一种新型750 kV敞开式配电装置布置方案研究

韩志萍

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710077)

0 引言

随着电网建设的高速发展，超高压变电站规模越来越大，采用常规配电装置布置占地面积大的问题越来越突出，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，变电站站址选择愈来愈困难，降低工程投资、提高土地资源利用率是电网建设必须面对的课题。就西北地区750 kV变电站而言，海拔低于2 000 m的750 kV变电站，750 kV配电装置基本采用国家电网公司《35 kV～750 kV变电站通用设计》(2017版)[1]750-D-1方案，该方案为常规典型的敞开式配电装置(air insulated switchgear，AIS)户外软母线中型、罐式断路器三列式布置方案。其布置型式存在占地面积大，设备数量多，跨线距离长等问题。750 kV配电装置布置是整个750 kV变电站的核心内容之一，对全站的布置和协调起着至关重要的作用。本文提出一种新型750 kV敞开式配电装置布置方案，在不改变750 kV配电装置主接线前提下，可以压缩750 kV配电装置占地面积，最大限度地节约土地和提高土地利用率，同时减少设备数量，达到降低工程整体投资的目的。为土地资源紧缺、征地困难的750 kV敞开式变电站提供参考。

1 常规750kV敞开式配电装置布置方案

1.1 常规750 kV敞开式配电装置主接线

常规750 kV敞开式配电装置主接线一般采用一个半断路器接线，按照国家电网公司《35 kV～750 kV变电站通用设计》(2017版)[1]750-D-1方案， 750 kV配电装置一个完整串电气主接线示意图如图1所示。

图1 一个半断路器接线的750 kV配电装置电气主接线示意图(一个完整串)

1.2 常规750 kV敞开式配电装置布置方案

常规750 kV敞开式配电装置间隔内主设备为750 kV罐式断路器(包括中断路器和边断路器)、断路器两侧水平断口型隔离开关、母线侧水平断口型隔离开关，出线侧避雷器、出线侧电压互感器以及母线隔离开关与母线连接过渡用支柱绝缘子。典型的布置方案为：母线采用软导线、罐式断路器沿进出线方向中型三列式布置，两组母线分别布置在两侧。配电装置进出线构架共3排，母线构架与两侧出线构架为联合构架。中断路器布置在中间构架正下方，隔离开关布置在断路器两侧，母线侧隔离开关布置在母线外侧，配电装置以中间构架为轴对称布置。进出线从两组隔离开关中间引上与上跨线连接，配电装置为两侧顺串出线。

以常规典型750 kV敞开式配电装置一个完整串间隔中半个间隔(另半个间隔为对称布置)为例， 750 kV敞开式配电装置典型平断面如图2、图3所示。

图2 常规750 kV敞开式配电装置平面布置图(半个间隔)

图3 常规750 kV敞开式配电装置断面图(半个间隔)

从图2、图3可以看出，常规750 kV敞开式配电装置进出线、母线和主设备之间通过导线连接，主设备之间通过管母连接，实现进出线正常或退出运行。这种配电装置受制于750 kV隔离开关制造工艺和母线相间距离控制[2]，母线隔离开关只能布置在母线外(旁)侧，一相母线侧隔离开关可以与就近相母线直接连接，另两相隔离开关由于距另两相母线较远，需要通过支柱绝缘子过渡才能与另两相母线连接，如果要实现隔离开关直接与母线连接，母线相间距要拉大，三相隔离开关需错位布置，对于750 kV电压等级的配电装置，其占地、母线构架用钢量、导线选型等均会较采用支柱绝缘子过渡增加较大投资。因此，从经济技术角度考虑采用支柱绝缘过渡为最佳选择。

2 新型750 kV敞开式配电装置布置方案

新型750 kV敞开式配电装置主要思路是：不改变750 kV配电装置电气主接线，通过优化母线隔离开关布置型式，取消过渡支柱绝缘子，压缩750 kV配电装置横向距离；同时积极采用新技术、新设备，将间隔内相邻2组隔离开关用1组隔离开关组合电器代替，进一步缩短750 kV配电装置的横向距离。优化后的新型750 kV配电装置既减少了主设备又压缩了配电装置占地面积，最终达到降低工程总投资的目的。

