一種新型750 kV敞開式配電裝置布置方案研究

韓志萍

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

隨著電網建設的高速發展，超高壓變電站規模越來越大，采用常規配電裝置布置占地面積大的問題越來越突出，土地后備資源嚴重不足，站址征地、拆遷費用日益增加，特別在一些城市中心區域，變電站站址選擇愈來愈困難，降低工程投資、提高土地資源利用率是電網建設必須面對的課題。就西北地區750 kV變電站而言，海拔低于2 000 m的750 kV變電站，750 kV配電裝置基本采用國家電網公司《35 kV～750 kV變電站通用設計》(2017版)[1]750-D-1方案，該方案為常規典型的敞開式配電裝置(air insulated switchgear，AIS)戶外軟母線中型、罐式斷路器三列式布置方案。其布置型式存在占地面積大，設備數量多，跨線距離長等問題。750 kV配電裝置布置是整個750 kV變電站的核心內容之一，對全站的布置和協調起著至關重要的作用。本文提出一種新型750 kV敞開式配電裝置布置方案，在不改變750 kV配電裝置主接線前提下，可以壓縮750 kV配電裝置占地面積，最大限度地節約土地和提高土地利用率，同時減少設備數量，達到降低工程整體投資的目的。為土地資源緊缺、征地困難的750 kV敞開式變電站提供參考。

1 常規750kV敞開式配電裝置布置方案

1.1 常規750 kV敞開式配電裝置主接線

常規750 kV敞開式配電裝置主接線一般采用一個半斷路器接線，按照國家電網公司《35 kV～750 kV變電站通用設計》(2017版)[1]750-D-1方案， 750 kV配電裝置一個完整串電氣主接線示意圖如圖1所示。

圖1 一個半斷路器接線的750 kV配電裝置電氣主接線示意圖(一個完整串)

1.2 常規750 kV敞開式配電裝置布置方案

常規750 kV敞開式配電裝置間隔內主設備為750 kV罐式斷路器(包括中斷路器和邊斷路器)、斷路器兩側水平斷口型隔離開關、母線側水平斷口型隔離開關，出線側避雷器、出線側電壓互感器以及母線隔離開關與母線連接過渡用支柱絕緣子。典型的布置方案為：母線采用軟導線、罐式斷路器沿進出線方向中型三列式布置，兩組母線分別布置在兩側。配電裝置進出線構架共3排，母線構架與兩側出線構架為聯合構架。中斷路器布置在中間構架正下方，隔離開關布置在斷路器兩側，母線側隔離開關布置在母線外側，配電裝置以中間構架為軸對稱布置。進出線從兩組隔離開關中間引上與上跨線連接，配電裝置為兩側順串出線。

以常規典型750 kV敞開式配電裝置一個完整串間隔中半個間隔(另半個間隔為對稱布置)為例， 750 kV敞開式配電裝置典型平斷面如圖2、圖3所示。

圖2 常規750 kV敞開式配電裝置平面布置圖(半個間隔)

圖3 常規750 kV敞開式配電裝置斷面圖(半個間隔)

從圖2、圖3可以看出，常規750 kV敞開式配電裝置進出線、母線和主設備之間通過導線連接，主設備之間通過管母連接，實現進出線正常或退出運行。這種配電裝置受制于750 kV隔離開關制造工藝和母線相間距離控制[2]，母線隔離開關只能布置在母線外(旁)側，一相母線側隔離開關可以與就近相母線直接連接，另兩相隔離開關由于距另兩相母線較遠，需要通過支柱絕緣子過渡才能與另兩相母線連接，如果要實現隔離開關直接與母線連接，母線相間距要拉大，三相隔離開關需錯位布置，對于750 kV電壓等級的配電裝置，其占地、母線構架用鋼量、導線選型等均會較采用支柱絕緣子過渡增加較大投資。因此，從經濟技術角度考慮采用支柱絕緣過渡為最佳選擇。

2 新型750 kV敞開式配電裝置布置方案

新型750 kV敞開式配電裝置主要思路是：不改變750 kV配電裝置電氣主接線，通過優化母線隔離開關布置型式，取消過渡支柱絕緣子，壓縮750 kV配電裝置橫向距離；同時積極采用新技術、新設備，將間隔內相鄰2組隔離開關用1組隔離開關組合電器代替，進一步縮短750 kV配電裝置的橫向距離。優化后的新型750 kV配電裝置既減少了主設備又壓縮了配電裝置占地面積，最終達到降低工程總投資的目的。

