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(wǎng)建設的高速發(fā)展，超高壓變電站規(guī)模越來越大，采用常規(guī)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(qū)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(wǎng)建設必須面對的課題。就西北地區(qū)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(wǎng)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(guī)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(shù)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(xié)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(jié)約土地和提高土地利用率，同時減少設備數(shù)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(guī)750kV敞開式配電裝置布置方案

1.1 常規(guī)750 kV敞開式配電裝置主接線

常規(guī)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(wǎng)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(guī)750 kV敞開式配電裝置布置方案

常規(guī)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(lián)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(guī)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(guī)750 kV敞開式配電裝置平面布置圖(半個間隔)

圖3 常規(guī)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(guī)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(xiàn)進出線正?；蛲顺鲞\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(xiàn)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(jīng)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(yōu)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(yōu)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(yōu)化要點

2.1.1 優(yōu)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(guī)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(guī)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(guī)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(xiàn)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(xiàn)與A相母線連接?；诖耍瑢?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(xiàn)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(guī)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(yōu)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(yōu)化后750 kV配電裝置間隔局部平面布置圖

圖5 優(yōu)化后750 kV配電裝置間隔局部Ⅰ-Ⅰ斷面圖

圖6 優(yōu)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(jù)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(jù)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(jù)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(chǎn)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(jīng)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(yōu)化方案，較常規(guī)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(jié)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(jié)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(yōu)化隔離開關設備選型

常規(guī)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(jīng)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(yōu)點，國內外幾大開關生產(chǎn)廠家均具備生產(chǎn)供貨能力，且工程實際中已有成熟的運行經(jīng)驗。新型敞開式750 kV配電裝置優(yōu)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(yōu)化750 kV配電裝置間隔內母線隔離開關布置型式、優(yōu)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(guī)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(jié)約了母線過渡用支柱絕緣子設備。優(yōu)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(guī)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(jié)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(guī)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(xiàn)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(jù)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(jié)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(guī)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(jié)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(guī)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(guī)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(jù)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(guī)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(jù)DL/T 5218—2012《220 kV～750 kV 變電站設計技術規(guī)程》[3]規(guī)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(huán)，因此需嚴格校驗均壓環(huán)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(tǒng)一、規(guī)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(shù)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(jié)約工程投資的750 kV敞開式變電站中應用。

3 新型與常規(guī)750 kV敞開式配電裝置技術經(jīng)濟對比

以國家電網(wǎng)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(yōu)化后，750 kV配電裝置較常規(guī)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(jié)約占地面積共6 260 m2，7個完整串共節(jié)省750 kV支柱絕緣子42只，節(jié)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(guī)750 kV敞開式配電裝置布置主要技術經(jīng)濟對比見表1所列。

表1 新型與常規(guī)750 kV敞開式配電裝置布置主要技術經(jīng)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(guī)750 kV敞開式布置方案有以下特點：

1)一個完整串可節(jié)約6只750 kV支柱絕緣子，7個完整串可節(jié)約42只750 kV支柱絕緣子，節(jié)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(jié)約140萬元，7個完整串可節(jié)約設備費約980萬元，共計節(jié)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(jié)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(guī)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(jié)約設備、節(jié)省用鋼量、減少占地、節(jié)約工程投資等優(yōu)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(wǎng)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(jié)約設備費用共計1 400萬元，節(jié)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(xù)敞開式750 kV變電站降低工程投資、最大限度地節(jié)約土地，提高土地的利用率提供借鑒和參考。