基于鄖縣220 kV變電站的配電裝置布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

沈曄華，王 紅，孫懷宇，王宇飛，高 峻

（1.沈陽電力勘測設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110003；

2.國網(wǎng)沈陽供電公司電力設(shè)備工程局，遼寧 沈陽 110003）

其它

基于鄖縣220 kV變電站的配電裝置布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

沈曄華1，王 紅1，孫懷宇2，王宇飛2，高 峻2

（1.沈陽電力勘測設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110003；

2.國網(wǎng)沈陽供電公司電力設(shè)備工程局，遼寧 沈陽 110003）

變電站配電裝置的布置優(yōu)化一直是變電站設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，文中以通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備為引領(lǐng)，采用集成式智能化電氣設(shè)備，按照工程實(shí)際優(yōu)化配電裝置布置，并優(yōu)化設(shè)計(jì)各基本模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)方案，形成功能集成、配置優(yōu)化的變電站。

通用設(shè)計(jì)；布置優(yōu)化；模塊化

變電站的配電裝置布置優(yōu)化問題一直是變電站設(shè)計(jì)的重中之重，將變電站的配電裝置占地面積合理壓縮是本文研究重點(diǎn)。以十堰鄖縣220 kV變電站為例，設(shè)計(jì)方案在現(xiàn)有智能變電站建設(shè)成果的基礎(chǔ)上［1］，推行 “結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支持調(diào)控一體”設(shè)計(jì)理念，通過優(yōu)化電氣主接線、合理選擇設(shè)備型式、壓縮進(jìn)出線構(gòu)架尺寸、優(yōu)化配電裝置基本模塊等方法，使變電站布局更加緊湊，減少變電站的占地面積，形成功能集成、配置優(yōu)化的智能變電站。

1 電氣主接線優(yōu)化

變電站建設(shè)規(guī)模如下：本期安裝1臺(tái)180 MVA主變壓器，220 kV出線1回，110 kV出線8回，10 kV出線9回；遠(yuǎn)期安裝3臺(tái)180 MVA主變壓器，220 kV出線6回，110 kV出線12回，10 kV出線24回。

根據(jù)建設(shè)規(guī)模及系統(tǒng)接網(wǎng)情況分析，220 kV、110 kV、10 kV均選擇單母線分段接線即可滿足可靠性要求，220 kV及110 kV進(jìn)出線均無T接線路，因此可以簡化設(shè)備配置，取消主變、線路間隔進(jìn)出線側(cè)隔離開關(guān)。

2 設(shè)備選型優(yōu)化

2.1 220 kV、110 kV配電裝置優(yōu)化

220 kV和110 kV配電裝置均采用戶外集成式智能隔離式斷路器 （簡稱DCB），集成常規(guī)斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、接地開關(guān)的功能于一體，外形尺寸與常規(guī)斷路器一致。采用DCB可減少變電站主接線中元件的數(shù)量，提高變電站電氣主接線的可靠性，優(yōu)化設(shè)備檢修策略，節(jié)約配電裝置占地面積［2-3］。

2.2 10 kV配電裝置優(yōu)化

10 kV配電裝置采用集裝箱式設(shè)備，箱內(nèi)配置環(huán)保型氣體絕緣開關(guān)柜，柜內(nèi)采用真空斷路器，進(jìn)線采用絕緣銅管母線連接，出線采用電纜連接。根據(jù)變電站建設(shè)規(guī)模及整體布置，10 kV配電裝置僅需配置4個(gè)12 m長度的集裝箱，與常規(guī)建筑物相比較，能有效節(jié)約變電站建材消耗及占地面積。

2.3 10 kV無功補(bǔ)償裝置優(yōu)化

10 kV無功補(bǔ)償裝置采用組合式電容器裝置，組合式電容器裝置由箱式高壓并聯(lián)電容器、油浸式串聯(lián)電抗器、放電線圈、氧化鋅避雷器、保護(hù)器件及電纜進(jìn)線箱等設(shè)備組合而成。電容器、電抗器和放電線圈為一體式油浸全密封結(jié)構(gòu)，具有容量大、場強(qiáng)適中、小型化、免維護(hù)、運(yùn)行安全可靠及壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 二次設(shè)備優(yōu)化

二次設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，分為DCB智能組件柜模塊、主變智能控制模塊、二次設(shè)備預(yù)制艙模塊、10 kV開關(guān)柜模塊及10 kV電容器模塊。二次設(shè)備均采用屏前接線方式，可實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備屏體的靠墻布置。