2.1 新型750 kV敞開式配電裝置布置方案優化要點

2.1.1 優化750 kV配電裝置間隔內母線隔離開關布置型式

2.1.1.1 總體方案

常規敞開式布置方案中母線隔離開關為雙柱水平旋轉隔離開關，布置在母線外側，一相母線隔離開關與邊相母線直接連接，另兩相遠離母線，需要通過支柱絕緣子過渡才能與對應相的母線連接。母線隔離開關的布置位置是制約750 kV配電裝置橫向尺寸的關鍵因素。母線隔離開關在750 kV配電裝置間隔內一端與邊斷路器連接，一端與母線連接。常規設計方案中，母線側隔離開關布置方向垂直于母線，通過導線與母線連接。如果隔離開關布置在母線下側或內側，隔離開關接線端子將無法與母線連接。

以常規750 kV配電裝置平面布置圖中半個間隔為例，對于750 kVⅠ母線，與邊相母線連接的隔離開關為A相，如果能實現A相隔離開關與A相母線采用其它方式連接，B、C相隔離開關就可以向母線下方推進。750 kV配電裝置母線通過母線跳線將各間隔母線連在一起，如果A相隔離開關能與A相母線跳線連接，進而可以實現與A相母線連接。基于此，將 A相母線隔離開關調整位置布置，然后旋轉，旋轉角度為使其與母線連接的接線端子位于本間隔A相母線跳線懸垂串下方，隔離開關接線端子可以和懸垂串引下線垂直連接，就可以實現A相隔離開關與A相母線的連接。

A相隔離開關改變布置位置并旋轉，解決了A相母線隔離開關只能布置在母線外側才能與A相母線連接的制約因素，對于B、C相，就可以將B、C相母線隔離開關向B、C相母線下方推進，推進后，B、C相隔離開關與B、C相母線距離縮短，與母線可以直接連接，不需要支柱絕緣子過渡，因此，可以取消常規方案中B、C相母線過渡用750kV支柱絕緣子，同時本間隔內其它設備可以隨著母線隔離開關的調整向母線側推進。

優化后750 kV配電裝置間隔局部平斷面圖如圖4、圖5、圖6所示，圖中主設備圖例和序號代表的設備同圖2、圖3。

圖4 優化后750 kV配電裝置間隔局部平面布置圖

圖5 優化后750 kV配電裝置間隔局部Ⅰ-Ⅰ斷面圖

圖6 優化后750 kV配電裝置間隔局部Ⅱ-Ⅱ斷面圖

2.1.1.2 具體方案

1) A相母線隔離開關布置位置及旋轉角度：

a.根據不同相相間距要求，A相母線隔離開關旋轉后刀閘打開后方向與B、C相隔離開關刀閘合上后方向一致；

b.根據隔離開關接線端子受力因素要求，A相母線隔離開關旋轉后，一側接線端子與A相邊斷路器需在一條中心線上，距離滿足接線端子耐受拉力不大于3 000 N要求，一般可取4.5 m左右；

c.為保證A相隔離開關接線端子能直接與A相母線跳線懸垂串引下線垂直連接，旋轉角度需滿足旋轉后接線端子位于A相母線跳線懸垂串正下方，可以直接與A相母線跳線懸垂串垂直連接，盡量減少端子其它方向受力。

根據以上三點因素控制，可以確定旋轉A相母線隔離開關布置位置和旋轉角度為：設備中心縱向距母線構架中心線約5.3 m，橫向距A相母線約2.5 m(如圖4所示)，逆時針旋轉700(不同廠家產品，距離和角度略有不同)。

2)B、C相母線隔離開關向母線側推進距離：

A相母線隔離開關定位及旋轉后，B、C相母線隔離開關可以向B、C相母線推進。經校驗，B、C相母線隔離開關可以向母線側推進最遠距離約8 m，推進最遠距離按照B相隔離開關接線端子與B相母線垂直連接，同時C相隔離開關接線端子與C相母線不需要支柱絕緣子過渡可以直接連接確定。

由上述可以看出，采用優化方案，較常規750 kV敞開式配電裝置，半個間隔橫向距離可以壓縮約8 m，同時可以節省3只750 kV支柱絕緣子設備；一個完整間隔橫向距離可壓縮約16 m，節省6只750 kV支柱絕緣子設備。

