500kV变电站配电装置选型及总平面布置优化

1、500kV变电站配电装置选型及总平面布置优化500kV变电站配电装置选型及总平面布置优化主要研究内容：(1)根据本站系统规模、电气接线、结合进出线方向，用地指标,对各电压等级配电装置进行优化。(2)通过对不同设备布置方案技术经济比较，确定本站的总平面方案。研究方法:根据DL/T5218.2012220kV750kV变电站设计技术规程，结合其他500kV变电站工程的设计经验及运行情况，对电气总平面布置方案进行优化研究。输入条件:电气主接线、各级电压线路出线方向、各电压等级配电装置布置型式，用地指标。主要结论及建议:(1)变电站500kV配电装置采用GISo500kV进出线避雷器、CVT采用AIS

2、o220kV配电装置采用GIS,进出线避雷器、出线CVT采用AISo35kV配电装置采用“AIS+组合框架式电容器组+干式空心电抗器组”布置方案。(2)变电站形成了由东向西依次为500kV配电装置、主变压器及无功补偿装置、220kV配电装置的三列式布置格局。（3） 500kV配电装置做了如下优化：a)参考通用设计，并作出相应优化，出线间隔宽度由26m优化为25m,构架高度24m,将母线高抗由配电装置南端移至#2、#3主变进线套管之间，降低配电装置横向占地面积；b)参照通用设计，对500kV高抗区域纵向尺寸进行优化，同时压缩母线高抗区域纵向尺寸;c）优化500kV配电装置尺寸，优化后500kVG

3、IS配电装置区纵向尺寸为48.5m（道路中心线），配电装置区宽度为224nl（道路中心线）。优化后500kV配电装置区总面积1.086hm2,较可研L218hm2减少0.132hm2,占地面积为可研方案89.16%。（4） 220kV配电装置做了如下优化：a）经与设备厂家调研，结合平面布置，220kVGIS设备进出线套管之间距离为11m；b）经计算，220kV配电装置高层出线跨线相间距离要求最小值为3.268m,对于本工程相间距离可取3.5m,出线跨线相地距离要求最小值为2.231m,对于本工程相间距离可取2.5m,考虑出线设备带点距离及检修等问题，间隔宽度最终推荐为12m；c）取消220kV

4、配电装置主变进线架构，减小配电装置区域纵向尺寸，将220kV避雷器由主变侧移至220kVGIS主变进线侧，220kV配电优化后，220kV配电装置区域占地面积0485hm2,较可研OSOdhn?压缩0.019hm2,占地面积为可研方案96.15%。（5）对主变及无功补偿区域进行如下优化：a）每两组主变构架组成六连跨，以压缩主变区域横向尺寸；b）220kV避雷器安装在220kVGIS主变进线侧，在满足电气距离校验要求的前提下，压缩主变汇流母线与主变防火墙、主变汇流母线与35kV配电装置母线的距离；优化后，主变无功补偿区域占地面积L299hn?,较可研1.341hm2压缩0.55hm2,占地面积为

5、可研方案96.88%。（6）结合出线方向、电气接线配串、用地指标及各级电压的配电装置型式，最终确定全站总平面方案。该方案全站总面积为3.14hm2,较可研的3.41hm2减少了027hm2,占地面积为可研方案92.08%。2工程概况11.1 工程规模11.2 系统规划23 500KV配电装置的优化21 .1500KV电气接线及配电装置优化23 .2小结74 220KV配电装置布置优化74.1 GIS设备尺寸的确定84.2 220KV配电装置间隔尺寸优化94.3 小结165主变无功配电装置的优化165.2 35kV配电装置布置优化175.3 小结176电气总平面方案186.1 电气总平面初步规划

6、186.2 电气总平面方案分析187结论201前言土地资源属于不可再生资源，随着社会经济的快速持续发展，变电站的选址与城乡规划、国土资源部门的矛盾日益突出。根据可研报告，500kV变电站推荐站址所在地土地为一般农田，本着节约用地的原则，优化电气总平面布置，尽量减少占地是500kV变电站面临的一个重要课题。优化电气总平面布置，可以压缩占地面积，提高围墙内的用地系数,减少土建投资和占地面积，节约宝贵国土资源；也可以有效缩短设备连线、电缆、电缆沟、所内管道、道路等长度，提高全寿命周期经济效益。本专题在以往500kV变电站工程建设和科研成果的基础上，结合“三通一标”、“两型一化”的要求，强化全寿命周期

