管橫向布置等措施，有效降低建筑層高,。經(jīng)優(yōu)化,，全站總建筑面積和圍墻內(nèi)占地面積較南方電網(wǎng)標準設(shè)計方案分別減少81.4%和38.3%。 隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,，城市地區(qū)用電負荷日益增長,，變電站建設(shè)越來越深入城市中心地區(qū)。如何解決變電站占地面積大,、選址困難以及與城市規(guī)劃之間的矛盾,，成為電力建設(shè)中的一個難題。因此,，有必要針對城市變電站的優(yōu)化設(shè)計展開研究,，合理優(yōu)化布置方案，充分利用有限的土地資源,，滿足變電站建設(shè)與城市總體規(guī)劃的協(xié)調(diào)發(fā)展[1-2],。 傳統(tǒng)的變電站布置方案優(yōu)化研究主要立足于小型化集成化設(shè)備的選用、間隔寬度的合理壓縮,、設(shè)備布置的局部優(yōu)化等[3-8],。文獻[5]通過220kV HGIS配電裝置設(shè)備布置優(yōu)化,、局部雙層出線，有效減少占地面積34%,。文獻[6-7]研究了集成式隔離斷路器在智能變電站中的應(yīng)用,，壓縮間隔縱向尺寸。文獻[8]提出了220kV GIS風帆聯(lián)合式出線型式,，有效壓縮出線間隔寬度,。 近年來，裝配式設(shè)計和建造技術(shù)在變電站工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用,。文獻[9]介紹了上海市首座裝配式變電站,。文獻[10]研究了裝配式技術(shù)在預(yù)制柱、圍墻及防火墻的應(yīng)用,。裝配式變電站通過工廠預(yù)制,、現(xiàn)場裝配，有效提高了工程建設(shè)效率,，是節(jié)約用地,、集約設(shè)計和簡化施工的典型。 本文基于現(xiàn)有的裝配式技術(shù),，突破傳統(tǒng)變電站優(yōu)化設(shè)計的思路,，提出基于“大開間”理念的220kV全戶內(nèi)變電站布置方案。 1 “大開間”模塊化設(shè)計理念 1.1 “大開間”理念設(shè)計構(gòu)想 “大開間”理念的設(shè)計構(gòu)想,，源于對220kV戶內(nèi)變電站各級配電裝置按電壓等級和設(shè)備型式進行分層分區(qū),、科學(xué)整合的思路，實現(xiàn)了各層級配電裝置布置的功能集約化,，提高了生產(chǎn)綜合樓空間的利用率,。其基本思想是，將各級配電裝置,、無功補償裝置,、二次屏柜等進行模塊化設(shè)計、組合拼接,，布置于同一“大開間”內(nèi)，實現(xiàn)共用運維通道,、檢修空間,，充分優(yōu)化平面、空間布置型式,，從根本上減小配電裝置室的建筑面積,。 1.2 工程規(guī)模及設(shè)備選型 本文“大開間”布置方案研究，基于南方電網(wǎng)標準設(shè)計[11]典型220kV全戶內(nèi)變電站方案（CSG- 220B-GN2b）展開,。該方案建設(shè)規(guī)模及設(shè)備選型見表1,，標準設(shè)計的平面布置及斷面分別如圖1,、圖2所示。 表1 建設(shè)規(guī)模及設(shè)備選型 圖1 標準設(shè)計方案電氣平面布置圖 圖2 標準設(shè)計方案電氣斷面圖 1.3 總體設(shè)計方案 對于220kV全戶內(nèi)變電站,，配電裝置的緊湊化布置是減少建筑面積以及變電站總占地面積的關(guān)鍵,。本設(shè)計方案以《高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5352—2006）[12]相關(guān)規(guī)定為設(shè)計原則，具體如下,。 1）高壓配電裝置的設(shè)計,，應(yīng)根據(jù)電力負荷性質(zhì)、容量,、環(huán)境條件,、運行維護等要求，合理選用設(shè)備和制定布置方案,。在技術(shù)經(jīng)濟合理時應(yīng)選用效率高,、能耗小的電氣設(shè)備和材料。 