330 kV变电站通用设计在高海拔地区的应用

张国强，郑海涛，杨 慧

(中国能源建设集团甘肃省电力设计院，甘肃 兰州 730050)

330 kV变电站通用设计在高海拔地区的应用

张国强，郑海涛，杨 慧

(中国能源建设集团甘肃省电力设计院，甘肃 兰州 730050)

介绍了2011版国网输变电工程330 kV变电站通用设计方案，针对高海拔地区气候对电气设备的外绝缘及空气间隙的影响，对国内35 kV开关柜应用率较高的厂家进行调研，提出了高海拔地区配电装置设计应采用国家电网公司通用设计方案的建议。

330 kV变电站;高海拔;外绝缘;空气间隙

甘肃电网现有330 kV变电站共42座，其中，位于海拔1 500 m以上地区的有18座，约占总数的43 %。依据电力设计手册中有关特殊地区配电装置的设计内容，当海拔高度超过1 000 m时，由于空气稀薄、气压低，导致电气设备外绝缘和空气间隙的放电电压降低。因此，在进行高海拔地区配电装置设计时，应加强电气设备的外绝缘和放大空气间隙。

1 330 kV变电站通用设计方案

依据国家电网公司330 kV变电站通用设计手册， 在330-A的2个方案中，330 kV和110 kV配电装置均采用户外GIS布置，35 kV配电装置采用户内开关柜单列布置；而在330-B-1方案中，330 kV配电装置采用户外HGIS设备，110 kV配电装置采用户外GIS设备，35 kV配电装置采用户内开关柜单列布置。根据甘肃省330 kV变电站的设计经验，当330 kV变电站因站址条件受限，高压配电装置采用户外GIS布置时，应选用国家电网公司通用设计330-A方案，35 kV配电装置则应采用户内开关柜形式。

2 高海拔对电气设备的影响

2.1 对GIS设备的影响

GIS设备是指把断路器、隔离开关、电流及电压互感器、母线等元件全部封闭于接地的金属外壳中，壳体内充以SF6作为绝缘和灭弧介质的全绝缘封闭电器。故330 kV和110 kV变电站采用GIS设备可避免高海拔地区气候对外绝缘的影响。

2.2 对户内中压开关柜的影响

由于现有110 kV及以下电压等级的电气设备可在海拔高度不超过2 000 m的地区使用，而对于高海拔的地区，其气候条件则会对开关柜类设备产生如下影响。

(1) 空气压力及空气密度的降低，会导致外绝缘强度的降低。试验表明：海拔每升高1 000 m(即平均气压每降低7.7～10.5 kPa)，外绝缘强度降低8 %～13 %。此外，对于设计定型的产品，由于其电气间隙已固定，随着空气压力的降低，击穿电压也会下降。

(2) 海拔较高且周围环境温度较低，会影响开关柜中一、二次元器件的可靠性。电工产品运行中的温度增加，尽管会因高海拔环境空气温度的降低而得到部分或全部地补偿，但因高海拔地区的气压低、且空气温差大，容易引起产品外壳变形、龟裂等。

3 高海拔地区配电装置设计采取的措施

在330 kV变电站通用设计330-A方案中，由于330 kV和110 kV配电装置均采用GIS设备，其产品本身的特点可避免高海拔地区气候对外绝缘的影响。但因35 kV配电装置采用常规户内开关柜布置，当其安装在海拔高度超过1 000 m的地区时，应对其外绝缘进行补偿。

3.1 外绝缘耐受试验电压校正

根据GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》规范的内容，当高压输变电设备在海拔高于1 000 m，但不超过4 000 m的地区使用时，海拔每升高100 m，绝缘强度约降低1 %；在海拔不高于1 000 m的地区试验时，试验电压应按规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数Ka计算，其中，

式中：H——安装地点的海拔高度(m)。

根据GB11022-2011《高压开关设备和控制设备的公用技术要求》规范的内容，对于安装在海拔高于1 000 m处的设备，外绝缘在标准参考大气压下的绝缘水平应该按使用场所要求的绝缘耐受电压乘以系数Ka来校正，其中，

