变电站GIS配电装置架空出线型式分析与比较

引言

随着经济的发展和社会的进步,土地资源越来越少,节约土地资源是目前各行各业的共同目标。同时电力的建设和发展也越来越受到外部条件的制约,特别是市政规划部门,对电力设施的占地面积指标要求越来越高。优化变电站的设备选择和布置成为变电站建设节约土地资源的重要手段。SF6全封闭组合电器(以下简称“GIS")将母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关等元件全部封闭与SF6气体管内,占地面积小,目前已经广泛应用于500kV、220kV以及110kV变电站的建设。采用GIS设备在布置上较大地优化了配电装置的纵向尺寸,但是目前设计的出线构架一般仍采用常规的“一字型"出线的门型构架,使得配电装置的横向尺寸并没有得到有效的优化。

近年来,随着GIS的不断发展和成熟应用,人们对GIS技术的认识不断提高,运维体系和施工水平不断进步,为进一步优化配电装置横向尺寸提供了技术基础和发展空间。本文主要以220kVGIS配电装置为例,对架空出线方式以及构架配置方案进行比较分析,以减小出线构架宽度,进而优化配电装置横向尺寸。

1配电装置尺寸控制的基本要求

配电装置的基本尺寸是根据电气设备本身的结构尺寸以及基本带电距离(A值)来确定的。220kV屋外配电装置基本带电距离A1值和A2值分别为1800mm和2000mm(海拔1000m以下,1000m以上应进行修订),设备本身的尺寸与其自身结构有关。对于配电装置中的软导线部分,还应根据各种工况下的风偏情况进行校验。

配电装置的间隔宽度由导线相间距离和跳线或引下线对地距离等来确定。间隔的宽度主要取决于带电部分对地距离(A1值)、相间距离(A2值)以及平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间的距离(D值)三个值,同时对出线终端塔也有一定的要求。

1.1带电部分对地距离

(1)垂直方向:双层构架间距为7m,假定上层出线跳线下垂高度为2.5mm,下层横梁塔头高度为1.8m,上层跳线对下层塔头为2.7m,大于220kV对地绝缘距离为1.8m的要求,大于带电作业时带电部分至接地部分之间距离2.55m的要求。

(2)水平方向:边相对构架A字柱中心水平距离为2.25m,人字柱及法兰按0.4m每边计算,实际距离为1.85m,相对地仍大于标准1.8m的要求。

1.﹒相间距离

(1)垂直方向:双层出线上下层间距为7m,大于标准中平行不同时停电检修无遮拦带电部分之间距离220kV为3.8m的要求。

(2)水平方向:同构架两回线间C相对A相水平距离为5m,大于标准中平行不同时停电检修无遮拦带电部分之间距离220kV为3.8m的要求。

2“一字型"架空出线型式

目前采用GIS配电装置的架空出线构架与常规设计的220kV出线构架相同,普遍采用门型构架,如图1所示,出线的A、B、C三相采用水平“一字型"排列,对于单回路出线构架,其宽度一般为13m:对于双回路出线构架,其宽度一般为24m。

通常220kVGIS出线套管相间距离按3.0~3.5m控制,单回路出线构架悬垂串挂点间距为3.5m,进出线挂点距离按4m控制,边导线至构架中心线距离按2.5m控制,套管均压环半径按照0.6m考虑,同一间隔内套管中心相间距离≥3m,整体单间隔宽度为13m。

双回路出线构架悬垂串挂点间距为3.0m,进出线挂点距离按3.75m控制,边导线至构架中心线距离按2.25m控制,整体间隔宽度为24m。构架的高度可采用设计手册推荐值14m。

在“一字型"单层出线的基础上,为了减小变电站占地,出现了“一字型"双层出线,即采用双层出线构架,上层和下层分别出一回线,如图2所示,出线的A、B、C三相采用水平“一字型"排列,设备间距离以及进出线挂点距离要求与单回路出线构架相同,两层横梁之间需留出足够的通道以便于上层出线,构架单福宽度一般为13m。

"一字型"出线构架的高度,下层构架的高度可采用设计手册推荐值14m,上层构架的高度主要由出线要求确定:采用单层出线时垂直距离5.5m,采用双层出线时垂直距离在此基础上增加0.5m,考虑1m裕度,上层构架总高度为14+5.5+0.5+1=21m。

