一种改进型500kV论文_吴晓鸣1,王建2, 胡晨1, 葛成1

(1.国网安徽省电力公司经济技术研究院 安徽合肥 230071；2中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 安徽合肥 230601)

摘要: 针对目前普遍应用的500kV HGIS配电装置布置方案，以某500kV变电站设计为依托，提出了一种改进型500kV HGIS配电装置优化设计方案。该方案充分利用HGIS设备功能集成、布置型式灵活的特点，通过GIL分支母线优化传统3/2接线对应的HGIS进线和母线套管排列顺序，进线可由进线梁设置的悬垂绝缘子串直接引接至HGIS进线套管，出线可通过跨线由1M、2M母线中间构架梁引接至HGIS出线套管。采用改进型HGIS配电装置布置方案后，500kV HGIS配电装置纵向尺寸由可研方案76m优化至60m，结合间隔宽度优化措施，500kV配电装置横向总宽度由可研方案212m优化至183m，节省占地面积31.9%，节省工程造价147.6万元，优化效果显著。

关键词: 500kV HGIS配电装置；改进形；GIL分支母线；套管排列

0 引言

目前我国500千伏变电所的高压电器设备应用情况可分为三种：一种是敞开式电气设备（AIS），造价便宜，应用广泛，缺点是配电装置占地面积大，设备故障率高，变电站检修维护工作量大；另外一种是全封闭气体绝缘组合电器（GIS），可较大幅度的节省占地和提高运行可靠性，但设备造价昂贵，工程扩建时停电影响较大，通常在用地特别受限的地方使用；第三种为HGIS设备，结构与GIS设备基本相同，不同之处是母线采用外置敞开布置，其特点介于AIS和GIS设备之间，具有占地面积小、运行可靠性高、安装维护方便、扩建停电影响范围小等优点，投资较GIS设备小，已在500kV配电装置中广泛应用[1~2]。然而，由于目前大部分HGIS配电装置仍遵循AIS设备布置的思路，采用“一”字型布置，母线套管布置于配电装置两侧，进出线套管布置于中断路器两侧，纵向尺寸较大，跨线布置复杂，中间构架梁结构繁琐，未能充分利用HGIS设备的布置灵活的优势[3~6]。

本文将结合变电站进出线规划，充分利用HGIS设备可利用GIL导管灵活引接的特点，提出基于3/2接线的改进型500kV HGIS配电装置优化设计方案，改变传统“一”字型500kV HGIS配电装置进出线布置结构，充分发挥HGIS设备优势，压缩串间隔纵向尺寸，简化中间构架梁柱设计和连接的复杂程度，节省钢材，从而达到节约宝贵的土地资源、降低工程造价的目的。

1工程概况

某500kV变电站按无人值守智能化变电站建设，500kV本、终期接线形式均为3/2接线，采用户外HGIS设备；220kV本、终期接线形式均为双母双分段线，采用户外GIS设备；35kV本期、远景均采用单元制单母线接线，采用户外AIS设备；主变采用三相自耦无载调压变压器。变电站规模如下表所示：

表1 500kV变电站建设规模

2 基于3/2接线的改进型500kV HGIS配电装置优化

2.1 常规HGIS配电装置布置方案

该500kV变电站可研方案采用的500kV HGIS配电装置为常规“一”字型“3+0”HGIS布置型式，其配置接线及设备布置图如图1所示，典型断面图如图2所示。

图1 500kV常规HGIS配置接线及设备布置示意图

图2 500kV常规HGIS断面示意图

由图2可以看出，对于3/2接线型式，按照接线的顺序，母线设置于两侧，进出线位于中间。与之相对应，常规500kV HGIS布置方案中，HGIS设备1M、2M母线套管位于配电装置外侧，进出线套管位于配电装置中间，进线通过1M母线上方的跨线接入中间套管，出线通过2M母线上方的跨线接入中间套管，母线和进出线间均设置断路器，母线套管布置于边断路器两侧，通过软导线连接至悬吊管母线，满足3/2接线需求。该布置型式特点主要有以下4个方面：

