三维设计技术在户内220 kV GIS配电装置设计中的应用

2018-08-16田俊强王事臻

山西建筑 2018年20期

田俊强王事臻

(中国电力技术装备有限公司郑州电力设计院，河南郑州 450000)

0 引言

随着城市的发展，越来越多的城市中心220 kV变电站正在规划和建设，而这些变电站需要占用大量的土地；然而城市市区的土地资源极为宝贵，因此，城市中心220 kV变电站一般采用全户内布置方式。全户内变电站中配电装置与建筑物安全距离、碰撞检查的研究越来越引起人们的重视。

本文以实际变电设计为依托，着重论述利用三维设计软件的碰撞检查及带电距离校验功能，对220 kV GIS配电装置室的尺寸、层高、布置进行优化，并对主变压器室进行安全净距校验。

1 220 kV GIS室尺寸设计

1.1 220 kV GIS室长、宽尺寸设计与优化

根据DL/T 5352—2006高压配电装置设计技术规程中对于GIS室检修及巡视通道的相关规定，本依托工程中GIS室长度计算如下：

1(巡视通道宽度)+19(间隔总数)×2(间隔宽度)+2(检修通道宽度)=41 m。

另外，考虑电缆出线位置需避开设备室底板结构梁，故考虑设备长向布置裕度为3 m。

故220 kV GIS所有设备所需总长为：41+3=44 m。

根据DL/T 5352—2006高压配电装置设计技术规程中对于GIS室检修及巡视通道的相关规定，确定本站设备室宽度计算如下：

1.0(巡视通道宽度)+6.0(设备断面总长)+2.0(检修通道宽度)+0.8(智能汇控柜柜深)+1.5(柜后开门及人员进出)=11.3 m。

因此拟确定220 kV GIS设备室尺寸为44 m(长)×12 m(宽)。

1.2 220 kV GIS室高度优化

通常情况下，户内GIS设备主要部件采用屋顶工字钢梁悬挂电动葫芦的移动型吊装方式实现。

采用工字钢梁吊装方式层高计算：

220 kV GIS设备起吊高度为4.8+1.5=6.3 m；

220 kV GIS室顶板结构主梁高度为1.4 m；

GIS室上空安装工字钢梁，吊重为5 t，梁底距工字钢梁底为0.6 m；

电动葫芦吊钩底距工字钢梁底为1.6 m；

故220 kV GIS室层高不小于6.3+1.4+0.6+1.6=9.9 m。

若220 kV采用传统的GIS设备吊装安装方式，层高约为10 m。

若220 kV GIS室取消行车，房屋净高拟采用3.5 m(设备主体最大净高)+1.5 m(运输小部件空间)+0.2 m(裕度)=5.2 m。因此220 kV GIS室净高拟取值5.2 m，考虑钢结构梁高及楼板厚度，层高暂按6.0 m考虑。此方案有效降低了建筑物标高，减小了建筑体积，降低了造价。

2 基于三维技术的220 kV GIS室尺寸校验

本节对拟确定的配电装置室尺寸进行校验，从而保证方案的可实施性。

需要说明的是，在进行方案校验时，除了需要考虑本专业领域的相关问题，同样需要考虑土建专业在实现电气专业要求时的可行性及经济性。

220 kV GIS设备位于生产建筑物二层，在进行GIS设备布置时需要考虑整个房间内梁、柱的位置，避免产生碰撞。需考虑的问题包括：

1)土建专业需在二层楼板底部设置梁，以承担220 kV GIS设备的荷载，由于本工程均为电缆出线，二层楼板需预留出线孔洞，需考虑楼板梁与孔洞不可冲突。

2)220 kV GIS设备主变进线间隔通过GIL伸入主变压器室与主变压器连接，虽然GIL路径可做调整，但为避免GIL通过其他间隔时对其他间隔产生影响，同时减少GIL套管长度可减少设备造价，主变进线间隔GIL套管应能够保持与本间隔分支母线在一条水平线上，这时就需要校验GIS设备与本房间上层楼板横梁以及主变间与220 kV GIS室之间、柱的位置关系。通过三维设计软件的碰撞检查功能，可以在设计阶段优化位置关系，从而尽可能压缩设备间尺寸，并减少GIL不必要的弯折。