3 模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 主母線設(shè)備選擇

本工程220 kV、110 kV主母線設(shè)備采用SF6氣體絕緣母線，均為單母線分段接線、配電裝置雙列布置。220 kV母線排列僅為常規(guī)合金管母線布置的11.4%［1］，220 kV SF6氣體絕緣母線平面、斷面布置如圖1所示；110 kV母線排列僅為常規(guī)合金管母線布置的15.6%，110 kV SF6氣體絕緣母線平面、斷面布置如圖2所示。

3.2 220 kV配電裝置模塊優(yōu)化

220 kV配電裝置采用戶外集成式智能隔離斷路器，該斷路器的觸頭在SF6滅弧室內(nèi)，具備斷路器和隔離開關(guān)的雙重功能。

可研方案采用傳統(tǒng)隔離開關(guān)加斷路器布置，220 kV配電裝置廠區(qū)為支持管母線中型布置，占地為160 m×54 m。優(yōu)化后，本方案220 kV配電裝置廠區(qū)占地為93 m×28 m，僅為可研方案占地的30%，節(jié)省占地面積6 036 m2。

3.3 110 kV配電裝置模塊優(yōu)化

110 kV配電裝置采用戶外集成式智能隔離斷路器，該斷路器的觸頭在SF6滅弧室內(nèi)，具備斷路器和隔離開關(guān)的雙重功能。

126 kV隔離斷路器具備優(yōu)良的開斷性能和較大的絕緣裕度，同時(shí)集成電子式電流互感器并配用智能化模塊。采用低維護(hù)、高可靠性的隔離式斷路器，取代了傳統(tǒng)的斷路器和獨(dú)立隔離開關(guān)的接線方式，既可優(yōu)化斷路器和隔離開關(guān)的檢修策略，又可簡化變電站設(shè)計(jì)，大大減少變電站內(nèi)電力設(shè)備使用量。

圖1 220 kV SF6氣體絕緣母線平面、斷面布置

圖2 110 kV SF6氣體絕緣母線平面、斷面布置

3.4 110 kV架空出線方式優(yōu)化

110 kV配電裝置采用雙層出線方式，4回出線共用一個(gè)寬度為15 m的雙層構(gòu)架，在上層構(gòu)架和下層構(gòu)架各掛兩回出線，平行排列，充分利用空間位置。出線構(gòu)架上下2層的掛線點(diǎn)高度分別為14 m和9 m，出線構(gòu)架避雷線掛線點(diǎn)高度為18.5 m?？裳蟹桨?10 kV側(cè)有17個(gè)間隔，本方案只排列9個(gè)間隔，減少8個(gè)，110 kV架空出線斷面如圖3所示。

優(yōu)化后，縱向尺寸由38 m縮至23.5 m，橫向尺寸由160 m縮至102 m。110 kV廠區(qū)占地為102 m×23.5 m，僅為可研方案占地的39.4%，節(jié)省占地面積3 683 m2。

3.5 10 kV配電裝置及站用變模塊優(yōu)化

10 kV配電裝置采用集裝箱式設(shè)備，按電氣功能模塊化設(shè)置，箱內(nèi)接線及單體設(shè)備調(diào)試均在工廠內(nèi)完成。箱內(nèi)設(shè)備、箱與箱及箱與其它設(shè)備間實(shí)現(xiàn)“即插即用”，采用標(biāo)準(zhǔn)化連接。

集裝箱采用國際標(biāo)準(zhǔn)型，外形尺寸為12 192 mm×2 896 mm×2 438 mm，在變壓器附近空余位置插空放置。集裝箱內(nèi)的10 kV開關(guān)柜雙列布置，配置真空斷路器，氣體絕緣開關(guān)柜采用氮?dú)饣蚧旌蠚怏w絕緣，真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保要求。開關(guān)柜外形尺寸為500 mm×1 150 mm×2 410 mm。單氣箱結(jié)構(gòu)、高壓回路全部氣體密封，柜與柜之間、上下氣箱之間用硅橡膠母線連接器連接，發(fā)生故障時(shí)無須移動(dòng)左右兩側(cè)的開關(guān)柜即可更換母線氣箱。

本方案 10 kV集裝箱內(nèi)真空斷路器長度約0.67 m，柜前操作通道為2.12 m，柜后維護(hù)通道為0.1 m，滿足巡視維護(hù)通道的最小寬度要求。10 kV集裝箱占地面積約120 m2，取消獨(dú)立的10 kV配電裝置室和站用變室，與可研方案相比，10 kV配電裝置模塊占地面積共減少240 m2。

