500kV变电站配电装置选型及总平面布置优化

500kV变电站配电装置选型及总平面布置优化第I页摘要主要研究内容：（1）根据本站系统规模、电气接线、结合进出线方向，用地指标，对各电压等级配电装置进行优化。（2）通过对不同设备布置方案技术经济比较，确定本站的总平面方案。研究方法：根据DL/T5218-2012《220kV～750kV变电站设计技术规程》，结合其他500kV变电站工程的设计经验及运行情况，对电气总平面布置方案进行优化研究。输入条件：电气主接线、各级电压线路出线方向、各电压等级配电装置布置型式，用地指标。主要结论及建议：（1）变电站500kV配电装置采用GIS。500kV进出线避雷器、CVT采用AIS。220kV配电装置采用GIS，进出线避雷器、出线CVT采用AIS。35kV配电装置采用“AIS+组合框架式电容器组+干式空心电抗器组”布置方案。（2）变电站形成了由东向西依次为500kV配电装置、主变压器及无功补偿装置、220kV配电装置的三列式布置格局。（3）500kV配电装置做了如下优化：a）参考通用设计，并作出相应优化，出线间隔宽度由26m优化为25m，构架高度24m，将母线高抗由配电装置南端移至#2、#3主变进线套管之间，降低配电装置横向占地面积；b）参照通用设计，对500kV高抗区域纵向尺寸进行优化，同时压第II页缩母线高抗区域纵向尺寸；c）优化500kV配电装置尺寸，优化后500kVGIS配电装置区纵向尺寸为48.5m(道路中心线)，配电装置区宽度为224m(道路中心线)。优化后500kV配电装置区总面积1.086hm2，较可研1.218hm2减少0.132hm2，占地面积为可研方案89.16%。（4）220kV配电装置做了如下优化：a）经与设备厂家调研，结合平面布置，220kVGIS设备进出线套管之间距离为11m；b）经计算，220kV配电装置高层出线跨线相间距离要求最小值为3.268m,对于本工程相间距离可取3.5m，出线跨线相地距离要求最小值为2.231m，对于本工程相间距离可取2.5m，考虑出线设备带点距离及检修等问题，间隔宽度最终推荐为12m；c）取消220kV配电装置主变进线架构，减小配电装置区域纵向尺寸，将220kV避雷器由主变侧移至220kVGIS主变进线侧，220kV配电装置区域纵向尺寸为25m，小于通用设计26m纵向尺寸。优化后，220kV配电装置区域占地面积0.485hm2，较可研0.504hm2压缩0.019hm2，占地面积为可研方案96.15%。（5）对主变及无功补偿区域进行如下优化:a）每两组主变构架组成六连跨，以压缩主变区域横向尺寸；b）220kV避雷器安装在220kVGIS主变进线侧，在满足电气距离校验要求的前提下，压缩主变汇流母线与主变防火墙、主变汇流母线与35kV配电装置母线的距离；优化后，主变无功补偿区域占地面积1.299hm2，较可研1.341hm2压缩0.55hm2，占地面积为可研方案96.88%。（6）结合出线方向、电气接线配串、用地指标及各级电压的配电装置型式，最终确定全站总平面方案。该方案全站总面积为3.14hm2，较可第III页研的3.41hm2减少了0.27hm2，占地面积为可研方案92.08%。第i页目录1前言..................................................12工程概况................................................12.1工程规模.............................................12.2系统规划.............................................23500KV配电装置的优化.....................................23.1500KV电气接线及配电装置优化..........................23.2小结..................................................74220KV配电装置布置优化...................................74.1GIS设备尺寸的确定....................................84.2220KV配电装置间隔尺寸优化............................94.3小结................................................165主变无功配电装置的优化..................................165.1主变布置优化........................................165.235KV配电装置布置优化................................175.3小结................................................176电气总平面方案.........................................186.1电气总平面初步规划..................................186.2电气总平面方案分析..................................187结论.................................................20第1页1前言土地资源属于不可再生资源，随着社会经济的快速持续发展，变电站的选址与城乡规划、国土资源部门的矛盾日益突出。根据可研报告，500kV变电站推荐站址所在地土地为一般农田，本着节约用地的原则，优化电气总平面布置，尽量减少占地是500kV变电站面临的一个重要课题。优化电气总平面布置，可以压缩占地面积，提高围墙内的用地系数，减少土建投资和占地面积，节约宝贵国土资源；也可以有效缩短设备连线、电缆、电缆沟、所内管道、道路等长度，提高全寿命周期经济效益。