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户外GIS变电站场地布置优化设计探讨
关键词:户外GIS;布置优化;垂直出线
GIS(gasinsulatedsubstation)是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称,与常规
设备AIS变电站相比,它将断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线等设备
及部件全部封闭在金属接地的外壳中,充以一定压力的SF6气体起到绝缘作
用。由于所有设备均封装于一体外壳内,GIS具有结构紧凑,占地面积小,可
靠性高,维护工作量小等优点,目前已广泛应用于各电压等级变电站,尤其是
城区变电站及对可靠性要求更高的变电站。
1、户外GIS传统布置方案
根据GIS布置场地的不同,GIS变电站分为户外GIS变电站及户内GIS变电
站。户外GIS变电站布置于户外露天场地,与其对应的出线方式一般为架空出
线。
以220kV配电装置为例,为了保证不同相间及相地间电气距离,常规设备AIS
变电站每个出线间隔宽度一般为12.5m~14m,而采用GIS设备后,间隔宽度只
需要3m即可,可大大减少占地面积。然而,由于户外GIS对应的架空出线在传
统方式下是通过出线构架A、B、C三相水平排列接入变电站,为了保证进站引
线的电气距离,出线构架仍然需要做到至少12m宽。以某220kV变电站为例,
该站主变3台,出线10回,采用双母线接线,包括母联间隔及两段母设间隔在
内,共有16个间隔。采用常规户外GIS布置方案时,配电装置场地平面如图1
所示。
图1.传统构架出线户外GIS平面布置图
根据上文所述,220kVGIS每个间隔宽度可做到3m,本站16个间隔,理论上横
向占地尺寸(16-1)×3=45m即可满足本身布置要求。从图1可见,为了满足
各条架空出线带电距离要求,10回出线共需要占据120m的横向长度。图中各
间隔间距非常大,整个GIS配电装置布置松散,未能发挥GIS设备布置紧凑,
占地面积小的优势。不难看出,限制整个配电装置场地大小的制约因素不再是
GIS配电装置本身,而是传统方式的三相水平排列出线构架尺寸。能否优化整
个GIS场地占地尺寸,关键是找到一种既能满足带电距离要求又不占用过多横
向尺寸的新型出线方式。
2、一种新型架空垂直出线方式
传统出线通过水平方向上拉大尺寸来达到带电距离的各项要求,该出线方式与
常规AIS变电站尺寸匹配合理。而采用GIS情况下,由于GIS本身尺寸可以非
常紧凑,此时不再适宜采用水平出线方式。这时可以考虑采用一种新型垂直出
线方式。
该方式将GIS出线套管由传统的横向水平布置改为垂直母线方向的纵向布置,
同时在站内设立多边形变截面钢管杆。钢管杆在线路工程已大量应用,技术成
熟可靠,占地面积小。进站引线由GIS套管出来直接上站内钢管杆,减去出线
构架环节。如图2和图3所示,该方式每两回出线共用一基钢管杆,为了方便
出线,钢管杆三相横担在平面方向上,错开一定角度(约45度),以方便导线
引下时水平方向上保证各相之间的带电距离要求。在垂直方向上,三相横担安
装在不同高度,以保证线路进线各相电气距离要求。若220kVGIS出线套管布置
相序为最外侧为A相,则终端杆A相横担布置在最下方9m高度,平面上向外偏
离母线方向;B相横担布置在中间14m高度,平面上与母线方向平行;C相横担
布置在上方19m高度,平面上向内偏向母线方向;最上方为地线横担,布置在
上方23m高度。这样各相引线互不交叉、互不影响。通过水平和垂直两个方向
将横担位置错开,可保证出线各相带电距离要求。
图2.垂直出线方式断面图
以220kVGIS垂直出线钢管杆为例,三相横担长度均为3.5m,同回路各横担挂
点水平方向上ABC三相相间距离3.5m,垂直方向三相横担高差各5m,经过相
间、相地、平行的不同时停电检修带电部分之间的电气距离校验,该出线方式
下,各相导线电气距离均能满足规范要求。若站外线路终端为同塔双回型式,
可以与站内钢管杆直接对接,若站外终端为单回水平方式,进站时可参考线路
工程两路单回塔并为一路双回塔型式进站。
图3.垂直出线方式效果图
在实际工程应用中,相关尺寸的确定要根据具体情况,考虑线路专业对出线距
离要求,进行各种工况下导线风摆的校验,以及临界电晕电压校验,以便确定
出线导线的挂点高度及位置,避雷线的高度及站外终端构架的型式。
同样出线规模下,采用垂直出线方式后的GIS场地平面布置如图4。该方式最
大优势是大大压缩了GIS配电装置的横向尺寸
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