荊門變電站1000kV氣體絕緣半封閉式組合電器的布置方案

聶瓊，賀虎

(國家電網公司交流建設分公司，北京市100052)

0 引言

特高壓交流試驗示范工程成功投運后，華北與華中二大電網通過特高壓實現了同步聯網，保障了電網的安全經濟運行［1-9］。由于受主變壓器容量的制約及通道中部(南陽)電壓無功支撐不足等因素的影響，工程只具備280萬kW的送電能力，線路輸電能力及聯網效益未能充分發揮。特高壓交流試驗示范工程擴建工程是特高壓交流電網發展中的關鍵環節，對進一步發揮特高壓交流試驗示范工程的輸電能力、提高電網安全穩定水平、滿足電能遠距離大容量的調配需要、促進特高壓電網發展具有重要意義。

1000kV荊門變電站擴建工程(簡稱擴建工程)增加1組主變壓器(3×1 000 MVA)，另設1臺備用;1000kV無新增出線，主接線由雙斷路器過渡接線完善為1個半斷路器接線，新增3臺斷路器，采用氣體絕緣半封閉式組合電器(hybrid gas insulated switchgear，HGIS);500kV無新增出線，采用HGIS設備。主變110kV側設置2組獨立的單母線接線;低壓無功補償新增2組240 Mvar電抗器和4組210 Mvar電容器。

擴建工程1000kV配電裝置未按最終規模征地，且受征地面積的限制，未建設1000kV 2號母線，僅建設了1號母線，1號主變壓器進線通過支持式過渡管母引接至第2串HGIS套管。擴建工程的1000kV配電裝置，需沿遠期規劃向南側擴建2號母線及2號主變壓器過渡進線，拆除原過渡支持式管母。荊門變擴建后，1000kV配電裝置形成1個不完整串和1個完整串:擴建1號主變壓器進線間隔，組成1個不完整串，布置在第1串;擴建2號主變壓器進線間隔，與南荊一線出線間隔組成1個完整串，布置在第2串。擴建2號主變壓器進線間隔通過低架橫穿，由1000kV配電裝置的西南端頭進入第2串。

本文將結合荊門站擴建工程的建設特點，對1000kV配電裝置HGIS的布置方式進行分析［10-11］。

1 新建第1串HGIS的連接方案

1000kV第1串HGIS擴建為1個不完整串，作為1號主變壓器進線間隔。

(1)“2+1”方式布置。荊門變電站工程前期1000kV HGIS布置采用“2+1”方式，因此擴建工程計劃首先采用“2+1”方式布置HGIS。1000kV出線方向為南、北兩側出線，主變壓器由配電裝置的端部進線。

1000kV第1串HGIS的連接可采用2種接入方案(方案1、2)，如圖1、2所示。在2種方案中，構架1、2為前期已建構架，構架3、4為擴建部分構架。

2種方案中，HGIS套管至2號母線的連接線均通過架空軟導線引接，其區別在于HGIS套管引上的位置不同。方案1中HGIS套管通過四分裂導線直接引至構架2、3之間的上跨線;方案2中HGIS套管通過硬管母引至構架3下方，并通過四分裂導線引至構架3的懸垂絕緣子串。方案1中，存在引上四分裂導線長度較長、使HGIS套管端部受力較大的問題。

(2)“3+0”方式布置。1000kV第1串HGIS按照“3+0”的方式布置(方案3)，如圖3所示。在方案3中，HGIS的2號母線套管位置與方案1、2不同，直接位于構架3下方，通過四分裂導線引至構架3的懸垂絕緣子串。

圖1 第1串HGIS的連接方案1Fig.1 No.1 connecting scheme of the first series HGIS

在確定擴建工程的引接方案時，應結合方便遠期HGIS擴建，盡量減少擴建停電時間進行選擇。遠期第1串HGIS間隔擴建時，方案1需拆除2號母線引上線;方案2除了需拆除2號母線引上線外，還需拆除連接管母、支持絕緣子和引上線等;方案3也僅需拆除2號母線引上線。從停電時間看，方案2在施工安裝HGIS之前就需要拆除連接管母和支持絕緣子，停電時間較長。

