110kV戶外GIS變電站設計方案的優化探討

賁樹俊，葛乃成，周建華，袁 俊，張曉龍

(1.華北電力大學，北京 102206；2.國家電網公司華東分部，上海 200002；3.南通電力設計院有限公司，江蘇 南通 226004)

110kV戶外GIS變電站設計方案的優化探討

賁樹俊1，葛乃成2，周建華3，袁 俊3，張曉龍3

(1.華北電力大學，北京 102206；2.國家電網公司華東分部，上海 200002；3.南通電力設計院有限公司，江蘇 南通 226004)

介紹了國家電網公司110/10 kV雙繞組變壓器方案，指出其主變中間構架、主變場地構架、GIS場地布局、無功補償裝置布置、避雷針設置等方面的不足，并提出相應的優化措施，為后續變電站的優化設計提供有益借鑒，可產生較大的經濟效益和社會效應。

GIS變電站；優化；設計

0 引言

為提高電網工程建設質量和管理效率，大力提升集成創新能力，促進資源節約型、環境友好型社會建設，近年來國家電網公司大力推廣輸變電工程通用設計、通用造價、通用設備和標準工藝。隨著GIS設備制造工藝的成熟及造價成本的降低，越來越多的110 kV戶外變電站采用GIS設備。因此，應用通用設計并優化，具有非常重要的意義。

1 通用設計方案介紹

1.1 國家電網公司通用設計方案

《國家電網公司輸變電工程通用設計110(66)～220 kV智能變電站施工圖設計》(2013年版)中提出了110-A1-1(110/10 kV雙繞組變壓器)和110-A1-2(110/35/10 kV三繞組變壓器)2種戶外GIS方案。江蘇地區主要采用110/10 kV雙繞組變壓器，下文對此方案進行探討。

1.2 110/10 kV雙繞組變壓器方案

主變壓器本期2臺50 MVA，遠景3臺50 MVA；110 kV進(出)線本期2回，遠景4回，架空出線，單母線分段接線；10 kV出線本期24回，遠景36回，電纜出線，單母線分段接線；每臺主變配置2組無功補償成套裝置；主變采用一體式戶外布置，110 kV采用GIS設備戶外布置，10 kV采用中置式成套開關柜戶內雙列布置，無功補償成套裝置毗鄰開關室戶外布置。變電站圍墻尺寸為60.8 m×63.9 m，圍墻內占地面積為3 885 m2。設置A字桿出線門型構架4榀，A字桿主變中間構架3榀，A字桿主變構架3榀；設置主變間防火墻2堵；設置2座25 m高構架避雷針及2座25 m高獨立避雷針對全站進行直擊雷防護。

1.3 江蘇公司細化方案

考慮到江蘇地區負荷密度高，經濟發展潛力大，江蘇地區110 kV變電站遠景單臺主變容量一般按80 MVA考慮。對此，江蘇省電力公司根據國家電網公司110/10 kV雙繞組變壓器方案提出了細化實施方案。

主變壓器本期1臺50 MVA，遠景3臺80 MVA；110 kV進(出)線本期2回，遠景4回，架空出線，單母線分段接線；10 kV出線本期12回，遠景36回，電纜出線，單母線分段接線；遠景每臺主變配置3組無功補償成套裝置；主變采用一體式戶外布置，110 kV采用GIS設備戶外布置，10 kV采用中置式成套開關柜戶內雙列布置，無功補償成套裝置毗鄰開關室戶外布置。變電站圍墻尺寸、構架、避雷針、防火墻等設置同國家電網公司通用設計。

2 設計方案的優化

除主變、無功補償規模不同外，江蘇省電力公司細化方案與國家電網公司通用設計方案大致相同，現以江蘇省電力公司細化方案為模板進行優化比較。優化后，變電站圍墻尺寸可調整為59 m×60 m，圍墻內占地面積為3 540 m2。

此整體優化方案在南通110 kV郭園、石北等變電站得到了充分應用，并取得了良好效果。

2.1 主變中間構架優化

雖然主變引線為孤立檔，但是引線檔距僅為13.25 m，且引線及引下線一般采用單根LGJ-300，施工及檢修時一般采用升降斗車作業，即便考慮上人作業，構架的受力也非常有限。南通地區眾多工程案例表明：主變中間構架完全可以優化為單桿門型構架。某些變電站已經運行十多年，歷經數次臺風暴雨考驗，安全可靠，運行單位反映良好。

2.2 主變場地構架優化

主變場地原設置3榀A字桿門型構架，另加防火墻2堵。由于其基礎較大，往往造成基礎磕碰，施工不便；且由于構架受力非常有限，完全可以采用單桿門型構架，1，2號主變之間以及2，3號主變之間的單桿可結合防火墻一并設置。因此，可將原先6根A字桿優化為2根長單桿+2根短單桿(設置在防火墻上)，既節約了鋼材和砼，又避免了基礎磕碰。

