110kVGIS母线优化布置方案分析

110kVGIS母线优化布置方案分析

吕阳伟高玉龙王明

（西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安710018）

摘要：在新建变电站工程中，110kV变电站由于设备制造水平提高，运行维护简便，一般不采用双母线接线设计，通常采用国家电网公司通用设计“110-A1-1”“110-A1-2”方案。该方案中，110kV主接线均为单母线分段接线，户外GIS。若与另外2个变电站进行双回架空线联络时，将不可避免出现架空出线交叉跨越的情况。

关键词：110kV；GIS母线；优化布置；方案

1普乐110kV输变电工程概况

1.1系统接入方案

本期规划从110kV乌杨变电站出线1回至普乐变电站（按照双回线路建设，单边挂线）；远期规划在忠县工业园区负荷容量发展后，进一步完善网络结构：根据忠县供电公司“十三五”规划，普乐110kV变电站110kV出线共4回，2回至220kV石马变电站，2回至110kV乌杨变电站。在110kV配电装置设计中，本期工程完善户外GIS单母分段接线，预留3个架空出线间隔及1个3号主变压器间隔。

1.2终期方案存在的问题及常规解决方案

在采用国网典型设计110-A1-1（2016年版）终期方案中，110kV普乐变电站主供电源来自220kV石马变电站，与110kV乌杨变电站双回线联络，将出现架空线路交叉跨越问题。常规解决方案为：在乌杨2间隔通过电缆入地，接入站外至乌杨1号塔，从而避免站外架空出线交叉跨越。

2GIS母线优化布置方案

2.1布置方案

2.1.1主接线优化布置

原方案采用国网通用设计110-A1-1（2016年版），110kV主接线形式为单母线分段接线，按终期4回出线依次排列，分别为乌杨1、石马1、石马2、乌杨2。本次优化方案主接线形式依然采用单母线分段接线，仅对母线进行折叠，变换出线间隔。

2.1.2GIS母线空间布置优化方案

原设计方案中110kVGIS主母线采用“一”字形横向排列，相应出线间隔依次排列，分别为乌杨1、石马1、石马2、乌杨2。采用该出线方案将出现石马1与乌杨2出线交叉跨越情况。优化方案中110kVGIS主母线采用空间折叠布置，相应出线间隔进行变换，出线间隔依次为乌杨1、乌杨2、石马1、石马2。通过上述方案的优化，在符合电气安全距离、运行维护要求的前提下，实现无交叉跨越双回线连接220kV石马变电站、110kV乌杨变电站。

2.2优化设计方案特点

本文所述优化布置方案，只适用单母线分段接线的户外110kVGIS方案。

2.2.1保留单母线分段接线的设计优点

普乐变电站110kV接线方式采用单母线分段接线，这种接线方式简单可靠、运行方便。但是为了保证运行方式的可靠性，主供电源双回线路应分别接于Ⅰ、Ⅱ段母线，备用电源点双回出线也分别位于Ⅱ段母线上。通过分析比较原有设计方案，110kV出线将出现交叉跨越现象，常规方法需采用电缆出线方案解决。优化方案根据GIS母线全封闭绝缘的特点，将其Ⅰ、Ⅱ段母线部分空间重叠，调整间隔位置，使主供电源双回线路分别接于Ⅰ、Ⅱ段母线，还能够避免将来扩建出现架空出线交叉跨越问题。

2.2.2提高设备运行可靠性

常规电缆转接方案中，电缆依赖交联聚乙烯等绝缘材料隔离空间电位，在载流量、热稳定、使用寿命等方面较差，部分电缆出线方案明显逊于全架空出线方案。

2.2.3方便运行维护

GIS设备可靠性高、免维护周期长，节约运行维护成本。与部分电缆出线相比，全架空出线方案具有运行维护方便、故障率低、全寿命周期费用低等特点。

3综合对比分析

3.1综合评价

针对工程实际情况，提出了110kV主母线空间折叠方案，对该方案的供电可靠性、运行维护便捷性、出线是否存在交叉跨越、投资合理性方面进行对比分析。

3.2经济性分析

1个架空出线间隔的总投资为68万元，其中，设备购置费63万元、安装工程费5万元。1个电缆出线间隔的总投资为74万元，其中，设备购置费43万元、建筑工程费3万元、安装工程费28万元。架空出线总投资较电缆出线总投资节约6万元。（1）架空出线间隔方案中设备购置费为63万元，其中，架空出线GIS间隔设备为50.5万元，由于架空出线方案较电缆出线方案的主母线多7.5m，价格共计12.5万元，因此总额较电缆出线方案多20万元。（2）由于修建电缆沟，电缆出线间隔方案中出现建筑工程费，为3万元。（3）由于电缆出线方案中需要电缆及电缆附件等装置性材料，因此电缆出线方案较架空出线方案安装工程费多23万元。