(1) 为了合理利用配电装置场地空间，HGIS设备一般居中布置，套管引上线通过中间构架悬式绝缘子串接至跨线。考虑到进、出线不同时停电检修的工况，需通过中间构架悬挑梁（图2注1）控制引出线间的电气距离（平行的不同时停电检修裸导体间距离D=5.8m），如图2注2所示。该布置型式受制于进出线电气距离的限制，串间隔纵向尺寸较大；悬挑梁制造加工复杂，组装较为困难，浪费钢材。

(2) 考虑到进、出线套管不同时停电检修工况，管母线需与引上线间控制一定的电气距离（不同时停电检修带电体间距离B1=4.55m），因此，管母线只能布置于母线套管侧上方一定的位置，以保证与引出线的距离满足电气要求。

(3) 出线避雷器布置由于受母线至母线套管引下线电气距离的限制（B1=4.55m），其布置位置必须保持与外侧管母线至HGIS母线套管引下线间保持足够的距离。

(4) HGIS配电装置左侧道路可与主变运输道路构成最小宽度为4米的环道，左侧避雷器、电压互感器、HGIS左边断路器及中断路器吊装可通过左侧道路实现；HGIS右边断路器吊装可通过中间道路实现；右侧避雷器、电压互感器吊装可通过左侧主变运输道路实现，也可由中间道路实现。需要说明的是，由于左侧道路与中间道路均布置于母线下方，而该空间由管母线至避雷器的电气距离（B1=4.55m）控制，因此左侧道路及中间道路的设置与否对配电装置纵向尺寸没有影响。

综合以上4点，传统500kV HGIS配电装置布置由于其特定的布置和进出线连接型式，串间隔考虑76m纵向尺寸是合理的，若不能从结构上改进配电装置布置型式，纵向尺寸优化幅度有限。

2.3 500kV“C”型HGIS设备布置方案分析

利用HGIS设备布置灵活的特点，在常规“一”字型HGIS布置方式的基础上，利用GIL母线将三台断路器单元模块联系起来，即可形成外观如“C”型的HGIS布置型式，其主要特点为出线套管布置在设备外侧，母线套管布置在设备区中部，500kV“C”型HGIS配置接线示意图配置接线及设备布置示意图如图3所示：

图3 500kV“C”型HGIS配置接线及设备布置图

由图3可以看出，“C”型HGIS方案主要特点为将母线套管集中排列，进、出线套管放置于HGIS两侧。结合图4“C”型HGIS布置断面图可知，由于母线套管位于中间，构架可取消中间支撑腿，母线间距离只需满足电气距离（D=5.8m）校验要求即可，配电装置纵向尺寸较常规方案可以有所优化。结合规程对500kV电压等级配电装置不同工况下电气距离校验的要求，本文以下从3个方面论述“C”型HGIS布置方案的特点。

图4 500kV“C”型HGIS布置方案断面图

（1）“C”型HGIS布置方案显著的特点是省掉了中间梁及构架支撑，大幅压缩了1M、2M母线间尺寸。考虑到500kV配电装置安装检修及维护的需要，配电装置区的环形道路必须保留，为了兼顾HGIS设备布置情况，需将道路移至靠近围墙侧，结合设计规范校验电气距离，环型布置型式纵向尺寸可优化至65m，较可研方案压缩11m，断面图如图4所示。但是，由于取消了中间构架支撑，中间的构架横梁梁长度较长，跨度达到了46m，其强度要求将成倍增加，横梁截面较大。另外，为了平衡大截面横梁传导的力，构架柱需采用格构式柱或根开较大的人字柱结构，不利于间隔横向尺寸优化。

