户外GIS设备架空垂直出线方式的研究与应用

高美金，高亚栋，陈飞，金国胜

（国网浙江省电力公司经济技术研究院，杭州310014）

经验交流

户外GIS设备架空垂直出线方式的研究与应用

高美金，高亚栋，陈飞，金国胜

（国网浙江省电力公司经济技术研究院，杭州310014）

常规户外220 kV和110 kV GIS设备出线一般采用A，B，C三相水平排列方式，构架采用人字门型构架一字排开，受出线门架宽度的限制，变电站出线侧宽度并未因采用GIS设备而减小。为此，提出了双飞蜓式垂直出线方式，采用独立钢管杆双回垂直架空出线，构架简单、出线方便，将大幅减少变电站占地面积，提高土地利用率。

GIS；门架宽度；垂直出线；占地面积

随着电网的发展，变电站数量在不断增加，土地后备资源严重不足，站址征地、拆迁费用日益增加，特别在一些城市中心区域，征地费用呈明显上升态势，变电站站址选择愈来愈困难，变电站节约用地是当前亟待解决的问题。

GIS（气体绝缘全封闭组合电器）设备是一种集约化的电力设备，GIS设备布置有户内和户外2种，相对于户内GIS设备，户外GIS设备一般为全架空出线，A，B，C三相水平排列，采用人字门型构架一字排开。受出线门型构架宽度的限制，即使不考虑装设阻波器，变电站总体出线侧宽度并未因采用GIS设备而减小，没有充分发挥GIS设备布置紧凑的优势。比如220 kV电压等级的GIS设备间隔宽度仅3 m，采用传统的水平出线方式，出线间隔宽度即构架宽度为12 m，与GIS设备宽度极不匹配。因此，需要优化GIS设备出线方式，减小出线间隔宽度，将配电装置布置得更紧凑，最大限度地节约土地，提高土地的利用率。

1 220 kV垂直出线方案研究

1.1 垂直出线方式

对于户外GIS配电装置，在进行配电设备设计及优化时，一方面应保证设备和导线的相间及对地距离，满足绝缘配合要求的最小电气距离，避免造成威胁系统安全运行的隐患；另一方面要考虑为安装和检修提供方便，注意满足相邻间隔电气设备检修时安全距离的要求。

针对以上问题，提出了双飞蜓式双回架空垂直排列出线方式。将220 kV GIS设备出线其中2相GIL（管道充气式绝缘线）管线延伸并转弯，使三相套管按垂直于主母线纵方向一字排列，同时将出线构架简化为1根独立钢管杆，设置上、中、下3层横担，2个间隔的3相导线通过独立钢管杆横担挂点引至上、中、下3层，同杆双回垂直出线。通过以上优化措施，220 kV GIS出线间隔宽度大大减小，结构简单清晰。线路避雷器采用GIS设备内置时，220 kV单回垂直式出线间隔宽度可优化为6.0 m，避雷器采用外置时，220 kV单回垂直式出线间隔宽度可优化为9.0 m，220 kV GIS架空垂直出线间隔平面见图1与2，出线示意见图3，效果见图4。

图1 220 kV GIS架空垂直出线间隔平面（避雷器外置）

图2 220 kV GIS架空垂直出线间隔平面（避雷器内置）

图3 双飞蜓式构架出线示意

1.2 电气距离校验

针对此出线方式，根据DL/T 5352-2006《高压配电装置设计技术规程》要求，对终端塔与钢管杆立柱之间各回线路的相间与线间距离以及GIS设备电气距离，进行了同间隔相间距离、对地距离、不同间隔相间距离、构架上人检修距离4个部分的校验，得出220 kV不同出线方式主要间距的比较见表1。

图4 220 kV GIS架空垂直出线效果

表1 220 kV不同出线方式主要间距的比较m

1.3 线路终端塔适应性分析

220 kV出线采用垂直式出线布置，构架中心至中心间距18 m。每个构架分左右出线2回，每回出线3相导线采用垂直排列，垂直间距5 m。避雷线与最上层导线垂直间距4 m。基于220 kV出线间隔采用1个独立钢管杆2回垂直式出线，站外220 kV出线终端塔也应采用双回路导线呈左右对称垂直式排列的鼓形塔，鼓形塔上各相导线的布置方式正好与出线钢管杆一一对应。经校核，也可满足档距中央导地线间距不小于0.012L +1的防雷保护要求。

为了保证选取文献的代表性和权威性，本文选择CSSCI数据库为来源数据进行高级检索。笔者于2017年12月15日，使用关键词=“运动干预”或“运动”或“体育运动”或“体育锻炼”或“体力活动”或“身体活动”并含“老年人”等多种组合方式进行精确检索，时间限定为1998-2017年。通过以上策略检索，共获得327篇文献。根据文献摘要剔除与老年人运动干预主题相关性较低或无关的文献，最后检索到有效文献263篇。将263篇文献的全部信息以“EndNote”和”Refworks”以两种文本形式保存。

1.4 模块化设计

采用垂直出线方式，在总平面布置时可以根据实际情况，导线相序采用“模块化”拼接设计理念。1个GIS出线间隔组成1个模块，根据相序的不同可以分为4种模块，220 kV GIS架空出线间隔模块示意详见图5，排列方式有：

（1）出线钢管杆上、中、下三层双回导线三相相序为A，B，C排列；

（2）出线钢管杆上、中、下三层双回导线三相相序为C，B，A排列；

（3）出线钢管杆上、中、下三层双回导线三相相序为B，C，A排列；

（4）出线钢管杆上、中、下三层双回导线三相相序为B，A，C排列。

图5 220 kV GIS架空出线间隔模块示意

以1个钢管杆和2个出线模块为1个单元，根据线路相序不同，选择对应GIS出线间隔模块，运用灵活方便。将GIS出线间隔各个模块组合布置，主变压器、母线设备间隔穿插于模块之间空位，尽可能使主变压器间隔布置整齐统一，总平面布置紧凑合理。

