皖南特高压变电站1000kVGIS布置型式研究

1、第 36卷 第 7期 2008年 7 月 Vol . 36 No . 7 Jul . 2008皖南特高压变电站 1000kV G I S 布置型式研究陈海焱 1, 樊 玥 2, 陈宏明 2(1. 中国电力工程顾问集团公司 , 北京 100011; 2. 中南电力设计院 , 湖北 武汉 430071摘 要 :对皖南特高压变电站工程采用的 12断路器主接线中 GI S 的 3大类常见布置型式进行了分析和研 究 , 并结合 1000k V 皖南特高压变电站工程的建设规模 、 进出线方向和检修维护等方面的要求 , 提出了该工 程 1000k V GI S 布置的 4种方案 , 并对这 4种方案进行了详

2、细的技术和经济比较 , 最后给出了推荐方案 。 关键词 :特高压变电站 ; 气体绝缘金属封闭开关设备 ; 配电装置作者简介 :陈海焱 (19792 , 男 , 博士 , 主要从事电力系统规划设计工作 。中图分类号 :T M595 文献标识码 :A 文章编号 :100129529(2008 07200592051000kV G I S l ayout types for UHV sCHEN Hai 2yan 1, FAN ing 2(1. China Power oup 100011, China;2. Central I nstitute, W uhan 430071, China GI ar

3、e analyzed, and the f our layout types of 1000k V GI S in s outhern Anhui p r r oposed according t o the require ments of constructi on scale, directi ons of the incom ing and and repair and maintenance . The f our sche mes are compared in the technical and econom ic as 2 pects, and the op ti m al s

4、che me is reco mmended .Key words:UHV substati on; GI S; distributi on device 随着土地资源的逐渐减少 、 环境污染的日益 加重以及电力科学技术的不断进步 , 具有占地面 积小 、 可靠性高 、 安装便捷 、 维护方便等优点的气 体绝缘金属封闭开关设备 (以下简称 GI S 变电站 在我国电力工程中应用越来越广泛 。自 20世纪 60年代问世以来 , GI S 在电力系 统输变电工程中发展迅速 124, 起初它主要用于 220kV 及以下电压等级的城区变电站 , 但是近年 来电力制造技术的进步以及国网公司在变电站建 设

5、过程中提出的“ 两型一化 ” 的要求推动了 GI S 变电站朝 500k V 、 750kV 、 1000k V 等超高压和特 高压方向的发展 527。1000k V 特高压变电站是目前国内正在建设 中的电压等级最高的变电站 , 为节省占地面积 , 采 取的主要措施之一是在 1000k V 配电装置区域 采用 GI S 或 HGI S 。根据前期研究成果以及可研审查意见 , 特高 压东线项目中的皖南特高压变电站工程确定采用 1000k V GI S, 如何确定 1000kV GI S 的布置型式 是本工程的关键课题之一 。我国地域辽阔 , 各地地理环境差别较大 , 经济 发展又不平衡 , 10

6、00kV GI S 的布置型式较多 , 其 选型很难采用统一的模式 , 必须结合实际工程的 特点进行合理选择 。1 G I S 布置型式分析根据可研评审意见 , 皖南特高压变电站工程 采用 12断路器主接线 。对于 GI S 而言 , 1 2断 路器接线的典型布置方案有三列式布置 、 一字型 布置和单列式布置等 3大类布置型式 8, 其中单 列式布置又分为横连线单列式布置 、 常规斜连线 单列式布置 、 高式斜连线单列式布置和分相单列 式布置等 4种子类型 。1. 1 三列式布置三列式布置是 12断路器接线敞开式 (A I S 配电装置中最典型的 1种布置型式 。优点 :对主接线的模拟性强 ,

7、 便于生产运行 ; 整个配电装置的纵向尺寸较大 , 而横向尺寸相对 60(总 8062008, 36(7 较小 ; 适宜向两侧出线 。 缺点 :(1 横向尺寸小 , 为适应 1000kV 出 线间隔宽度的要求 , 需要拉长串间距离 , 从而增加 了主母线的长度 , 同时也增加了占地面积 ; (2 适 宜向两侧出线 , 不便于交叉接线 , 如果要交叉接线 需多占间隔 ; (3 虽然配电装置的纵向尺寸较大 , 但是与主变压器区域的宽度相差较大 , 不便于垂 直进线的布置方式 , 宜采用平行进线方式来满足 总平面布局要求 。经过与线路专业的研究配合 , 本工程 1000k V 出线可单侧出线 , 且