根据上文分析，由于GIS设备在布置时需要考虑整个配电装置室内梁柱的关系，在进行二维设计时，由于图纸只能显示一个平面的信息，因此在进行位置校验时，需要平面图与多张断面图配合使用，当设备布置发生变化后，断面图均需要进行相应调整。

通过建立变电站三维模型，并利用软件提供的碰撞检查功能检查设备与梁柱之间的位置关系。以图1～图3为例，在图1中，深灰色部分为220 kV GIS室楼板上的一道横梁，该位置所在间隔如有开洞会和梁发生冲突，而该间隔为母联间隔不存在楼板开洞，不存在碰撞检查的冲突。在图2,图3中，GIL通过220 kV GIS设备室上空伸入主变室内，由三维模型的建立可以直观的看出GIL与主变及配电装置室之间的钢柱以及固定在钢柱上的工字钢梁(深色部分)不存在冲突。

通过三维设计模型，建立GIS设备模型、配电楼结构模型，将两个模型进行碰撞检查，若开孔、设备与梁、柱存在碰撞，通过平移整个GIS，适当调整间隔排序，主动避免碰撞的发生。

优化流程如下：

1)建立GIS设备模型；

2)将土建专业梁柱模型参考入电气专业模型中；

3)从GIS设备距一侧墙体为1 m开始，以0.5 m为步长，不断平移GIS设备，并检查电气设备与土建梁柱的碰撞情况；

4)在步骤3)中，会存在通过碰撞检查的布置方案及未通过碰撞检查的布置方案，从通过碰撞检查的布置方案中选择最优方案。

通过实际软件操作可见220 kV GIS室尺寸44 m×12 m(长×宽)，层高6 m满足要求。进而220 kV GIS室布置方案最终确定，如图4所示。

3 基于三维技术的主变压器室安全净距校验

由于户内变电站采用GIS配电装置，压缩了整体建筑体积，导致主变压器室布置紧凑，加之主变压器旁布置有中性点成套装置，因此主变室安全净距很大程度决定了户内220 kV GIS变电站设计的可行性。

在二维设计中，进行相关校验时通常需画出轴侧图辅助校验，过程较为繁琐，而通过三维设计提供的安全净距校验功能可以极大的简化该部分校验工作。

3.1 Substation安全净距校验

1)安全净距允许值查询。

在Substation中文包中，软件支持一个通用条件下的安全净距最小允许值标准表，这个表可以依据项目特点编辑和修改。在进行校验时，可以在界面上选择需要校验的工况，软件自动查询到最小允许值，以辅助设计。

2)关键点3D校验。

这个功能主要是依据典型设计特点，可以对某个关键点进行校验。

3)模块操作。

启动模块，输入工况条件，获取安全净距最小允许值，也可以直接输入安全净距最小允许值。

点击“点校验”按钮，在图纸上选择需要校验的关键点，会自动生成一个3D球体，如果有不符合要求的情况，会给出提示。

在图纸上选择需要校验的导线，点击“线校验”按钮，会沿着导线的中心线自动生成一个3D曲面，如果有不符合要求的情况，会给出提示。

3.2 中性点成套装置带电距离校验

在本方案中主变压器室宽度压缩为9 m，为节约主变压器室空间，中性点成套装置固定于墙体。

以图5，图6为例，主变110 kV侧中性点成套装置靠近主变侧套管需要考虑与主变压器油管，主变间横梁的带电距离，由于主变油管存在弯折，通过二维平面进行带电距离校验较为复杂且容易出错。通过三维设计，选取中性点成套装置套管顶端为关键点，生成带电距离校验三维球体，可以清楚地反映出主变中性点成套装置位置是否满足带电距离要求(与图中深色位置距离不小于650 mm)。

通过软件分析可见，本设计中主变间布置符合安全净距要求，紧凑布置的方案可行。