户外GIS变电站场地布置优化设计探讨

户外GIS变电站场地布置优化设计探讨

田冬冬周婵

（1国网江西省电力公司经济技术研究院江西南昌330043;2国网江西南昌供电公司江西南昌330008)

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，每两回出线仅占用7米的横向空间。本站10回出线情况下，整个配电装置横向尺寸仅为55米。较传统构架出线GIS方案的120米压缩54%，已经较为接近GIS装置理论最小值45米。

经济性方面，与传统构架出线相比，垂直出线方式节省了大量出线传统门型构构架基础及钢材，每两个间隔只需要一基钢管杆即可，减少了土建工程工作量；垂直出现方式同时节约了GIS母线长度，减少了设备造价费；由于减少了占地面积，相应的变电站征地费用及相应的场平土方工程量、地基处理费用等均大大减少。

图4.垂直出线方式户外GIS平面布置图

3、结论

本文提出一种与户外GIS架空出线方案配套的垂直出线方式，该方式改善了传统构架出线与GIS设备占地尺寸不匹配的缺点，最大程度的发挥了GIS设备紧凑、占地面积小的优势。该方案经济可行，在土地资源日益紧缺的大趋势下，大幅度减少了变电站的占地面积，积极响应了国家建设“资源节约型、环境友好型”社会的方针政策。

参考文献

[1]DL/T5352-2006高压配电装置设计技术规程[S].北京:中国电力出版社,2006.

[2]高美金,高亚栋,陈飞,金国胜.户外GIS设备架空垂直出线方式的研究与应用.浙江电力,2014(11):58-61

作者简介

田冬冬(1986-)，男，注册电气工程师，主要研究方向为变电站电气一次设计；

周婵(1985-)，女，主要研究方向为变电站土建设计；