2）高壓配電裝置的設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程特點,、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃,，做到遠、近期結(jié)合,，以近期為主,。 3）高壓配電裝置的設(shè)計必須堅持節(jié)約用地的原則。 4）配電裝置設(shè)計應(yīng)重視對噪聲的控制,，降低有關(guān)運行場所的連續(xù)噪聲級,。 依據(jù)上述主要設(shè)計原則，并充分融合“大開間”的設(shè)計理念,，形成總體設(shè)計方案,，如圖3所示。 圖3 基于“大開間”理念的電氣平面布置圖 1）全站僅設(shè)置一幢單層生產(chǎn)建筑,，基于模塊化裝配式理念,，形成2大功能區(qū)域一級模塊（變壓器室模塊+“大開間”主設(shè)備室模塊）。 2）變壓器室模塊,，包含變壓器本體,、散熱器、電容器等3個二級模塊,；變壓器采用一列式布置,，構(gòu)成單層生產(chǎn)建筑長度方向尺寸控制因素。 3）“大開間”主設(shè)備室模塊,，包含220kV GIS,、110kV GIS、10kV開關(guān)柜,、二次設(shè)備,、電抗器,、功能用房等6個二級模塊；其中,，220kV及110kV GIS一列布置,，位于大開間外側(cè)；10kV開關(guān)柜,、二次設(shè)備雙列布置,，位于大開間內(nèi)側(cè)，緊鄰變壓器室,。 經(jīng)優(yōu)化,，全站總建筑面積為2036m2，圍墻內(nèi)占地面積為0.477hm2,，較南網(wǎng)公司標準設(shè)計方案分別減少81.4%和38.3%,。此外，與標準設(shè)計方案相比,，本優(yōu)化方案優(yōu)點體現(xiàn)如下,。 1）由多層建筑簡化為單層建筑，適應(yīng)了裝配式建筑物的建設(shè)特點及要求,，有效降低土建建設(shè)成本,。 2）主要電氣設(shè)備均布置于室內(nèi)一層，極大地方便了設(shè)備安裝,、運行維護,。 3）設(shè)備同層布置，電纜敷設(shè)路徑得以優(yōu)化,，取消電纜豎井,，節(jié)省大量電纜材料量。 2 “大開間”模塊化平面布置方案研究 基于“大開間”布置方案,，220kV,、110kV、10kV配電裝置及二次設(shè)備同層共室布置,，充分合并共享各電氣設(shè)備的安裝及運維通道,，通過對GIS設(shè)備不同期間隔建設(shè)的合理規(guī)劃，合理滿足各期建設(shè)的設(shè)備室內(nèi)運輸條件,。 2.1 220kV GIS模塊優(yōu)化布置 1）220kVGIS間隔本體模塊尺寸確定 220kV GIS模塊優(yōu)化布置的主要影響因素包括：配電裝置規(guī)模,、GIS間隔本體尺寸、運維通道尺寸要求等,。為優(yōu)化GIS模塊總體尺寸，本方案擬采用小型化GIS設(shè)備,。選取國內(nèi)主要廠家進行220kV小型化GIS設(shè)備尺寸調(diào)研,，結(jié)果見表2,。 表2 220kV GIS尺寸調(diào)研表 綜合主要廠家的設(shè)備制造水平，選用常規(guī)小型化GIS設(shè)備,。220kV GIS間隔本體模塊尺寸按2.0m× 5.4m考慮,。 2）220kVGIS模塊縱向尺寸確定 3）220kVGIS模塊橫向尺寸確定 2.2 110kV GIS模塊優(yōu)化布置 1）110kVGIS間隔本體模塊尺寸確定 110kV GIS模塊優(yōu)化布置的主要影響因素與220kV GIS相同，同樣擬采用小型化GIS設(shè)備,。選取國內(nèi)主要廠家進行110kV小型化GIS設(shè)備尺寸調(diào)研,，結(jié)果見表3。 表3 110kV GIS尺寸調(diào)研表 綜合主要廠家的設(shè)備制造水平,，并結(jié)合《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)備110（66）～750kV智能變電站一次設(shè)備（2012年版）》[13]中110kV GIS的建議尺寸方案,，本方案小型化110kV GIS間隔本體模塊按0.8m×4.3m考慮。 