7、管理理念，通过多方案甄选，确定配电装置及电气总平面布置的最优方案，使工程设计符合安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好的技术原则。2工程概况2.1 工程规模根据国家电网公司招标文件，500kV变电站建设规模见下表（表表211500kV变电站建设规模一览表名称本期新建远期1主变压器容量及数量2X1000MVA4X1000MVA2500kV出线回路数2回8回其中：至保沧2回2回至北京西2回备用4回3220kV出线回路数6回16回其中：雄州1回1回容城2回2回张丰2回2回孙村1回1回备用10回4无功补偿装置其中：35kV并联电抗器2XlX60MVar4X2X60MVar35kV并联电容器2

8、X2X60MVar4X2X60MVar2.2 系统规划变电站远期规划500kV出线8回，其中：保沧2回、备用（北京西）2回、备用4回，图2.2-1为远期变电站500kV出线总体规划示意图。本期500kV出线2回，即保沧I、II回。图221变电站500kV出线规划220kV变电站220kV远景主变进线4回，出线16回，其中：至容城2回、张丰2回、雄州2回、孙村1回、傅村2回、定兴南2回、西北方向备用2回、西南方向备用3回。3500kV配电装置的优化3.1 500kV电气接线及配电装置优化3.1.1 500kV电气接线本工程500kV采用3/2断路器接线，500kV本期出线2回，主变进线2回，组成

9、1个完整串、2个不完整串。远景出线8回，主变进线4回，组成6个完整串。3.1.2 500kV出线间隔宽度的优化对于GIS配电装置，出线间隔宽度由串内的设备、出线相间距离和跳线、引下线对边柱距离等来确定。本次结合不同工况下的电气距离计算，对间隔的宽度进行优化。3.1.2.1间隔宽度优化原始数据根据配电装置布置形式，出线梁高度26m,地线挂点34m,构架边柱宽度480mm。采用2XJLHN58KT600耐热铝合金导线，分裂间距400mln。跳线设置中间悬垂绝缘子串33(XWP2-160)。在以下的校验中，以校验条件较苛刻的无中间悬垂绝缘子串为代表。计算工况为：工况1外过电压和10m/s风速；工况2

10、内过电压和15m/s风速(50%最大风速)；工况3最大工作电压和30m/s风速(最大风速)或最大工作电压、短路和10m/s风速。各工况下，要求的最小电气距离如下表所列。表3.1-1各工况下的最小电气距离(m)工况1工况2工况3相地A13.23.51.6相间A23.64.32.43.1.2.2出线跳线相间距离校验计算模型见下图。图中al为绝缘子串的风偏摇摆角；aO为导线的风偏摇摆角；fj为绝缘子串悬挂点至端部的垂直距离；入为绝缘子串的长度；d为导线的分列间距；r为导线半径；。为绝缘子串的倾斜角。跳线各种工况计算结果如下表所列。表3.1-2跳线各工况计算结果工况编号al(rad)a0(rad)xj

11、(m)yj(m)D2(m)10.0280.0290.1830.0944.300*20.0640.0740.4120.2415.30630.2220.2731.4500.9156.631注：*计算值小于屋外配电装置的安全净距A2。最大工作电压、短路和l(hn/s风偏下对空间的要求比前3种工况更小，不作为控制条件。综合上表的计算结果可见，500kV出线间隔相间距离可优化为7mo3.1. 2.3出线边相跳线的距离校验计算时，出线偏角按10考虑。跳线加装了悬垂绝缘子串。绝缘子串长度人取6.5m。出线构架的整体设置及计算模型见下图。图中d为导线的分列间距；r为导线半径；b为构架柱直径。图3.1-2500