8、主变进线与出线也可平行 布置 , 鉴于缺点 (1 , 即本工程若采用三列式布置 , 纵向尺寸将增大 , 同时因为 1000k V 出线间 隔宽度的要求限制了横向尺寸的减小 , 导致主母 线长度增加和占地面积增加 , 从而造成了资源的 极大浪费 。事实上 , 对任意 1000k V , 三列式布置的缺点 ( 1k V GI S , 方式 。 1. 2 一字型布置一字型布置方式是纵向尺寸最小的一种配电 装置型式 。优点 :纵向尺寸最小 , 交叉接线 、 进出线方向 灵活 , 横向长度与主变压器区域的宽度尺寸相匹 配 。缺点 :主母线较长 , 横向尺寸长 , 串间设备不 清晰 , 检修较为不便 。根

9、据断路器与主母线的相对位置不同 , 一字 型布置又包括下 3种方案 。 (1 断路器靠近出线侧 , 主母线靠近主变侧 此方案断路器靠近出线侧布置 , 母线靠近主 变侧布置 , 布置示意见图 1。该方案 1000kV 出线母线与主母线没有交 叉 , 且出线的分支母线长度相对较短 , 可节省设备 投资 。 一般来说 , 如果出线数多于进线数 , 主母线 靠近进线侧有利于减少分支管母的长度 , 反之亦 然 。利用主变运输道路及主变进线构架至 1000k V GI S 之间的空间可以完成设备的运输及安装 检修 , 但是在安装检修时 GI S 的吊装必须跨过主 母线 , 吊车的作业半径较大 , 因此必须

10、使用大吨位的吊车才能满足要求。图 1 方案 (1 布置示意图(2 断路器靠近主变侧 , 主母线靠近出线侧此方案断路器靠近主变侧布置 , 母线靠近出线侧布置 。该方案 1000kV 叉 , , 设备投资相 , 因 , 使用相对较小吨位 。(3 主母线布置在断路器两侧 此方案将 2组主母线分开布置 , 一组靠近出 线侧 , 另一组靠近主变侧 , 断路器则布置在 2组母 线之间 , 其布置见图 2。该方案部分 1000k V 出线分支母线与主母 线有交叉 , 且出线的分支母线长度介于一字型布 置的方案 (1 和 (2 之间 。由于 2组主母线上接 有母线设备 (避雷器和电压互感器 , 当母线分开 布

11、置时其纵向尺寸相比方案 (1 和 (2 较大 。利用主变运输道路及主变进线架构至 1000k V GI S 之间的空间可以完成设备的运输及安装 ,但是在安装时 GI S 的吊装仍需跨过 1组主母线 , 吊车的作业半径相对也较大。图 2 方案 3布置示意图1. 3 单列式布置(1 横连线单列式布置横连线单列式布置也称典型接线单列式布 置 , 见图 3, 由此可见 , 该布置方式不易于实现交 叉接线 , 出线方向不够灵活 , 适宜于向两侧出线和 适应进出线数量相当的接线形式 。 陈海焱 , 等 皖南特高压变电站 1000k V GI S 布置型式研究 61(总 807 图 3 横连线单列式布置示意

12、图(2 常规斜连线单列式布置常规斜连线单列式布置是在横连线单列式布置基础上发展而来的 , 见图 4, 由此可见 , 该布置方式易于实现交叉接线 , 出线方向灵活 , 但断路器间的分支母线较长 , 设备造价增加 。(3高式斜连线单列式布置是在常规斜连线单列式布置基础上演变而来的 , 见图 5, 由此可见 , 该布置的特点与常规斜连线单列式布置相同 , 易于实现交叉接线 , 出线方向灵活 , 但断路器间的分支母线较长 , 设备造价增加 。与常规斜连线单列式布置不同之处在于断路器的斜连分支母线采用高式布置 , 斜连分支母线不占横向空间 , 因此 , 该布置方式的横向尺寸较常规斜连线单列式布置的横向尺