與方案1相比，方案3雖然增加了24m的HGIS分支母線，但節省了3支特高壓套管費用，可以降低工程造價。

因此，擴建工程第1串HGIS采用了“3+0”方式布置，即圖3所示的引接方式。

2 第2串HGIS的連接方案

1000kV第2串HGIS本期增加1臺斷路器擴建為完整串，作為2號主變和南荊一線進線共串。本期工程第2串HGIS擴建時需拆除過渡支持絕緣子和連接管母。

(1)“2+1”方式布置。第2串擴建HGIS若按“2+1”方式考慮，則可以采用2種連接方案，分別如圖4、5 所示。

圖4 第2串HGIS的連接方案1Fig.4 No.1 connecting scheme of the second series HGIS

2種方案的區別在于2號主變壓器進線至HGIS套管的引接方式不同。方案1中，2號主變壓器HGIS進線套管采用硬管母連接，并引至懸垂絕緣子串;方案2中，2號主變壓器HGIS進線套管分別通過四分裂軟導線引上至跳線和跨線，通過上跨線實現2個套管之間的連接。

(2)“3+0”方式布置。1000kV第2串HGIS按照“3+0”的方式布置如圖6所示。方案3中，HGIS的2號主變進線套管位置與方案1、2不同，2號主變進線套管向南移動了8m，位于構架3下方，通過四分裂軟導線引至懸垂絕緣子串。

將3種方案比較后可以看出，方案2具有較多的上跨線和引上線引接，方案1、3的引接和施工方便，

并且減少了1跨上層導線和耐張絕緣子串。與方案1相比，方案3雖然增加了24m的HGIS分支母線，但節省了3支特高壓套管費用，降低了工程造價。

因此，擴建工程第2串HGIS采用了“3+0”方式布置，即圖6所示的引接方式。

3 不均勻沉降問題

1000kV第2串HGIS的2臺斷路器與擴建的1臺斷路器基礎不在同一大板基礎上，因此按照“3+0”方式對接時，存在基礎的不均勻沉降問題，可能對設備的安全穩定運行造成影響。

根據設計單位的設計方案，新建1000kV第2串HGIS基礎為人工挖孔墩，鋼筋混凝土整版基礎，整板厚度為2.28m，人工挖孔墩最小墩長為4.0m，墩基直徑為0.9m，擴底直徑為1.5m。HGIS基礎長向尺寸墩基礎間距為4.0m，短向3排。前期HGIS基礎采用直徑為0.9m的機械成孔擴底旋挖樁，樁基持力層為粘土層。

根據計算，本期擴建的HGIS基礎和前期基礎的整體沉降為6.04 mm左右，留有的裕度較小。因此，在擴建HGIS對接部位設置了補償單元，即防沉降的伸縮波紋管，如圖7所示。該補償單元具有±3°的補償能力。本次擴建工程設計上具有補償40 mm不均勻沉降的能力。

圖7 1000kV HGIS補償單元Fig.7 Compensation unit of 1000kV HGIS

由此可見，雖然新舊基礎的不均勻沉降差確實存在，但通過在對接處增加補償單元，使沉降差控制在允許偏差范圍內，新舊基礎沉降差對HGIS母線筒的影響較小，可確保設備的長期安全可靠運行。

4 結論

(1)通過與“2+1”方式布置的對比分析，荊門變電站擴建工程1000kV HGIS最終采用“3+0”的方式進行布置。

(2)采用“3+0”方式布置的1000kV HGIS降低了工程造價。

(3)通過在1000kV第2串HGIS對接處增加防沉降的伸縮波紋管，使基礎沉降限值達到40 mm，遠大于前、后2期基礎的不均勻沉降差，確保了HGIS設備的長期穩定運行。

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