12、kV跳线对边柱校验计算模型构架对出线边相跳线各种工况计算结果如下表所列。表3.1-3跳线各工况计算结果工况编号aO(rad)Dl(m)10.0293.96820.0744.64330.2734.289最大工作电压、短路和10m/s风偏下对空间的要求比前3种工况更小，不作为控制条件。由上表的计算结果可见，要求的距离最大值为4.643m,因此，考虑一定裕度及安装爬梯的需要，500kV出线间隔边相到构架距离可优化为5.5mo3.1 .2.4出线间隔宽度的优化由以上计算结果可见，500kV出线间隔相间距离可优化为7nh边相到构架距离可优化为5.5m,因此出线间隔宽度可优化为5.5X2+7X2=25mo

13、3.1.3500kV配电装置优化根据可研评审意见，结合站址条件，本着节约用地原则，500kV设备按户外GIS方案选择，进出线CVT、避雷器采用AIS,设计原则参照国家电网公司输变电工程通用设计500-A-3方案。500kVGIS采用一字型布置方案，线路及主变侧的避雷器和CVT采用AIS,配电装置南北向一列式布置。可研和优化后的500kV配电装置平面图如图33(a)、(b)所示：图3.1-3可研500kV配电装置电气平面布置图3.1-3(b)优化后500kV配电装置电气平面布置图综合考虑对各厂家GIS设备的适应性,优化后GIS进出线套管间距取18m。将500kV母线高抗由配电装置右端移至#2、#

14、3号主变进线套管之间，从而降低配电装置横向尺寸，考虑500kV母线高抗设备的电气距离校验，500kV配电装置纵向尺寸确定为48.5m(道路中心线)。将500kV出线构架宽度优化为25m,结合550kVGIS设备的横向尺寸，500kV出线构架仍然为500kV配电装置宽度的限制尺寸，500kV配电装置区横向尺寸确定为224m（道路中心线）。500kV配电装置区设置环形道路。其断面如图3.14所示。图3.1-4500kV配电装置GIS方案断面图（本期）500kVGIS配电装置区环形路中心线纵向间距为48.5m,在将母线高抗安装在#2、#3号主变进线套管之间的前提下，相比可研仍压缩0.5m；将500k

15、V出线构架优化为25m,并优化500kVGIS设备和出线构架的布置，500kVGIS配电装置区环形路中心线横向间距压缩为224m,相比可研压缩8m,500kV配电装置占地为0.97公顷，比可研节约0.66公顷。3.2 小结（1）优化500kV出线间隔宽度，优化后的间隔宽度取25m。（2）优化500kV配电装置尺寸，优化后500kVGIS配电装置区纵向尺寸为35m（道路中心线），配电装置区宽度为278m（道路中心线）。优化后500kV配电装置区总面积L086hm2,较可研L218hm2减少0.132hm2,占地面积为可研方案89.16%。4220kV配电装置布置优化500kV变电站220kV配电

16、装置采用GIS设备，主接线采用双母线双分段接线。GIS布置型式的确定综合考虑以下因素：（1）尽量压缩占地，结构简单，布置清晰；（2）设备总体尺寸与配电装置间隔宽度相匹配；（3）应具有良好的运输和吊装条件,满足设备安装（不带电）和设备检修（周围设备带电）时吊装和运输的空间活动范围要求；（4）检修和扩建时应尽量缩短停电时间或不停电。4.1 GIS设备尺寸的确定根据与目前国内外252kVGIS主要生产厂家的配合结果,母线及GIS设备额定电流均按4000A考虑,西安西电开关电气有限公司（以下简称西开）、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司（以下简称沈高）、平高电气股份有限公司（以下简称平高）、AE-Po

17、wer及现代重工的GIS布置方案的主要尺寸分别如下图所示。图4. 1-1西高GIS布置方案图4.1-2平高GIS布置方案图4.1-3沈高GIS方案图4.1-4现代GIS方案图4.1-5AE-POWERGIS方案上述厂家布置方案图中，252kVGIS进出线套管之间距离均为考虑绝缘水平、设备安装、母线额定电流后的最合理布置尺寸。为满足工程设备招标时的通用性，推荐本工程252kVGIS设备进出线套管之间距离按11m考虑。4.2 220kV配电装置间隔尺寸优化对配电装置尺寸设计及优化，一方面应保证设备及导线相间及相对地距离满足绝缘配合要求的最小电气距离，避免造成威胁系统安全运行的隐患；另一方面要考虑为