13、寸小 ; 但是整个GI S 较高 , 检修维护不方便 , 当拆除设备时还需要拆除部分斜连分支母线 。图 5 高式斜连线单列式布置示意图(4 分相单列式布置分相单列式布置是由中南电力设计院付果荣教授级高工提出的 , 见图 6 。图 6 分相单列式布置示意图该布置方案将接线中每串 3组开关设备按 A 、 B 、 C 三相分别先串接为 1小组 , 然后将 3小组 按 A 、 B 、 C 三相平行 (单列 布置 , 这样就可在不 采用分支母线的情况下 , 三相引出套管直接置于 GI S 上 。 ,GI S 布置中:(1 引出套管直接置于 GI S 本体上 , 省去了大量分支母线 , 节省了投资 , 减

14、少 了故障机率 , 也使平面布置更为清晰 、 美观 ; (2 将出线门型构架 (进出线共用 布置在 GI S 中轴 线上 , 有利于进出线共用 , 节省占地 , 也更便于吊 车作业 。 该方案同串中 3台开关设备的连接方式 采用横连式 , 虽然缩短了连接母线管的长度 , 但是 不易于实现交叉接线 , 出线方向不够灵活 , 适宜于 向两侧出线和适应进出线数量相当的接线形式 。 2 G I S 布置方案的技术经济比较由于本工程 1000k V 配电装置区域远期出 线 8回 , 进线 3回 , 进出线数量相差较大 , 根据上 述分析研究可知三列式布置 、 横连线单列式布置 和分相单列式布置不适合本工

15、程 。另外 , 由于常规斜连线单列式布置纵向距离 较长 , 占地面积较大 , 尤其是分支母线管很长 , 该 布置相比一字型布置和高式斜连线单列式布置在 技术指标和经济指标上均没有优势 。鉴于此 , 本 工程不适宜考虑 1000kV GI S 的常规斜连线单列 式布置型式 。2. 1 一字型方案 (1断路器靠近出线侧布置 , 2组主母线靠近主 变侧布置 , 进出线构架之间的纵向距离为 51m 。 因断路器布置在出线侧 , 故 1000kV 8回出线的 分支母线与 2组主母线均不交叉 , 远期主母线长 度约为 2130m , 分支母线长度约为 1090m 。62(总 8082008, 36(7 该

16、方案中断路器离主变运输主道路较远 , GI S 的吊装需跨越 2组主母线 , 故吊车吊装不方便 , 且 起吊吨位相对很大 。 考虑 GI S 断路器单元的重量 为 35t, 则本方案吊装时需要使用 300t 吊车 。GI S 的断路器机构箱至出线分支母线间留有足够的净空间 , 日常运行中维护工具的运输和工 作人员巡视较为方便 。2. 2 一字型方案 (2断路器靠近主变侧布置 , 2组主母线靠近出 线侧布置 , 进出线构架之间的纵向距离与方案一 相同 , 也为 51m 。因断路器布置在进线侧 , 故 1000k V 8回出线的分支母线与 2组主母线均要交叉 , 远期主母线长度约为 2130m ,

17、 分支母线长 度约为 1225m 。该方案中断路器靠近主变运输主道路 , GI S 的吊装不需跨越主母线 , 故吊车吊装方便 , 吨位相对较小 , 160t , , 求 。表 1 4种方案的技术经济比较方案项目 (1 (2 (3 (4 占地尺寸 /m51×46851×46857×46859×468面积 /%100100112116主母线长度 /m2130213021302180分支母线长度 /m 1090 1225 1211 1645总体布置断路 器 靠 近 出 线 侧 布置 , 母线靠近主变侧布 置 , 进出线构架纵向距 离为 51m, 远期 8回出

18、线的分支母线与 2组主 母线没有交叉断路 器 靠 近 主 变 侧 布 置 , 母线靠近出线侧布 置 , 进出线构架纵向距 离为 51m, 远期 8回出 线的分支母线与 2组主 母线均有交叉2组主母线分开 布置 , 断路器布置在 2组主母 线之间 , 进出线构架纵 向距离 57m, 远期 8回出线的分支母线与主母 线部分交叉2组主母线分 开布置 , 断路器布置在 2组主母 线之间 , 进出线构架纵 向距离 59m, 断路器间斜连分支母线高式布置 检修起吊较不方便 , GCB 单元吊 装需跨越 2组主母线 , 吊车 的 起 重 吨 位 很 大(300t 方便 , GCB 单元吊装不 需跨越主母线