4母线安装

4.1划线

在设备安装前，检查确认基础、预埋件、电缆沟及接地点等符合图样和标准要求后，进行间隔和母线的中心线划线。在基础划线时，对伸缩节布置处的法兰面位置、固定支架的中心位置，在基础上标注，作为安装基准点。

4.2安装及固定

根据设备具体结构，一般以设备中间间隔作为基准，依次向两边铺开。按照所划的间隔及母线的中心线进行各间隔本体和主母线的就位和安装，最后安装分支母线部分。每安装完一串本体之后可以安装对应的主母线段，每串本体设备安装时，先安装中间间隔，再安装两边的间隔。最先安装的断路器在就位后，需自两端盖板处拉等高线，确保断路器水平及三相等高。在一条母线中，有多个固定支架和滑动支架。每安装一段母线，需要及时固定。通过将该段的支架底部与预埋件焊接或与基础锚接进行固定。支架固定时，确保固定支架底板中心处于划线确定的基础的中心位置。GIS设备是一个整体，其各部分的安装息息相关。设备本体、串内设备和母线等，任一部分的安装存在偏差、误差，将会影响后续安装部分的正确性。GIS规模越大，累积的安装偏差越大，会导致后安装部分偏离基础中心，严重时甚至出现设备无法对接的情况。

4.3安装中的伸缩节调整

伸缩节在工厂内安装和运输过程中两端处于紧固状态，伸缩节尺寸为理论长度。现场安装时原则上不调整伸缩节。在需要通过调整伸缩节才能正确安装的情况下，允许现场安装时进行伸缩节调整。在出现以下情况时，可以调整伸缩节。1）因安装中的累积误差导致母线与基础、对接部位出现较大偏差，无法正常安装时。2）已安装母线段偏离所划中心线，继续安装将导致更大的偏离时。3）在温度极高（极低）、昼夜温差较大的季节和地域，母线的热胀冷缩效应明显，在安装过程中需要调整伸缩节才能正确安装时。在调整伸缩节时，严格按照规范进行操作，伸缩节的伸缩量不得超过理论允许值，当出现调整伸缩节仍无法减小偏差至允许值的情况下，需要重新调整母线装配。以轴向型伸缩节为例，工厂内安装和运输过程中两端处于紧固状态，伸缩节尺寸为理论长度。在现场安装中进行调整时，需将远离固定支架一侧的法兰处的螺母松开（轴向型伸缩节一侧应布置固定支架）。松开法兰外侧的螺母时，伸缩节可产生伸长效应，轴向尺寸伸长；松开法兰内侧的螺母时，伸缩节可产生缩短效应，轴向尺寸缩短。现场安装中对伸缩节进行调整，一定程度上，消耗掉一部分的伸缩节补偿量，使得设备在运行过程中伸缩节补偿量减小。为了保证伸缩节在设备运行过程中的补偿作用，在某段设备安装后，应将伸缩节尺寸调整到靠近理论尺寸（L）为宜，通常不超过L±5mm。

结论

本文研究并改进了通用设计“110-A1-1”方案110kV配电装置的接线及布置情况，改进方案相比于传统方案，保留了单母线分段接线的设计特点，且具有更高的灵活性与适应能力，可以有效避免架空出线的交叉跨越，同时全架空出线也比架空电缆混合出线更协调美观，解决了电缆出线造价高、站外电缆沟征地协调困难等问题。该优化布置方案，在保留原通用设计的基本要素的前提下，进行了局部优化，遵循了通用设计的指导原则。这种母线空间折叠方案具有普遍性，适用于户外GIS设备单母线线分段接线方案，该方案已在具体设计工作中得以应用，受到了建设管理单位的认可。

参考文献：

[1]国家电网公司.国家电网公司输变电工程通用设计35~110kV智能变电站模块化建设施工图设计（2016年版）[M].北京：中国电力出版社，2017：32-43.

[2]中国电力企业联合会.35~110kV变电站设计规范：GB50059—2011[S].北京：中国计划出版社，2011.