2）110kVGIS模塊縱向尺寸確定 110kV GIS模塊縱向尺寸的確定原則與計算方法同220kV GIS,。按式（1）計算得,，110kV GIS模塊縱向尺寸為8.9m。經(jīng)取整,，本方案建議尺寸定為9m,，與CSG-220B-GN2b標準設(shè)計方案110kV GIS室縱向尺寸11.5m比較，本方案110kV GIS模塊縱向尺寸優(yōu)化了2.5m,。 3）110kVGIS模塊橫向尺寸確定 110kV GIS模塊橫向尺寸的確定原則與計算方法同220kV GIS,。按式（2）計算得，110kV GIS模塊橫向尺寸為23m,。與CSG-220B-GN2b標準設(shè)計方案110kV GIS室橫向尺寸63.5m比較,，本方案110kV GIS模塊橫向尺寸優(yōu)化了40.5m。 2.3 10kV開關(guān)柜,、二次設(shè)備模塊優(yōu)化布置 本設(shè)計方案10kV開關(guān)共含71面開關(guān)柜（30面饋線柜,、20面電容器柜、4面電抗器柜,、5面母設(shè)柜,、3面接地變柜、5面主變進線柜,、2面分段隔離柜及2面分段開關(guān)柜）,。開關(guān)柜布置一般采用單層雙列或者單層單列布置?；凇按箝_間”的整體布局,，10kV開關(guān)柜采用了單列、雙列布置相結(jié)合的方式,。局部采用雙列布置形式,，單列布置的開關(guān)柜與二次屏柜、接地變柜共同構(gòu)成雙列形式,，總體布置緊湊合理,。 2.4 “大開間”模塊組合優(yōu)化 基于上述各子模塊的優(yōu)化設(shè)計,，進行“大開間”模塊組合優(yōu)化。 1）220kVGIS與110kV GIS模塊組合方式 220kV GIS模塊與110kV GIS模塊的組合方式有3種,，即L型布置,、平行布置及一字型布置：①考慮到4個主變室的布置形式為一字型布置，220kV GIS模塊與110kV GIS模塊采用L型布置不利于節(jié)省占地,，故不采用,；②平行布置方案的配電裝置室橫向尺寸為29m，縱向尺寸為17m,。 該布置方案存在以下缺點：一次,、二次電纜交叉嚴重，與主變壓器室模塊的尺寸不匹配,，配電裝置室面積不能得到充分利用,；③一字型布置方案的配電裝置室橫向尺寸為42m，縱向尺寸為10m,，能實現(xiàn)功能整合,，共用維護主通道或巡視通道，進一步壓縮配電裝置室橫向及縱向尺寸的大小,，整個配電裝置室場地均能得到充分利用,。 2）GIS模塊與開關(guān)柜模塊組合方式 經(jīng)初步整合，形成GIS與開關(guān)柜兩大組合模塊,，根據(jù)其特點,，應(yīng)采用平行布置方案?？紤]到開關(guān)柜主變進線柜需通過母線橋與主變低壓側(cè)連接,，故開關(guān)柜模塊應(yīng)鄰近主變壓器室布置；同時GIS模塊布置于“大開間”外側(cè),，便于220kV,、110kV電纜出線。 3 “大開間”層高優(yōu)化研究 參考南方電網(wǎng)標準設(shè)計[11],、國家電網(wǎng)通用設(shè)計[13]典型方案,，220kV戶內(nèi)變電站GIS室高度一般在8～10.5m，需要占據(jù)主廠房兩層高度,。合理優(yōu)化GIS室層高,，充分利用GIS上方空間，對減少變電站的建筑體積,、占地面積及工程投資均有著重要的意義,。GIS本身為氣體絕緣設(shè)備，不必考慮外絕緣。因此,，影響本方案“大開間”層高的主要因素有：①GIS設(shè)備吊裝層高,；②GIS設(shè)備工頻耐壓試驗安全凈距要求,。 本方案110kV及220kV GIS同室布置,，因此建筑層高的受控因素主要來源于220kV GIS。本節(jié)僅針對220kV GIS作出分析,。 3.1 GIS設(shè)備吊裝層高要求 1）GIS間隔高度 選取國內(nèi)主要廠家進行小型化GIS間隔高度調(diào)研,，結(jié)果見表4。 