地线柱高3m,地线挂线点距离地面24m。

3"千鸟型"架空出线型式

由于GIS气管可以灵活布置,可以采用"以空间换平面"的思想,充分利用变电站的上部空间,通过优化GIS出线气管的布置,结合出线构架以及外线设计的配合,将同一回出线的三相导线分别布置在上下两层构架上,呈三角形排列,由于远看像一群鸟站在构架上,故称之为"千鸟型"出线。此时将双回线路合用一福构架,将更有利于优化构架尺寸。"三角型"出线电气及构架布置示意图如图3所示。

在GIS的布置上,三相气管在地面上呈三角形排列,两相在前,一相在后:出线构架上三相也呈三角形排列,两相在下层,一相在上层。

出线套管相间距离取3.5m,双回路出线之间的相邻相距离取5m。在构架上,下层梁悬垂串挂点间距为3.5m,进出线挂点距离按4m控制,边导线至构架中心线距离按2.5m控制,双回路出线之间的相邻相距离取5m,整体双回路出线构架宽度为18m。

若进一步优化,一回出线采用正三角形,另一回采用倒三角形,则两回出线间的距离可以进一步缩小,最终双回路构架宽度可以控制在15~16m。

"千鸟型"出线构架的高度同"一字型"双层出线构架高度。

4"一列式"架空出线型式

目前电力建设线路通道资源非常紧张,双回路、多回路线路的应用越来越广泛。在多回路塔上,同一回路的三相导线一般采用垂直排列。"千鸟型"出线采用双层出线构架,电气布置向上发展,考虑到出线的垂直排列,则可以采用三层出线构架,将同一回出线的三相导线分别布置在上、中、下三层构架上,呈"一列式"垂直排列,此时双回线出线电气及构架布置示意图如图4所示。

在GIS的布置上,三相气管在地面上沿出线方向呈一列式排列:出线构架上三相也呈一列式排列,三相导线分别布置在上、中、下三层梁上。

出线套管相间距离取3.5m,双回路出线之间的相邻相距离取5m。在出线构架上,边导线至构架中心线距离按3.0m控制,双回路出线之间的相邻相距离取5m,整体双回路出线构架宽度为11m。

5架空出线方案技术经济比较

"一字型"双层双回路出线构架能有效减小变电站出线构架的横向尺寸,两回出线构架尺寸仅为13m,远小于"一字型"双回路出线构架的m4m,但是其对出线终端塔的要求相对较高,需要采用同塔双回路或四回路的塔型,构架至终端塔引线较为复杂,相间距离需严格控制。若上下层出线为同名回路,对一回线路检修时,考虑到安全因素,另一回线路需陪停,影响外部电网结构和供电可靠性。因此,"一字型"双层双回路出线构架在mm0kV变电站中应用局限性较大,争议比较多。

"千鸟型"出线与"一字型"双回路双层构架相比,构架宽度有所增加,为18m,但是它解决了同名回路检修陪停问题,而且引线相对比较方便:同时也可根据需要将出线避雷器外置,在工程应用中更容易让各方接受。因此,"千鸟型"出线有比较好的应用前景,目前国内已有多个变电站采用此出线方式。

"一列式"出线电气布置清晰、简单,出线引接方便,出线构架在整体宽度上有较大优势,但从平面上布置和设备配置来看,其出线避雷器布置于GIS内,设备成本相对较高,避雷器的常规试验调试较麻烦。若将避雷器外置,则构架宽度需至少增加3m,而且配电装置的纵向尺寸也需要相应地增加。

下面以mm0kV变电站为研究对象,mm0kV配电装置采用双母线接线,按照终期建设规模进行差异部分分析。mm0kV出线间隔8个,主变进线间隔3个,母联间隔1个,母线设备间隔m个,进行技术经济比较。mm0kV构架几何尺寸如表1所示。

通过上述对比可见,双层出线在占地面积、征地费用等方面相比常规出线具有明显的优势,经济效益和社会效益显著。

6结语

本文分析和比较了常规门型构架出线型式、"一字型"出线型式、"千鸟型"出线型式、"一列式"出线型式的优缺点。在工程具体实施的时候,应结合变电站总平面布置,统筹考虑远景、本期的出线规划,在确保工程投资最优的情况下,选择合适的出线型式。