（2）“C”型HGIS布置方案1M、2M母线布置紧凑，中断路器布置在1M、2M下方，在中间断路器故障需起吊检修时，均需使2组母线全停，将变电站辐射区域电网供电可靠性大幅降低，影响区域电网的安全。

（3）“C”型HGIS布置方案，母线上方只能布置1跨跨线，实现多方向双回侧出线较为困难，若应用实际工程，对于侧出线和侧进线配串的情况，该布置形式难以实现，出线灵活性较差。

综上所述，“C”型HGIS布置方案虽然较可研方案有了一定的优化，但考虑到停电检修中断路器时需母线全停，影响区域电网供电可靠性，出线方式也不够灵活，因此应用范围具有一定的局限性。

2.4 改进型500kV HGIS配电装置布置方案

（1）500kV改进型HGIS布置方案的提出

500kV改进型HGIS布置方案的构想源于对500kV HGIS配电装置空间的合理利用，最大限度的减小配电装置纵向尺寸。500kV改进型HGIS布置融合传统“一”字型HGIS布置型式与“C”形HGIS布置型式的特点，利用GIL母线改变进线侧边断路器的首末端，将边断路器末端母线套管调整到靠近中断路器侧，进线套管调整至远离中断路器侧。调整后，2M侧母线套管及出线套管同传统HGIS布置型式一致，即外侧为母线套管，内侧为出线套管；1M侧母线套管及进线套管与“C”形HGIS布置型式一致，即外侧为进线套管，内侧为母线套管。500kV改进型配置接线及设备布置示意图如图5所示。

图5 500kV改进型HGIS配置接线及设备布置示意图

（2）500kV改进型HGIS配电装置优化设计

500kV改进型HGIS配电装置断面图如图6所示，与常规“一”字型方案相比，采用500kV改进型HGIS配电装置方案，进线可通过进线梁悬垂串直接引接至进线套管，无需再借助上层跨线，可较常规方案减少了50%上层跨线的材料及安装工程量；另外，由于仅出线套管需要通过上层跨线引接至站外线路，出线套管可以布置与中间构架横梁正下方，通过中间横梁下方设置的悬垂绝缘子过渡连接至出线跨线，因此中间横梁上无需再设置进出线共用的挑梁，构架布置型式更为简洁，减少了构架用钢量，减少了构架组装工程量及施工周期；再者，由于HGIS设备出线套管布置于中间梁正下方，出线侧仅设置1台断路器，空间宽裕，可用于布置环道及出线避雷器和电压互感器，有效利用了配电装置纵向空间；最后，由于进线侧具有主变运输道路，通过合理选择吊车，中断路器和进线侧边断路器可由主变运输道路吊装运输，较常规方案，取消了进线侧断路器旁的道路，减少土建投资。

从检修运行角度考虑，采用500kV改进型HGIS配电装置方案，出线侧断路器及两侧套管、出线避雷器、电压互感器可由出线侧道路吊装，施工时只需要对出线侧断路器上方2M母线进行停电即可，进线侧断路器上方1M母线可继续带电运行不受影响；进线侧断路器及两侧套管、中断路器、进线避雷器及电压互感器可由主变运输道路吊装运输，仅需对进线侧断路器上方1M母线停电，也不影响出线侧断路器上方2M母线带电运行。该方案扩建停电灵活性与传统方案相当，较“C”型HGIS布置方案供电可靠更高，无需500kV母线全停，在优化占地的同时保证了供电的可靠性。

确定500kV改进型HGIS配电装置纵向尺寸主要从三个方面考虑。一方面是等电位设备间距离，主要为HGIS套管、避雷器及电压互感器，考虑的主要因素为设备底座对相邻设备带电部分的距离（A1=3.8m）以及单个设备安装检修时不影响相邻设备。另一方面，考虑不同带电体间不同时停电检修时的电气距离以及设备运输时校验框对设备的电气距离（B1=4.55m）。最后，考虑带电体对接地部分间的电气距离（A1=3.8m）及围墙对带电设备间的距离（D=5.8m）。综合以上控制因素，采用500kV改进型HGIS配电装置方案优化后，配电装置纵向尺寸为60m，较可研方案减少了16m，较“C”型布置方案减少了5m。