2.1 新型750 kV敞开式配电装置布置方案优化要点

2.1.1 优化750 kV配电装置间隔内母线隔离开关布置型式

2.1.1.1 总体方案

常规敞开式布置方案中母线隔离开关为双柱水平旋转隔离开关，布置在母线外侧，一相母线隔离开关与边相母线直接连接，另两相远离母线，需要通过支柱绝缘子过渡才能与对应相的母线连接。母线隔离开关的布置位置是制约750 kV配电装置横向尺寸的关键因素。母线隔离开关在750 kV配电装置间隔内一端与边断路器连接，一端与母线连接。常规设计方案中，母线侧隔离开关布置方向垂直于母线，通过导线与母线连接。如果隔离开关布置在母线下侧或内侧，隔离开关接线端子将无法与母线连接。

以常规750 kV配电装置平面布置图中半个间隔为例，对于750 kVⅠ母线，与边相母线连接的隔离开关为A相，如果能实现A相隔离开关与A相母线采用其它方式连接，B、C相隔离开关就可以向母线下方推进。750 kV配电装置母线通过母线跳线将各间隔母线连在一起，如果A相隔离开关能与A相母线跳线连接，进而可以实现与A相母线连接。基于此，将 A相母线隔离开关调整位置布置，然后旋转，旋转角度为使其与母线连接的接线端子位于本间隔A相母线跳线悬垂串下方，隔离开关接线端子可以和悬垂串引下线垂直连接，就可以实现A相隔离开关与A相母线的连接。

A相隔离开关改变布置位置并旋转，解决了A相母线隔离开关只能布置在母线外侧才能与A相母线连接的制约因素，对于B、C相，就可以将B、C相母线隔离开关向B、C相母线下方推进，推进后，B、C相隔离开关与B、C相母线距离缩短，与母线可以直接连接，不需要支柱绝缘子过渡，因此，可以取消常规方案中B、C相母线过渡用750kV支柱绝缘子，同时本间隔内其它设备可以随着母线隔离开关的调整向母线侧推进。

优化后750 kV配电装置间隔局部平断面图如图4、图5、图6所示，图中主设备图例和序号代表的设备同图2、图3。

图4 优化后750 kV配电装置间隔局部平面布置图

图5 优化后750 kV配电装置间隔局部Ⅰ-Ⅰ断面图

图6 优化后750 kV配电装置间隔局部Ⅱ-Ⅱ断面图

2.1.1.2 具体方案

1) A相母线隔离开关布置位置及旋转角度：

a.根据不同相相间距要求，A相母线隔离开关旋转后刀闸打开后方向与B、C相隔离开关刀闸合上后方向一致；

b.根据隔离开关接线端子受力因素要求，A相母线隔离开关旋转后，一侧接线端子与A相边断路器需在一条中心线上，距离满足接线端子耐受拉力不大于3 000 N要求，一般可取4.5 m左右；

c.为保证A相隔离开关接线端子能直接与A相母线跳线悬垂串引下线垂直连接，旋转角度需满足旋转后接线端子位于A相母线跳线悬垂串正下方，可以直接与A相母线跳线悬垂串垂直连接，尽量减少端子其它方向受力。

根据以上三点因素控制，可以确定旋转A相母线隔离开关布置位置和旋转角度为：设备中心纵向距母线构架中心线约5.3 m，横向距A相母线约2.5 m(如图4所示)，逆时针旋转700(不同厂家产品，距离和角度略有不同)。

2)B、C相母线隔离开关向母线侧推进距离：

A相母线隔离开关定位及旋转后，B、C相母线隔离开关可以向B、C相母线推进。经校验，B、C相母线隔离开关可以向母线侧推进最远距离约8 m，推进最远距离按照B相隔离开关接线端子与B相母线垂直连接，同时C相隔离开关接线端子与C相母线不需要支柱绝缘子过渡可以直接连接确定。

由上述可以看出，采用优化方案，较常规750 kV敞开式配电装置，半个间隔横向距离可以压缩约8 m，同时可以节省3只750 kV支柱绝缘子设备；一个完整间隔横向距离可压缩约16 m，节省6只750 kV支柱绝缘子设备。