18、安装和检修提供方便，注意满足相邻间隔电气设备检修时安全距离要求。架构宽度由导线相间距离和跳线或引下线对地距离来确定。导线相间和相对地之间的距离，是按跨距内绝缘子串和导线在风力与短路电动力作用下产生摇摆时，导线相间和导线与接地部分间能满足绝缘配合要求的最小电气距离等考虑的。校验中导线的摇摆（包括绝缘子串的摇摆）按三相导线不同步摇摆考虑。对于本工程GIS设备布置方案，间隔宽度优化目标暂定为12m,以下计算分析以此预期目标为基础。4.2.1 安全净距按照绝缘配合及空气间隙数值设计220kV屋外配电装置，其最小安全净距见表4-1。表4.2-1屋外配电装置的安全净距(mm)项目220kV中性点接地系统A

19、11800A22000B12550B21900C4300D3800使用软导线时，不同条件下，带电部分至接地部分和不同相带电部分之间的最小安全净距，根据表4-2进行校验。表4.2-2不同状态下最小安全净距(mm)条件校验条件(工况)A值220kV中性点接地系统外过电压外过电压和风偏计算风速取10in/sA11800A22000内过电压内过电压和风偏计算风速取最大设计风速50%(30m/s)A11800A22000最大工作电压最大工作电压和风偏取最大设计风速A1600A29004.2.2 GIS出线跨线最小安全距离计算跨线计算采用电力工程电气设计手册电气一次部分(以下简称手册)附录10-2中建立的

20、模型和计算方法。计算模型如下图，本图未示意导线半径及双导线分裂间距，但在计算过程中己经考虑。图4.21门型架导线和间距离校验图1）在大气过电压、风偏条件下，2为（式 4-1）（式 4-2）（式 4-3）Z,D2A2+2fsinax+f2sina2）+dcos4+2r2）在内部过电压、风偏条件下，2为A2+2（/；sinq+f2sina2）+dcos2+2r3）在最大工作电压、短路摇摆、风偏条件下，为,/D2A2+2（/）sinj+f2sina2）+dcosa2+2r式中：_IW2、C一分别为大气过电压、内部过电压、最大工作电压所要求的最小相间距离(cm)；&、4-分别为各种状态下不同相带电部分

21、之间的最小电气距离(cm),见表3-2；力、八、J；一对应于各种状态时的绝缘子串弧垂(cm)；八、/；、/；一对应于各种状态时的导线弧垂(cm)；%、为、%一对应于各种状态时的绝缘子串的风偏摇摆角;%、%-分别为大气过电压、内部过电压时导线的风偏摇摆角;%-最大工作电压时在风力作用下导线的摇摆角，其计算方法见手册附录10-3；d-导线分裂间距(cm)；r-导线半径(cm)o力及力的计算公式：力=庐(式4-4)力=/一力(式4-5)E=1+e(式4-6)=2目+纣上U乙J(式4一7)f-跨距中绝缘子串和导线的总弧垂(m)；1 -跨距水平投影长度(m)；Z一跨距内导线水平投影长度(m)；-各种状态

22、时的绝缘子串单位长度重量(kg/m)；%各种状态时的导线单位长度重量(kg/m)。%的计算公式为：7。.小),必+0(式4-8)心-导线单位长度所承受的风压(N/m)；-绝缘子串承受的风压(N)；%-导线单位长度的重量(kg/m)；0-绝缘子串的重量(kg)o%的计算公式为：,70%=吆（式 4-9）%220kV配电装置有1种跨线形式，以下为计算校核结果。跨线：进线跨线，跨距14.5m,采用2xLGJ-400/25导线，绝缘子串为16*XWP2T60,最大弧垂L7m,计算结果见下表。表4-3高层出线跨线风偏摇摆计算结果表内容参数大气过电压（风偏）操作过电压（风偏）最大工作电压（风偏）弧垂及风偏