图6 500kV改进型HGIS配电装置断面图

结合该500kV变电站情况，通过风偏摇摆计算，合理优化跨线及跳线的相间、相地距离。将一般间隔宽度由可研方案27m优化至25m；具有消防环道及的间隔宽度由可研方案29m优化至26m；包含有四腿人字柱的间隔宽度设置为26m。采用A柱-核心塔全联合构架技术将构架至围墙横向距离由可研方案9m、10m优化至2m。经过一系列优化后，本站500kV配电装置横向尺寸由可研方案212m优化为183m，优化效果显著。

（3）500kV改进型HGIS型式侧向出线分析

传统“一”字型HGIS进线方式有正常进线、高架横跨、底架横穿等方式，高架横跨、底架横穿俗称侧向出线。正常出线时线路需从中间套管引出，在母线构架梁上方各设置一档跨线，此档跳线挂点高为26.0m，而侧向出线需在正常出线的跨线上方另设一档跨线，挂点高度为33.0m，间隔断面图如图7所示。

图7 500kV传统HGIS侧出线间隔断面图

改进型HGIS布置型式保留了传统“一”字型HGIS布置型式侧出线灵活的特点，侧出线方法与传统布置型式类似，具体侧出线断面图如图8、图9所示。

图8 改进型HGIS配电装置出线侧向断面图

图9 改进型HGIS配电装置进线侧向断面图

因此，改进型HGIS布置方案不仅节约占地，也能保持传统HGIS接线方式灵活性，使得本站500kV HGIS配电装置的优化更为简洁高效。

2.5经济技术对比

500kV改进型HGIS布置方案不仅较大幅度的压缩了配电装置纵向尺寸，又能够保持传统HGIS接线方式灵活性，具有良好的应用效果。该500kV变电站应用改进型HGIS布置方案，通过优化场区道路、应用新型构架技术等手段，优化相间、相地以及构架距围墙距离，将整个串的纵向尺寸由可研方案的76m优化为60m，横向尺寸由可研方案的212m优化为183m，500kV配电装置场区较可研减少占地5132m2（约7.7亩），节省约31.9%，优化效果显著。

本文将“C”型、改进型HGIS优化方案运用于本站500kV配电装置中，并与变电站可研（常规“一”字型）方案对比，得出的经济技术比较如表2所示。

表2 500kV配电装置经济技术指标表

由上表可以看出，用地指标方面，改进型HGIS布置方案较可研节省占地7.7亩，较“环”型方案节省占地2.6亩，用地指标优异；经济指标方面，改进方案较可研节省投资147.6万元，较“环”方案节省投资478.5万元，经济指标优异。改进型HGIS布置方案较传统“一”字型HGIS方案及“C”型HGIS布置方案构架和梁柱结构设计更为简洁合理，力学稳定性更强，现场运输安装及组装工作量更小，可实施性更强。

3 结论

作者通过采用500kV改进型HGIS配电装置型式，优化变电站500kV高压配电装置，并结合主变、无功及220kV配电装置等区域其他技术优化方案，使得全站围墙内总面积仅为20862m2，较可研方案减少38.9%。优化后的工程静态总投资为20314万元，仅为可研方案的79.07%，效益显著。500kV改进型HGIS配电装置不仅贯彻了国家电网公司“两型三新一化”的变电站建设原则，也有效的降低了工程造价，节省了宝贵的土地资源，为现阶段500kV HGIS变电站的建设提供了重要参考和技术支撑。

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论文作者:吴晓鸣1,王建2, 胡晨1, 葛成1

论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期

论文发表时间:2018/12/12

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