2.1.2 充分运用新技术、新设备，优化隔离开关设备选型

常规750 kV敞开式配电装置间隔中有2组独立的750 kV三柱水平旋转隔离开关相邻布置(如图2、图3所示)，目前750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器已经在工程中使用，具有占地面积少，减少站内开关类型等明显优点，国内外几大开关生产厂家均具备生产供货能力，且工程实际中已有成熟的运行经验。新型敞开式750 kV配电装置优化隔离开关设备选型就是将间隔内相邻2组750 kV三柱水平旋转隔离开关静触头合并，用1组750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器代替，2组750 kV三柱水平旋转隔离开关和1组750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器设备外形及动、静触头间距如图7所示。

图7 2组三柱水平旋转隔离开关和1组五柱水平旋转隔离开关组合电器外形

由图7可以看出，1组750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器较2组750 kV三柱水平旋转隔离开关设备外形高度一致，横向距离减少2.1 m，在不改变隔离开关与两侧断路器间距情况下，进一步可以压缩750 kV配电装置间隔横向距离2.1 m，工程实际按2 m考虑。

2.1.3 新型750 kV敞开式配电装置布置方案

采用以上优化750 kV配电装置间隔内母线隔离开关布置型式、优化隔离开关设备选型后，新型750 kV敞开式配电装置布置较常规750 kV敞开式配电装置布置不仅压缩了间隔横向距离，同时节约了母线过渡用支柱绝缘子设备。优化后新型750 kV敞开式配电装置半个间隔平断面如图8、图9所示。

图8 新型750 kV敞开式配电装置平面布置图(半个间隔)

图9 新型750 kV敞开式配电装置断面图(半个间隔)

综上所述，新型750 kV敞开式配电装置较常规750 kV敞开式配电装置半个间隔可由原来的107 m压缩至97 m，减少配电装置横向距离10 m，节省3只750 kV支柱绝缘子设备；同时采用750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器后，间隔内设备布置紧凑、设备类型减少，避免了常规布置方案中隔离开关左、右接地等因素造成的隔离开关类型繁多的现状。

对于另半个间隔，采用同样方法，将C相母线隔离开关根据上述设计要点布置并旋转，同样B、A相母线隔离开关可以朝Ⅱ母线方向推进约8 m距离，串中相邻2组750 kV三柱隔离开关用1组750 kV五柱隔离开关组合电器代替，另半个间隔同样压缩横向距离10 m，节省3只750 kV支柱绝缘子设备。

因此，750 kV敞开式配电装置采用新型布置方案后，较常规750 kV敞开式配电装置布置方案，一个完整串间隔可以压缩横向距离20 m，节省6只750 kV支柱绝缘子，同时由于横向距离减少，750 kV配电装置3排构架跨线变短，跨线对构架拉力减少，可减少750 kV构架用钢量。

2.2 新型750 kV敞开式配电装置布置方案注意问题

常规750 kV敞开式配电装置母线一般装设1组三相母线避雷器和1只单相(一般为C相)母线电压互感器。常规母线避雷器和电压互感器布置在母线跳线悬垂串下方。采用新型布置方案后，对母线避雷器和电压互感器布置位置需特殊处理。

2.2.1 母线避雷器布置

同样以半个间隔为例，对Ⅰ母线，旋转后的A相母线隔离开关接线端子占据了A相母线避雷器位置，可将母线三相避雷器布置在母线端部间隔，A相避雷器布置在母线端部构架外侧，A相避雷器与旋转后的与A相母线隔离开关连接后再与跳线悬垂串连接，B、C相可以同常规方案布置在母线端部构架下方，与母线跳线直接连接。图10、图11为新型750 kV敞开式配电装置平面布置图(半个间隔)中Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ断面图。

图10 新型750 kV敞开式配电装置平面布置Ⅲ-Ⅲ断面图(A相母线避雷器布置在母线端部构架外侧)

图11 新型750 kV敞开式配电装置平面布置Ⅳ-Ⅳ断面图(B、C相母线避雷器布置在母线端部构架下方)