此優化方案已在南通220 kV鄒莊變、園林變等工程中得到了充分驗證，獲得業主、施工等相關方的一致好評。

2.3 GIS場地布置優化

原方案GIS場地縱向深度為13 m，進出線間隔及主變間隔分支母線筒長度普遍偏長。由于GIS場地有足夠的寬度，等同于4個出線構架的寬度，約為30 m，因而母設、分段等間隔完全可以調整到合適的位置，確保相鄰間隔設備吊裝、檢修的安全距離。經過工程實踐且與主流廠家溝通后，GIS場地縱向深度可縮減為10 m，其中出線側縮減1 m，主變側縮減2 m，可減少額定電流為1 250 A的三相共箱式分支母線10 m，以及接頭數量，從而降低母線筒漏氣的風險。

此優化方案已在南通110 kV郭園變、石北變等工程中得到有效實踐，業主反映良好。

2.4 無功補償裝置布置優化

原方案無功補償裝置毗鄰開關室、二次室布置，為滿足防火要求，開關室、二次室兩側墻無法開巡視門、采光窗、通風百頁窗及事故軸流風機，空調外機設置也較為困難。

通過平面優化，將無功補償裝置主要布置于環形道路外側及GIS場地外側空地，可有效滿足10 m防火距離的要求。考慮到主變容量、臺數的投運順序，將遠景投產的無功裝置盡量規劃于較遠處，將近期投產的無功裝置盡量靠近開關室布置，以縮短電纜長度，做到全壽命周期投資最優。同時通過優化布置，使得每組無功裝置之間均能滿足防火規程要求，從而可減少2堵3.0 m×6.0 m×0.3 m的防火墻。

優化后的開關室、二次室，靠近無功補償裝置側的墻體上可設置巡視門、通風百頁窗、采光窗、空調、事故軸流風機等設施，避免出現“黑房子”，大大改善了開關室、二次室的通風采光安全性能，給變電站的運行、檢修、安裝施工帶來了極大方便。

此優化方案已在南通110 kV郭園變、石北變等工程中得到了有效實踐，業主反映良好。

2.5 避雷針設置優化

原方案共設置4根避雷針對全站進行直擊雷防護，其中2根為25 m高構架避雷針，分別置于出線構架兩端；另2根為25 m高獨立避雷針，分別置于變電站另外兩角。

由于無功補償裝置布置優化調整，可在全站中軸線附近設置1根35 m高獨立避雷針取代2根25 m高獨立避雷針，與構架針對全站進行聯合保護。經校驗發現，該避雷針設置滿足要求。

2.6 圍墻道路等優化

原方案圍墻內占地面積3 885 m2，圍墻長度245.4 m，800 mm寬電纜溝長度74 m，1 100 mm寬電纜溝長度78.8 m，道路面積947 m2。

優化后，圍墻內占地面積3 540 m2，圍墻長度234 m，800 mm寬電纜溝長度81 m，1 000 mm寬電纜溝長度40 m，道路面積775 m2。

圍墻內占地面積減少345 m2，減少相應土方平衡量，圍墻長度減少11.4 m，800 mm寬電纜溝長度增加7 m，1 000 mm寬電纜溝長度減少38.8 m，道路面積減少172 m2。

3 結束語

對3臺80 MVA主變及9組無功補償裝置規模的GIS變電站進行優化，1座110 kV戶外變電站可減少鋼材5 004 kg，減少C25基礎砼57.36 m3，減少C15墊層砼6.28 m3，減少圍墻內占地面積345 m2，減少相應的土方平衡量，減少圍墻長度11.4 m，減少電纜溝長度31.8 m，減少道路面積172 m2，減少3.0 m×6.0 m×0.3 m防火墻2堵，減少額定電流1 250 A的三相共箱式分支母線10 m。

若對3臺50 MVA主變及6組無功補償裝置規模的GIS變電站進行優化，圍墻內占地面積還可進一步減少。由此可見，通用設計的應用不應生搬硬套，而要多動腦筋，不斷進行優化、總結、提煉和推廣，以期達到節約電網建設費用的目的。

1 DL/T5056—2007變電站總布置設計技術規程[S].

2 GB 50016—2006建筑設計防火規范[S].

3 GB 50059—1992 35 kV～110 kV變電所設計規范[S].

4 GB 50060—2008 3～110 kV高壓配電裝置設計規范[S]. 5 劉振亞．國家電網公司輸變電工程通用設計110(66)～500 kV變電站分冊[M]．北京：中國電力出版社，2011. 6 劉振亞．國家電網公司輸變電工程通用設計110(66)～ 220 kV智能變電站施工圖設計[M]．北京：中國電力出版社，2013.

7 劉振亞．國家電網公司輸變電工程通用設備110(66)～750 kV智能變電站一次設備[M]．北京：中國電力出版社，2012.

2014-07-31；

2014-08-20。

賁樹俊(1980-)，男，高級工程師，主要從事變電站設計及質量技術管理工作，email：cancerchen2008@126.com。

葛乃成(1980-)，男，高級工程師，主要從事電網安全監督管理工作。

周建華(1977-)，男，工程師，主要從事設計院全面管理工作。

袁 俊(1970-)，男，高級工程師，主要從事變電站土建設計及技術管理工作。

張曉龍(1981-)，男，高級工程師，主要從事電氣設計及技術管理工作。