2.1.2 充分運用新技術、新設備，優化隔離開關設備選型

常規750 kV敞開式配電裝置間隔中有2組獨立的750 kV三柱水平旋轉隔離開關相鄰布置(如圖2、圖3所示)，目前750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器已經在工程中使用，具有占地面積少，減少站內開關類型等明顯優點，國內外幾大開關生產廠家均具備生產供貨能力，且工程實際中已有成熟的運行經驗。新型敞開式750 kV配電裝置優化隔離開關設備選型就是將間隔內相鄰2組750 kV三柱水平旋轉隔離開關靜觸頭合并，用1組750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器代替，2組750 kV三柱水平旋轉隔離開關和1組750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器設備外形及動、靜觸頭間距如圖7所示。

圖7 2組三柱水平旋轉隔離開關和1組五柱水平旋轉隔離開關組合電器外形

由圖7可以看出，1組750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器較2組750 kV三柱水平旋轉隔離開關設備外形高度一致，橫向距離減少2.1 m，在不改變隔離開關與兩側斷路器間距情況下，進一步可以壓縮750 kV配電裝置間隔橫向距離2.1 m，工程實際按2 m考慮。

2.1.3 新型750 kV敞開式配電裝置布置方案

采用以上優化750 kV配電裝置間隔內母線隔離開關布置型式、優化隔離開關設備選型后，新型750 kV敞開式配電裝置布置較常規750 kV敞開式配電裝置布置不僅壓縮了間隔橫向距離，同時節約了母線過渡用支柱絕緣子設備。優化后新型750 kV敞開式配電裝置半個間隔平斷面如圖8、圖9所示。

圖8 新型750 kV敞開式配電裝置平面布置圖(半個間隔)

圖9 新型750 kV敞開式配電裝置斷面圖(半個間隔)

綜上所述，新型750 kV敞開式配電裝置較常規750 kV敞開式配電裝置半個間隔可由原來的107 m壓縮至97 m，減少配電裝置橫向距離10 m，節省3只750 kV支柱絕緣子設備；同時采用750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器后，間隔內設備布置緊湊、設備類型減少，避免了常規布置方案中隔離開關左、右接地等因素造成的隔離開關類型繁多的現狀。

對于另半個間隔，采用同樣方法，將C相母線隔離開關根據上述設計要點布置并旋轉，同樣B、A相母線隔離開關可以朝Ⅱ母線方向推進約8 m距離，串中相鄰2組750 kV三柱隔離開關用1組750 kV五柱隔離開關組合電器代替，另半個間隔同樣壓縮橫向距離10 m，節省3只750 kV支柱絕緣子設備。

因此，750 kV敞開式配電裝置采用新型布置方案后，較常規750 kV敞開式配電裝置布置方案，一個完整串間隔可以壓縮橫向距離20 m，節省6只750 kV支柱絕緣子，同時由于橫向距離減少，750 kV配電裝置3排構架跨線變短，跨線對構架拉力減少，可減少750 kV構架用鋼量。

2.2 新型750 kV敞開式配電裝置布置方案注意問題

常規750 kV敞開式配電裝置母線一般裝設1組三相母線避雷器和1只單相(一般為C相)母線電壓互感器。常規母線避雷器和電壓互感器布置在母線跳線懸垂串下方。采用新型布置方案后，對母線避雷器和電壓互感器布置位置需特殊處理。

2.2.1 母線避雷器布置

同樣以半個間隔為例，對Ⅰ母線，旋轉后的A相母線隔離開關接線端子占據了A相母線避雷器位置，可將母線三相避雷器布置在母線端部間隔，A相避雷器布置在母線端部構架外側，A相避雷器與旋轉后的與A相母線隔離開關連接后再與跳線懸垂串連接，B、C相可以同常規方案布置在母線端部構架下方，與母線跳線直接連接。圖10、圖11為新型750 kV敞開式配電裝置平面布置圖(半個間隔)中Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ斷面圖。

圖10 新型750 kV敞開式配電裝置平面布置Ⅲ-Ⅲ斷面圖(A相母線避雷器布置在母線端部構架外側)

圖11 新型750 kV敞開式配電裝置平面布置Ⅳ-Ⅳ斷面圖(B、C相母線避雷器布置在母線端部構架下方)