綜合主要廠家的設(shè)備制造水平,，本節(jié)分析GIS間隔高度按3.8m考慮,。 2）移動式GIS吊裝 通常情況下，戶內(nèi)GIS設(shè)備主要部件采用屋頂工字鋼梁懸掛電動葫蘆的移動型吊裝方式實現(xiàn),。層高要求計算如下,。 表4 220kV GIS間隔高度調(diào)研表 （1）GIS設(shè)備起吊高度：3.8m（間隔高度）+1.5m（運輸小部件所需空間）=5.3m。 （2）GIS室上空安裝工字鋼梁,，吊重為5t,，工字鋼梁底距GIS結(jié)構(gòu)主梁為0.6m。 （3）電動葫蘆吊鉤底距工字鋼梁底為1.8m,。 綜合（1）,、（2）、（3）高度要求,，移動式GIS吊裝方式所需的GIS室凈高為5.3m+0.6m+1.8m=7.7m,。 3）固定式GIS吊裝 固定式吊裝方式，即在設(shè)備室頂板裝設(shè)吊環(huán),，則可以不用考慮架設(shè)工字鋼梁時需要計算在內(nèi)的一些數(shù)據(jù),，從而有效降低設(shè)備間整體高度。采用吊環(huán)的吊裝方式層高計算如下,。 （1）GIS設(shè)備起吊高度：3.8m+1.5m=5.3m,。 （2）吊鉤的長度及頂板次梁的高度0.6m。 綜合（1）,、（2）高度要求,，固定式GIS吊裝方式所需的GIS室凈高為5.3m+0.6m=5.9m。 4）推薦層高 本方案推薦采用固定式GIS吊裝方式,，以充分降低GIS室層高要求,。考慮一定的裕度,，“大開間”層高暫按6.5m考慮,。 3.2 GIS設(shè)備工頻耐壓試驗安全凈距要求 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）在運輸和安裝過程中可能存在的自由微粒侵入、安裝工藝不良、絕緣件制造缺陷,、電極表面損傷,、運輸中損壞等問題都會導(dǎo)致絕緣缺陷。為了保證設(shè)備安全可靠運行,，GIS新安裝,、擴建和解體檢修部分按標準必須進行現(xiàn)場耐壓試驗。 本方案GIS均采用電纜出線形式,，無架空出線套管,。故現(xiàn)場耐壓試驗需要在GIS間隔電纜終端上部安裝耐壓試驗套管（一般采用空氣套管）。按此種方式進行短時工頻耐壓試驗時,，需要考慮空氣套管管對設(shè)備四周墻壁及上方頂板的帶電距離（按220kV帶電部分至接地部分最小安全凈距A1=1.8m考慮）,。 常規(guī)的耐壓試驗套管布置方式如圖4所示，一般采用斜向布置方案,，滿足了在與GIS設(shè)備保持合理距離的前提下,，盡量降低了耐壓試驗套管帶電部分對凈高的要求。 圖4 GIS耐壓試驗套管姿態(tài)（斜向布置）
本文提出耐壓試驗套管橫向布置方案,，在常規(guī)套管上加裝GIL氣管,，使其橫向延伸至“大開間”中部共享運維通道，如圖5所示,。橫向布置方案,，充分利用了“大開間”布置型式下運維通道作為耐壓試驗的空間，有效降低層高要求,。 需要特別注意的是,，當采用常規(guī)斜向布置方案時，試驗套管自重由其與GIS連接法蘭支撐,；當采用橫向布置方案時,，由于增加了GIL氣管，所以需在GIS間隔對應(yīng)位置預(yù)置吊鉤,，用作輔助固定試驗套管,。 圖5 GIS耐壓試驗套管姿態(tài)（橫向布置）
通過上述耐壓試驗套管設(shè)計型式優(yōu)化，經(jīng)校驗,，當層高取6.5m時,，能夠滿足工頻耐壓試驗的最小凈距要求。 4 結(jié)論 本文提出基于“大開間”理念的220kV全戶內(nèi)變電站布置方案,。全站僅設(shè)置一幢單層生產(chǎn)建筑,，采用模塊化思路，形成變壓器室,、“大開間”主設(shè)備 室兩大模塊,。各級配電裝置同層共室布置于“大開間”，合理布局，緊湊布置,，共享運行維護通道,，有效減少建筑面積，降低層高,。經(jīng)優(yōu)化,，全站總建筑面積為2036m2，圍墻內(nèi)占地面積為0.477hm2,，較南網(wǎng)公司標準設(shè)計方案分別減少81.4%和38.3%,。 |
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