根据前述垂直出线的布置形式，按线路专业提供的导线荷载，对出线构架强度和稳定进行分析与计算。结构计算采用STAAD/China软件和线路专业NSA钢管杆设计系统铁塔结构模块分别计算完成，利用有限元分析方法计算内力，并对计算结果进行比较。220 kV出线柱主要构件见表2。独立柱主杆采用分段安装的形式，杆段之间以法兰或者套接的形式连接，横担与主杆之间采用法兰连接。

2 110 kV垂直出线方案研究

110 kV垂直出线与220 kV垂直出线的原理基本相同，不同的是110 kV出线分支母线3相一体，将常规的出线套管旋转90°，使套管A，B，C 3相一字纵向排列，相间距离为1.5 m。另外，220 kV垂直出线方案线路避雷器可采用敞开式避雷器，而110 kV垂直出线线路避雷器不具备采用敞开式避雷器的条件，可采用悬挂式避雷器或GIS内置式避雷器。110 kV GIS架空垂直出线间隔平面见图6，效果见图7，110 kV不同布置方案主要间距见表3。

表2 220 kV出线柱主要构件

图6 110 kV GIS架空垂直出线间隔平面

图7 110 kV GIS架空垂直出线效果

3 垂直出线方式的特点

通过以上分析可见变电站双飞蜓式垂直出线方式，具有以下特点：

（1）间隔宽度减少。1个220 kV出线构架宽度最少可比单层水平出线构架减少6 m，减小一半尺寸，避雷器采用外置方式，间隔宽度减少3 m，极大程度地节约了土地资源；

（2）方便与终端塔对接。出线三相垂直排列与线路终端杆一致，减少了出线引接的难度，引线方便，相间距很容易控制，并且检修方便；

（3）设计模块化。由于采用独立的钢管杆构架，间隔之间没有关联，土建与电气单元一致，每个间隔即为一个模块，因此可模块化建设，模块可根据线路相序任意搭配，灵活方便。

表3 110 kV不同出线方式主要间距的比较m

4 垂直出线方式工程应用

国家电网公司通用设计220-A1-1方案中，220 kV与110 kV采用水平出线方式，变电站围墙内尺寸102.5 m×86 m，变电站建筑面积894.55 m2。结合户外GIS变电站设计特点，全面应用220 kV与110 kV双飞蜓式垂直出线方式，对现有通用设计220-A1-1方案进行了总平面优化设计。

（1）220 kV采用垂直出线方式，双回出线共用1个独立钢管杆，取消门型构架，双回间隔宽度18 m；GIS出线间隔单元以钢管杆中心镜像复制，6回出线组合3个模块，主变压器、母联间隔穿插于模块之间空位布置。相比通用设计方案，220 kV配电装置场地宽度由87 m减少至70 m。

（2）110 kV采用垂直出线方式，相比通用设计方案，110 kV配电装置场地宽度由87 m较少至67 m。

（3）35 kV配电装置采用金属铠装移开式，户内双列布置，35 kV配电装置室、二次设备室及辅助用房采用联合布置方式，35 kV配电装置室较通用设计长度减少2.4 m。

采用垂直出线并进行总平面优化设计，优化后总平面见图8。变电站围墙内尺寸为82 m×86 m，相比A1-1方案，围墙内占地减少1 763 m2，减少20%；220 kV和110 kV构架钢材量约69 t，增加12 t；220 kV GIS设备母线减少35 m，110 kV GIS设备母线减少17 m；工程总投资节省160万元，节约变电站占地面积，社会经济效益显著。

图8 220-A1-1通用设计方案优化后总平面

5 结语

双飞蜓式垂直出线方案构架高度适中，构架简单、出线灵活，实现与线路终端杆完美对接。采用垂直出线方式后，间隔尺寸大大减小，将配电装置布置得更紧凑，充分发挥GIS设备优势，节地效果显著，因此，GIS设备架空垂直出线方式在土地稀缺的经济发达地区具有良好的推广应用前景。

[1]DL/T 5352-2006高压配电装置设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2006.

[2]张瑞永，陶青松，窦飞.220 kV变电站双层构架典型出线方式的研究[J].电力工程，2012（5）∶6-11.

[3]郭晓红，张旭红，曹卫东，等.GIS配电装置的分析[J].电力学报，1999，14（2）∶99-101.

[4]国家电网公司基建部.国家电网公司输变电工程通用设计110（66）-220 kV智能变电站施工图设计[M].北京：中国电力出版社，2013.

（本文编辑：杨勇）

Research and Application of Overhead Vertical Outlet for Outdoor GIS Equipment

GAO Meijin，GAO Yadong，CHEN Fei，JIN Guosheng
（State Grid Zhejiang Economy Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Horizontal arrangement of phases A，B and C is generally adopted in outlet of outdoor 220 kV and 110 kV GIS equipment，in which miter gates of frameworks are lined up.Due to width limit of outlet portal, the width of substation outlet side is not reduced by GIS equipment adopted.Therefore，vertical double-dragonfly outlet is adopted and overhead vertical double-circuit outlet on independent steel pole is employed, which is characterized by its simple framework，convenient outlet and can reduce floor space of substation and hence improve land utilization rate.

GIS；portal width；vertical outlet；floor space

TM642.6

：B

：1007-1881（2014）11-0058-04

2014-08-15

高美金（1980-），女，浙江杭州人，高级工程师，主要从事变电站电气一次设计、研究、咨询等工作。