本专题在以往500kV变电站工程建设和科研成果的基础上，结合“三通一标”、“两型一化”的要求，强化全寿命周期管理理念，通过多方案甄选，确定配电装置及电气总平面布置的最优方案，使工程设计符合安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好的技术原则。2工程概况2.1工程规模根据国家电网公司招标文件，500kV变电站建设规模见下表(表2.1-1)：表2.1-1500kV变电站建设规模一览表序号名称本期新建远期1主变压器容量及数量2×1000MVA4×1000MVA2500kV出线回路数2回8回其中：至保沧2回2回至北京西2回备用4回3220kV出线回路数6回16回其中：雄州1回1回容城2回2回张丰2回2回孙村1回1回第2页备用10回4无功补偿装置其中：35kV并联电抗器2×1×60MVar4×2×60MVar35kV并联电容器2×2×60MVar4×2×60MVar2.2系统规划变电站远期规划500kV出线8回，其中：保沧2回、备用（北京西）2回、备用4回，图2.2-1为远期变电站500kV出线总体规划示意图。本期500kV出线2回，即保沧I、II回。图2.2-1变电站500kV出线规划220kV变电站220kV远景主变进线4回，出线16回，其中：至容城2回、张丰2回、雄州2回、孙村1回、傅村2回、定兴南2回、西北方向备用2回、西南方向备用3回。3500kV配电装置的优化3.1500kV电气接线及配电装置优化3.1.1500kV电气接线本工程500kV采用3／2断路器接线，500kV本期出线2回，主变进线2回，组成1个完整串、2个不完整串。远景出线8回，主变进第3页线4回，组成6个完整串。3.1.2500kV出线间隔宽度的优化对于GIS配电装置，出线间隔宽度由串内的设备、出线相间距离和跳线、引下线对边柱距离等来确定。本次结合不同工况下的电气距离计算，对间隔的宽度进行优化。3.1.2.1间隔宽度优化原始数据根据配电装置布置形式，出线梁高度26m，地线挂点34m，构架边柱宽度480mm。采用2×JLHN58K-1600耐热铝合金导线，分裂间距400mm。跳线设置中间悬垂绝缘子串33(XWP2-160)。在以下的校验中，以校验条件较苛刻的无中间悬垂绝缘子串为代表。计算工况为：工况1—外过电压和10m/s风速；工况2—内过电压和15m/s风速(50%最大风速)；工况3—最大工作电压和30m/s风速(最大风速)或最大工作电压、短路和10m/s风速。各工况下，要求的最小电气距离如下表所列。表3.1-1各工况下的最小电气距离(m)工况1工况2工况3相地A13.23.51.6相间A23.64.32.43.1.2.2出线跳线相间距离校验计算模型见下图。图中a1为绝缘子串的风偏摇摆角；a0为导线的风偏摇摆角；fj为绝缘子串悬挂点至端部的垂直距离；λ为绝缘子串的长度；d为导线的分列间距；r为导线半径；φ为绝缘子串的倾斜角。第4页图3.1-1500kV跳线相间距离校验计算模型跳线各种工况计算结果如下表所列。表3.1-2跳线各工况计算结果工况编号a1(rad)a0(rad)xj(m)yj(m)D2(m)10.0280.0290.1830.0944.300*20.0640.0740.4120.2415.30630.2220.2731.4500.9156.631注：*计算值小于屋外配电装置的安全净距A2。最大工作电压、短路和10m/s风偏下对空间的要求比前3种工况更小，不作为控制条件。综合上表的计算结果可见，500kV出线间隔相间距离可优化为7m。3.1.2.3出线边相跳线的距离校验计算时，出线偏角按10°考虑。跳线加装了悬垂绝缘子串。绝缘子串长度λ取6.5m。出线构架的整体设置及计算模型见下图。图中d为导线的分列间距；r为导线半径；b为构架柱直径。第5页图3.1-2500kV跳线对边柱校验计算模型构架对出线边相跳线各种工况计算结果如下表所列。表3.1-3跳线各工况计算结果工况编号a0(rad)D1(m)10.0293.96820.0744.64330.2734.289最大工作电压、短路和10m/s风偏下对空间的要求比前3种工况更小，不作为控制条件。由上表的计算结果可见，要求的距离最大值为4.643m，因此，考虑一定裕度及安装爬梯的需要，500kV出线间隔边相到构架距离可优化为5.5m。3.1.2.4出线间隔宽度的优化由以上计算结果可见，500kV出线间隔相间距离可优化为7m，边相到构架距离可优化为5.5m，因此出线间隔宽度可优化为5.5×2+7×2=25m。第6页3.1.3500kV配电装置优化根据可研评审意见，结合站址条件，本着节约用地原则，500kV设备按户外GIS方案选择，进出线CVT、避雷器采用AIS，设计原则参照《国家电网公司输变电工程通用设计》500-A-3方案。500kVGIS采用一字型布置方案，线路及主变侧的避雷器和CVT采用AIS，配电装置南北向一列式布置。可研和优化后的500kV配电装置平面图如图3.1-3(a)、(b)所示：图3.1-3(a)可研500kV配电装置电气平面布置图3.1-3(b)优化后500kV配电装置电气平面布置图综合考虑对各厂家GIS设备的适应性，优化后GIS进出线套管间距取18m。将500kV母线高抗由配电装置右端移至#2、#3号主变进线套管之间，从而降低配电装置横向尺寸，考虑500kV母线高抗设备的电气距离校验，500kV配电装置纵向尺寸确定为48.5m（道路中心线）。将500kV出线构架宽度优化为25m，结合550kVGIS设备的横向尺寸，500kV出线构架仍然为500kV配电装置宽度的限制尺寸，500kV配第7页电装置区横向尺寸确定为224m（道路中心线）。500kV配电装置区设置环形道路。其断面如图3.1-4所示。图3.1-4500kV配电装置GIS方案断面图(本期)500kVGIS配电装置区环形路中心线纵向间