2.2.2 母線電壓互感器布置

750 kV敞開式配電裝置母線裝設1只單相(一般為C相)母線電壓互感器，根據DL/T 5218—2012《220 kV～750 kV 變電站設計技術規程》[3]規定，750kV進出線相序定義為面對主變壓器高壓側，從左至右為A、B、C，由于敞開式配電裝置主變壓器構架與750 kV母線垂直布置，因此，對于750 kV敞開式配電裝置Ⅰ、Ⅱ母線，母線相序從左向右均為A、B、C。對于Ⅰ母線，母線750 kV電壓互感器布置在C相母線跳線下方，測量電壓為Ⅰ母C相母線電壓；而對于Ⅱ母線，由于母線相序同Ⅰ母從左至右為A、B、C ，C相隔離開關成為旋轉相，母線電壓互感器只能布置在Ⅱ母A相母線跳線下方，測量電壓為Ⅱ母A相母線電壓。由于母線電壓互感器主要功能為測量母線電壓、母線頻率以及和出線的同期性，不同相的母線電壓電壓和頻率不影響控制保護要求，對于同期性，由于A相和C相相位相差1 200，需要調整測量同期裝置后臺軟件或改變同期接線相位，使其輸出為相差1 200相位的電壓，可滿足測量同期性要求。

2.2.3 斜置后的隔離開關注意問題

由于母線隔離開關斜置后，一側接線端子位于母線邊相導線跳線正下方，邊相導線跳線及接線端子距母線構架柱均滿足電氣距離，但是由于隔離開關接線端子裝設均壓環，因此需嚴格校驗均壓環距母線構架柱電氣距離，必要時可拉開構架柱，適當加寬母線梁寬度。

750 kV隔離開關為分相操作，母線隔離開關斜置后不影響三相隔離開關分相操作，但需注意斜置后隔離開關和另兩相不在一條中心線上，需設專用電纜支溝至隔離開關本體機構箱，將斜置隔離開關電纜引至主電纜溝。

綜上所述，新型750 kV敞開式配電裝置布置方案雖然在母線隔離開關、母線避雷器、母線電壓互感器布置型式上沒有做到完全統一、規整，但該方案對于減少750 kV敞開式配電裝置橫向距離、減少設備數量、降低構架用鋼量等方面效果顯著，可作為一種新型750 kV敞開式配電裝置設計方案在土地資源緊缺、征地困難、節約工程投資的750 kV敞開式變電站中應用。

3 新型與常規750 kV敞開式配電裝置技術經濟對比

以國家電網公司《35 kV～750 kV變電站通用設計》(2017版)[1]750-D-1方案為例，該方案750k配電裝置11回出線3回主變進線，共組成7個完整串。采用新型750 kV敞開式配電裝置布置方案優化后，750 kV配電裝置較常規布置方案橫向距離壓縮20 m，在縱向距離(間隔寬度)不變的前提下，節約占地面積共6 260 m2，7個完整串共節省750 kV支柱絕緣子42只，節省750 kV配電裝置用鋼量162.3 t，大大降低了整個工程投資。

新型750 kV敞開式配電裝置與常規750 kV敞開式配電裝置布置主要技術經濟對比見表1所列。

表1 新型與常規750 kV敞開式配電裝置布置主要技術經濟對比

通過表1比較可以看出，新型750 kV敞開式布置方案較常規750 kV敞開式布置方案有以下特點：

1)一個完整串可節約6只750 kV支柱絕緣子，7個完整串可節約42只750 kV支柱絕緣子，節約設備費約420萬元；一個完整串4組750 kV三柱水平旋轉隔離開關可用2組750 kV五柱水平旋轉隔離開關組合電器代替，一個完整串可節約140萬元，7個完整串可節約設備費約980萬元，共計節約設備費約1 400萬元。

3)一個完整串橫向距離壓縮后，7個完整串可節約750kV構架用鋼量162 t。

4)一個完整串橫向距離可壓縮20 m，壓縮面積290 m2，7個完整串整個750 kV配電裝置共計壓縮占地面積6 260 m2。

4 結語

本文在分析常規750 kV敞開式配電裝置布置的基礎上，提出了一種新型750 kV敞開式配電裝置布置方案，具有符合接線型式、節約設備、節省用鋼量、減少占地、節約工程投資等優點，并針對新型750 kV敞開式配電裝置布置特點，提出了設計中需注意的問題。

以國家電網公司《35 kV～750 kV變電站通用設計》(2017版)[1]750-D-1方案為例，采用新型敞開式750 kV配電裝置布置方案后，750 kV配電裝置節約設備費用共計1 400萬元，節省750 kV 配電裝置用鋼量約162 t，壓縮750 kV配電裝置占地約6 260 m2。該新型750 kV敞開式配電裝置布置方案解決了敞開式750 kV變電站工程站址選擇困難、征地拆遷費用高、土地資源利用率低等難題，為后續敞開式750 kV變電站降低工程投資、最大限度地節約土地，提高土地的利用率提供借鑒和參考。