式中：H——安装地点的海拔高度(m)；

m——用于工频、雷电冲击和相间操作冲击电压时，m=1；用于纵绝缘操作冲击电压时，m=0.9；用于相对地操作冲击电压时，m=0.75。

3.2 增大空气间隙

当海拔高度超过1 000 m时，35 kV配电装置的空气间隙A值应按图1进行修正。

注：A1—开关柜内带电部分至接地部分的距离；A2—不同相的带电部分间的距离。A2值和屋内的A1、A2值可按该图之比例递增。

35 kV开关柜要求的最小空气间隙按不同海拔高度修正后的A值如表1所示。

表1 35 kV电气设备户内要求的最小空气间隙mm

4 国内35 kV开关柜厂家产品调研

4.1 调研情况

2011年10—11月，对国内35 kV开关柜应用率较高的5家开关柜生产厂家进行了咨询和调研。以国家电网公司物资采购标准《高海拔外绝缘配置技术规范》(以下简称规范)中规定的户内变电站一次设备空气间隙最小要求值为标准，按照海拔1 000 m、1 500 m、2 000 m和2 500 m 4个档次，对各厂家手车式开关柜的A1值和A2值进行对比。对比结果如表2所示。

表2 35 kV手车式开关柜调研对比结果

4.2 调研结果分析

根据对比结果可以看出，在1 000 m及以下海拔高度地区，各厂家35 kV手车式开关柜的A1、A2值基本可以满足规范要求。但由于外形尺寸等因素的限制，在与1 500 m及以上海拔高度地区的对比中，所有参与调研厂家的开关柜均不能满足(或不完全满足)规范要求。在安全距离不能满足要求的情况下，只有1家厂家通过增加柜体尺寸的方法生产非标准设备以满足绝缘要求；其余厂家只能采取在裸露金属导体外加绝缘护套或绝缘隔板的方法来加强绝缘，以致在运行中经常出现相间及相对地放电的情况，存在闪络等绝缘隐患，进而对安全运行造成极大隐患。基于以上原因高海拔地区的35 kV配电装置不宜采用手车式开关柜。

对于330 kV变电站，35 kV断路器主要用来切合容性电流和感性电流，在通用设计中330 kV变电站35 kV电容器组的容量配置一般为3×20 Mvar和3×30 Mvar 2种。根据GB50227-2008《并联电容器设计规范》的相关内容计算得出：35 kV总断路器的电容电流为1 336 A和2 004 A，35 kV分支断路器的电容电流为446 A和668 A。通过调研发现，所有充气式开关柜均采用真空断路器，而真空断路器只能切断小幅值的容性电流(调研结果最大为630A)；此外，由于真空断路器固有的特性，切断容性电流后会出现电弧复燃现象，不能满足运行要求，故高海拔地区的35 kV配电装置亦不宜采用充气式开关柜。

5 结论

综上，在高海拔地区的330 kV变电站设计中，当35 kV配电装置采用户内布置时，现有手车式和充气式开关柜均无法满足设计要求，因此建议采用户外布置形式。

根据甘肃电网整体规划，2010—2012年新建330 kV变电站12座，采用GIS布置的变电站有5座(分别为环县、灵台、古浪、永靖、天祝)，占新建变电站的41.6 %，在现有330-A-1方案的基础上，采用GIS布置的变电站设计方案将35 kV配电装置由户内开关柜全部改为户外SF6瓷柱式断路器，采用屋外软母线中型布置。

“十二五”期间甘肃电网规划建设330 kV变电站约24座，其中兰州地区约7座(海拔1 500～2 100 m)，嘉酒地区共4座(海拔1 600～2 200 m)，武威地区共3座(海拔1 800～2 000 m)，白银、平凉地区各2座(海拔1 800～2 000 m)，金昌(海拔约2 000 m)、张掖(海拔约1 900 m)、天水(海拔约1 600 m)、庆阳(海拔约1 800 m)、陇南(海拔约1 500 m)、临夏(海拔约2 200 m)各1座。其中规划采用GIS布置的变电站有14座，约占新建变电站的58 %。因此，建议增加330-A-3方案，即330 kV和110 kV配电装置均采用户外GIS布置，35 kV配电装置采用户外软母线中型布置、瓷柱式断路器方案，可有效解决高海拔地区35 kV配电装置布置的问题。

1 刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计110(66). 500 kV变电站分册[M].北京：中国电力出版社，2011.

2 水利电力西北电力设计院.电力工程电气设计手册(电气一次部分)[M].北京：水利电力出版社，1989.

3 何国平.高海拔地域中压开关柜的设计[J].科技传播，2011(9).

4 赵宇明，黎小林，吕金壮，等.高海拔地区外绝缘参数海拔修正方法研究[J].南方电网技术，2011(2).

5 刘振亚.国家电网公司物资采购标准高海拔外绝缘配置技术规范[M].北京：中国电力出版社，2009.

2013-09-03。

张国强(1973-)，男，高级工程师，长期从事电力系统工程设计和研究。

郑海涛(1969-)，男，教授高级工程师，长期从事电力系统工程设计和研究。

杨 慧(1985-)，女，工程师，长期从事变电站设计和研究。