19、, 吊车的 起重吨位较小 (160t 较不方便 , GCB 单元吊 装需跨越 1组主母线 , 吊车 的 起 重 吨 位 较 大 (200t 较不方便 , GCB 单元吊 装需跨越 1组主母线 , 吊车 的 起 重 吨 位 较 大(200t 运行维护满足要求 , 较方便满足要求 , 方便不方便不方便分支母线投资费用(按 10万元 /m估算 /万元 10900122501211016450每班吊车租赁费用 /万元422. 32. 32. 3 一字型方案 (32组主母线分开布置 , 断路器则布置在 2组主母线之间 , 进出线构架纵向距离 57m , 远期 8回出线的分支母线与主母线部分交叉 。 远期

20、主母 线长度约为 2130m , 分支母线长度约为 1211m 。该方案中断路器离主变运输主道路相对也较远 , GI S 的吊装需跨越 1组主母线 , 故吊车吊装较 不方便 , 且起吊吨位相对较大 , 吊装时需要 200t 的吊车才能满足要求 。 由于 GI S 的断路器两侧均 有主母线 , 日常运行中维护工具的运输和工作人 员巡视均不方便 。2. 4 高式斜连线单列式方案 (41000k V 构架之间的纵向距离为 59m , 该方案 2组主母线长度约为 2180m , 进出线分支母线 长度约为 1145m , 这与一字型布置方案大致相 当 , 但是断路器之间的连接分支母线长度约为 500m

21、, 全部分支母线总长度高达 1645m 。远 , GI S 的吊装需跨越 1故吊车吊装较 , , 200t 的吊车 。 。2. 5 4种方案的技术经济比较根据上述分析 , 从占地指标 、 母线长度 、 总体 布置 、 检修起吊 、 运行维护和分支母线投资费用等几个方面对方案 (1 (4 进行技术和经济比较 , 结果见表 1。需要说明的是 , 表 1中的分支母线长度是在 皖南 1000kV 特高压工程远期方案的基础上进 行计算的 。由表 1可见 , 方案 (1 在总体布置 、 分支母线 陈海焱 , 等 皖南特高压变电站 1000k V GI S 布置型式研究 63(总 809的投资费用方面要优于

22、方案 (2 , 方案 (2 的分支 母线投资费用比方案 (1 约高出了 1350万元 , 但 是方案 (2 在检修起吊和运行维护等方面比方案 (1 好 , 方案 (2 的吊车租赁费用比方案 (1 每个 台班约低 2万元 。 方案 (3 的分支母线投资费用 虽然介于方案 (1 和 (2 之间 , 但是由于方案 (3 进行日常的运行维护非常不方便 , 故一般不推荐 此方案 。方案 (4 是 500k V GI S 设备的一种典型布置 方式 , 虽然该布置的主母线长度与一字型布置差 不多 , 但是分支母线长度过长 , 其投资费用比一字 型布置方案高出了约 40005000万元 。 又由于 2组主母线

23、布置在断路器两侧 , 且断路器之间的 分支母线布置在断路器本体上方 , 给检修维护带 来困难 , 所以该布置方案也不适合本工程 。 通过以上的技术经济比较知 ,在投资方面较省 , 但是方案 (便 、(调研结果 , S 一个完整串约 3亿元 , 故本工程 1000kV GI S 推荐方案 (2 , 即 GI S 一字型布置 , 且断路器靠近主变侧布置 , 2组主母线靠近出线 侧布置 。3 结论本文结合 1000kV 皖南特高压变电站工程 的建设规模 、 进出线方向和检修维护等方面的要 求 , 提出了本工程 1000kV GI S 布置的 4种方案 , 经技术和经济比较后得出结论 :(1 一字型布

24、置的 3种方案在投资上相差不 大 , 而高式斜连线单列式布置方案的投资大大高 于一字型布置方案 。(2 一字型布置方案 (1 检修起吊不方便 , 运行维护较方便 ; 一字型布置方案 (2 检修起吊 方便 , 运行维护方便 ; 一字型布置方案 (3 检修起 吊较不方便 , 运行维护不方便 ; 方案 (4 检修起吊 较不方便 , 运行维护不方便 。(3 本工程 1000k V GI S 宜采用一字型布置 方案 (2 , 即断路器靠近主变侧布置 , 2组主母线 靠近出线侧布置 。参考文献 :1, . S 的近期发展动 J ., ( ., , 邱毓昌 , 等 . GI S 在快速暂态过电压下的 放电特性 J .电网技术 , 2000(9 .3康 宁 , 邹建华 , 杨兰均 , 等 . 三相同壳结构