3.6 二次設(shè)備模塊優(yōu)化

二次設(shè)備模塊采用前接線、前顯示的設(shè)備形式，二次屏體實(shí)現(xiàn)靠墻布置，減少運(yùn)維通道數(shù)量，有效節(jié)省了建筑面積。將合并單元、智能終端、在線監(jiān)測IED等二次組件與一次設(shè)備融合，形成集成式智能設(shè)備，二次設(shè)備屏柜數(shù)量較通用設(shè)計(jì)方案減少12面［4-5］。

圖3 110 kV架空出線斷面

二次設(shè)備預(yù)制艙模塊分為公用設(shè)備預(yù)制艙、間隔層及電源設(shè)備預(yù)制艙，其中公用設(shè)備預(yù)制艙和電源設(shè)備預(yù)制艙長度均為12.0 m，寬度均為3.0 m，總占地面積為72 m2；可研方案的二次設(shè)備室長度為22.2 m，寬度為9.2 m，占地面積為204.2 m2。優(yōu)化后，占地面積減少132.2 m2。

4 變電站總平面布置優(yōu)化

變電站站址地貌為剝蝕侵蝕山坡地帶，微地貌為溝谷，建設(shè)用地為削山平谷。鄖縣的山場、水域、道路和村莊分別占國土面積的 81.2%、10.3%、4%和4.4%，因此變電站站址建設(shè)用地非常緊張。

根據(jù)進(jìn)出線方向，本方案電氣總平面按3列布置，分別為220 kV配電裝置模塊、主變壓器模塊及110 kV配電裝置模塊，使各級(jí)配電裝置之間的接線更加順暢，距離最短。考慮設(shè)備外形尺寸和檢修巡視通道，確定各模塊尺寸如表1所示。

表1 模塊尺寸統(tǒng)計(jì)

由以上優(yōu)化，可得如下結(jié)論：

a.220 kV終端塔落在規(guī)劃紅線內(nèi)，可縮短220 kV進(jìn)線檔的長度，并避免進(jìn)線檔跨越公路；

b.將紅巖路西北側(cè)2條110 kV線路和武當(dāng)糧油產(chǎn)業(yè)園內(nèi)4條110 kV線路路徑集中到規(guī)劃紅線內(nèi)，可優(yōu)化110 kV線路走廊，減小110 kV出線走廊對(duì)開發(fā)區(qū)的影響；

c.變電站僅有北角830 m2場區(qū)位于深填方區(qū)，需要強(qiáng)夯的面積僅為可研方案的6.4%；

d.變電站圍墻與南側(cè)保留山體的距離增大30 m，有利于保證施工現(xiàn)場的安全性，并取消變電站西南側(cè)圍墻擋土，節(jié)約工程量；

e.通過優(yōu)化電氣主接線、設(shè)備選型來實(shí)現(xiàn)變電站總平面布置優(yōu)化，本方案占地面積為7 340 m2，較可研方案減少13 460 m2，優(yōu)化率為64.7%。

5 結(jié)束語

鄖縣220 kV智能變電站通過簡化電氣主接線、合理選擇設(shè)備型式及優(yōu)化配電裝置基本模塊等方式，使得變電站的配電裝置布局清晰合理、接線順暢，節(jié)約了占地且節(jié)省投資，既滿足生產(chǎn)安全、檢修維護(hù)方便的要求，又能體現(xiàn)智能變電站電氣總平面布置及配電裝置選型的發(fā)展方向，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化建設(shè)。

［1］ 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110（66） ～500 kV變電站分冊 ［Z］.2011：144-147.

［2］ DL／T 5352—2006，高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 ［S］.

［3］ DL／T 5218—2012，220 kV～750 kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］ 閻 凱，姜 玲.長春南500 kV智能變電站技術(shù)特點(diǎn)分析［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（6）：23-27.

［5］ 張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究分析［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：1-3.

Layout Optimization Design of Distribution Device Based on Yunxian 220 kV Substation

SHEN Ye?hua1，WANG Hong1，SUN Huai?yu2，WANG Yu?fei2，GAO Jun2
（1.Shenyang Electric Power Survey and Design Institute，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Shenyang Power Supply Company Electric Power Equipment Engineering Bureau，Shenyang，Liaoning 110003，China）

Optimization of distribution equipment is the core of substation design，this paper adopts integrated intelligence electrical appliance by the general design and general equipment，optimization of distribution equipment layout and optimization design of the basic model.Standardization and modularity design scheme are adopted，this forms a function integrated and optimizing allocations substation.

General design；Layout optimization；Modularity

TM642

A

1004-7913（2015）11-0052-04

沈曄華 （1982—），男，學(xué)士，工程師，主要從事220 kV及以下變電站設(shè)計(jì)工作。

2015-07-18）