23、要摆角绝缘子串瓠垂fl（m）0.7320.7180.632导线弧垂f2（m）0.3680.3820.468绝缘子串风偏摇摆角（。）2.0123.46810.323导线风偏摇摆角处（。）5.86711.23229.438相间距离要求的相间距离D2（mm）247128963268相地距离要求的相地距离DI（mm）201222311826由上述计算结果可见，220kV配电装置高层出线跨线相间距离要求最小值为3.268m,对于本工程相间距离可取3.5m,出线跨线相地距离要求最小值为2.231m,对于本工程相间距离可取2.5m。4.2.3 GIS出线间隔尺寸根据国家电网公司110（66）500kV变电站

24、通用设计修订工作成果，并结合以往500kV变电站实际情况本工程220kVGIS出线间隔尺寸确定如下：（1）双回路出线采用同一跨构架，构架宽度为24m；（2） GIS套管相间距3m,避雷器相间距3.25m；（3）出线悬垂绝缘子串采用单I型绝缘子串,悬垂绝缘子串挂点距离为：3.5m（相地）一3m（相间）一3m（相间）一5m（回路间）一3m（相间）3m（相间）-3.5m（相地）；（4）线路耐张绝缘子串挂点距离为：2.5m（相地）-3.5m（相间）一3.5ni（相间）一5m（回路间）-3.5m（相间）-3.5m（相间）-2.5m（相地）；（5）在出线构架A字柱的变电站侧设置爬梯,爬梯按不带护笼考虑。2

25、20kVGIS出线间隔的平面布置如下图所示。.1图4.2-2出线间隔的平面布置图以上配电装置尺寸计算如下（如图4-7所示（1）设备相间距：GIS套管相间距应不小于2nl（A2值）+0.6m（均压环直径）=2.6ni,因此确定为3m；出线避雷器相间距应不小于2m（A2值）+L1m（均压环直径）=3.1m,因此确定为3.25m。（2）出线悬垂绝缘子串挂点:相地距主要由带电上人检修工况决定,应不小于0.4m（爬梯宽度一半值）+2.55m（Bl值）+0.3n1（导线风偏）+0.1m（导线分裂间距一半）+0.015m（导线半径）=3.365m,考虑施工误差后确定为3.5叫相间距同设备相间距；回路间距应不

26、小于3.8m（D值）+0.6m（导线风偏）+0.2m（导线分裂间距）+0.03m（导线直径）=4.63nb考虑施工误差后确定为5m。图4.2-3出线间隔安全净距校验（3）线路耐张绝缘子串挂点：出线终端塔按双回路塔考虑，线路从出线构架到终端塔呈发散状,因此相邻两回路间距仅需满足5m的带电距离要求。因此本工程GIS间隔宽度按12m考虑。4.2.4 GIS出线构架高度本工程220kV配电装置远景共16回出线，根据国家电网公司500kV变电站通用设计500-A-3方案，本工程220kV出线间隔断面如下图。图4.2-4220kV出线间隔断面图（双层出线）由于220kV构架梁为700x700mm的三角梁，

27、运行检修人员按站立在梁上活动检修考虑，需满足上人处距高层出线跳线4300mm带电距离要求。因此，本工程推荐高层出线构架挂点按14m考虑。综上，本工程220kV配电装置平面布置如下图。?3tHWE图4.2-5220kV配电装置平面布置图4.3小结(1)经与设备厂家调研，结合平面布置，252kVGIS设备进出线套管之间距离为11m；(2)220kVGIS间隔宽度推荐为12m；220kV配电装置区域纵向尺寸为25m,小于通用设计26m纵向尺寸;(3)优化后，220kV配电装置区域占地面积0.485hm2,较可研0.504hm2压缩0.019hm2,占地面积为可研方案96.15%。5主变无功配电装置的

28、优化本工程结合变电站站址条件，根据系统低压无功需求，确定了低压无功补偿装置的分组容量及接线形式，主变低压侧35kV电气接线推荐采用以主变压器为单元的单母线接线，35kV无功补偿装置进线设置总断路器。本期上2号和4号主变，共装设4组60Mvar低压电容器和2组60Mvar低压电抗器以及2台800kVA站用变。5.1 主变布置优化本工程合理调整了主变压器布置，以保证主变与防火墙间距满足调压变的运输要求，确定防火墙间距为Hmo本期及远期的两组主变构架组成六连跨，以压缩主变区域横向尺寸。通过对主变高压侧电气距离的详细校验及对水工等管线的合理分布，压缩主变构架与主变运输道路之间的距离，确定该距为15m。

29、将220kV避雷器由主变侧移至220kVGIS主变进线侧，在合理布置主变防火墙与主变之间间隙，以满足调压变的检修通道要求的前提下，本工程压缩了主变汇流母线与主变防火墙之间的距离，以进一步压缩主变无功区域纵向尺寸。主变构架与汇流母线。相间距，由通用设计方案的7m压缩为4.5mo综上，通过针对主变压器高压侧及低压侧的纵向尺寸优化，本工程主变及无功补偿设备区域纵向尺寸由可研的64m优化为62m。5.2 35kV配电装置布置优化本设计，35kV无功补偿装置排列方向与主变压器布置方向呈平行的一列式布置，35kV配电装置采用AIS设备，母线采用支持式，无功设备采用组合框架式电容器组和干式空心电抗器。电抗器

30、的维护通道按单侧维护考虑即可，并联电抗器外径为2m,建议维护通道宽度按2.2m考虑；12%串抗外径1.9m,建议维护通道宽度按2.1m考虑（框架式电容器不考虑整体运出检修，仅考虑串抗整体运出）。站外电源进线设备布置在220kV配电装置区北侧。主变及35kV无功补偿装置场地平面布置图最终方案见图5.2-1o图5.2-1220kV配电装置平面布置图5.3 小结1）每两组主变构架组成六连跨，以压缩主变区域横向尺寸;(2)压缩主变汇流母线与主变防火墙、主变汇流母线与35kV配电装置母线的距离；(3)优化后，主变无功补偿区域占地面积1.299hm2,较可研L341hm2压缩0.55hm2,占地面积为可研

31、方案96.88%,6电气总平面方案6.1 电气总平面初步规划本专题依据电气主接线、各级电压线路出线方向、主变压器及配电装置型式和进站道路以及土地预审范围等综合条件，确定电气总平面初步规划。6.2 电气总平面方案分析变电站可研方案中，500kV配电装置布置在站区东部，远景8回全部向东架空出线，预留母线高抗位置。220kV配电装置布置在站区西侧,向西出线10回。主控通信楼及站前区布置在站区北侧，从北侧进站。可研的电气总平面布置如图6.2-1所示。C B A C 0 A C 8 fl C 8 A C 8 A G 0 . C 8 A C B A C BK C B A C B fl C 8 A C 8

32、ft C 8 A C 8 A广 o- t丽砺碗S而丽凝丽说领丽10!图6.2-1可研电气总平面布置本章将结合各配电装置区的尺寸，对总平面布置进行优化。具体从以下几个方面进行优化：(1)结合系统规划、可研土地预审，合理布置500kV配电装置及220kV配电装置区域。(2)协调500kVGIS设备和出线构架布置，优化500kV配电装置布置，缩短分支母线长度；(3)根据各厂家500kVGIS布置型式，优化500kVGIS尺寸，压缩占地。(4)在满足设备运输时对带电设备的安全净距和高抗水工管线的要求，对母线高抗AIS回路尺寸进行优化，减小母线高抗回路的纵向尺寸。(5)对主变及无功补偿区域进行如下优化：考虑水工管线的要求,对主变前与主变运输道路尺寸进行优化；考虑调压变运输通道，对主变与汇流母线尺寸进行优化。(6)对主变无功区域无功补偿设备的布置方式与尺寸进行优化。优化后的电气总平面布置如图6.2-2所示。s=二一11cax CM C8A 密 t8A 烟 M C8A 0 烟 0 C8A 陶C 秘图6.2-1优化后电气