2.2.2 母线电压互感器布置

750 kV敞开式配电装置母线装设1只单相(一般为C相)母线电压互感器，根据DL/T 5218—2012《220 kV～750 kV 变电站设计技术规程》[3]规定，750kV进出线相序定义为面对主变压器高压侧，从左至右为A、B、C，由于敞开式配电装置主变压器构架与750 kV母线垂直布置，因此，对于750 kV敞开式配电装置Ⅰ、Ⅱ母线，母线相序从左向右均为A、B、C。对于Ⅰ母线，母线750 kV电压互感器布置在C相母线跳线下方，测量电压为Ⅰ母C相母线电压；而对于Ⅱ母线，由于母线相序同Ⅰ母从左至右为A、B、C ，C相隔离开关成为旋转相，母线电压互感器只能布置在Ⅱ母A相母线跳线下方，测量电压为Ⅱ母A相母线电压。由于母线电压互感器主要功能为测量母线电压、母线频率以及和出线的同期性，不同相的母线电压电压和频率不影响控制保护要求，对于同期性，由于A相和C相相位相差1 200，需要调整测量同期装置后台软件或改变同期接线相位，使其输出为相差1 200相位的电压，可满足测量同期性要求。

2.2.3 斜置后的隔离开关注意问题

由于母线隔离开关斜置后，一侧接线端子位于母线边相导线跳线正下方，边相导线跳线及接线端子距母线构架柱均满足电气距离，但是由于隔离开关接线端子装设均压环，因此需严格校验均压环距母线构架柱电气距离，必要时可拉开构架柱，适当加宽母线梁宽度。

750 kV隔离开关为分相操作，母线隔离开关斜置后不影响三相隔离开关分相操作，但需注意斜置后隔离开关和另两相不在一条中心线上，需设专用电缆支沟至隔离开关本体机构箱，将斜置隔离开关电缆引至主电缆沟。

综上所述，新型750 kV敞开式配电装置布置方案虽然在母线隔离开关、母线避雷器、母线电压互感器布置型式上没有做到完全统一、规整，但该方案对于减少750 kV敞开式配电装置横向距离、减少设备数量、降低构架用钢量等方面效果显著，可作为一种新型750 kV敞开式配电装置设计方案在土地资源紧缺、征地困难、节约工程投资的750 kV敞开式变电站中应用。

3 新型与常规750 kV敞开式配电装置技术经济对比

以国家电网公司《35 kV～750 kV变电站通用设计》(2017版)[1]750-D-1方案为例，该方案750k配电装置11回出线3回主变进线，共组成7个完整串。采用新型750 kV敞开式配电装置布置方案优化后，750 kV配电装置较常规布置方案横向距离压缩20 m，在纵向距离(间隔宽度)不变的前提下，节约占地面积共6 260 m2，7个完整串共节省750 kV支柱绝缘子42只，节省750 kV配电装置用钢量162.3 t，大大降低了整个工程投资。

新型750 kV敞开式配电装置与常规750 kV敞开式配电装置布置主要技术经济对比见表1所列。

表1 新型与常规750 kV敞开式配电装置布置主要技术经济对比

通过表1比较可以看出，新型750 kV敞开式布置方案较常规750 kV敞开式布置方案有以下特点：

1)一个完整串可节约6只750 kV支柱绝缘子，7个完整串可节约42只750 kV支柱绝缘子，节约设备费约420万元；一个完整串4组750 kV三柱水平旋转隔离开关可用2组750 kV五柱水平旋转隔离开关组合电器代替，一个完整串可节约140万元，7个完整串可节约设备费约980万元，共计节约设备费约1 400万元。

3)一个完整串横向距离压缩后，7个完整串可节约750kV构架用钢量162 t。

4)一个完整串横向距离可压缩20 m，压缩面积290 m2，7个完整串整个750 kV配电装置共计压缩占地面积6 260 m2。

4 结语

本文在分析常规750 kV敞开式配电装置布置的基础上，提出了一种新型750 kV敞开式配电装置布置方案，具有符合接线型式、节约设备、节省用钢量、减少占地、节约工程投资等优点，并针对新型750 kV敞开式配电装置布置特点，提出了设计中需注意的问题。

以国家电网公司《35 kV～750 kV变电站通用设计》(2017版)[1]750-D-1方案为例，采用新型敞开式750 kV配电装置布置方案后，750 kV配电装置节约设备费用共计1 400万元，节省750 kV 配电装置用钢量约162 t，压缩750 kV配电装置占地约6 260 m2。该新型750 kV敞开式配电装置布置方案解决了敞开式750 kV变电站工程站址选择困难、征地拆迁费用高、土地资源利用率低等难题，为后续敞开式750 kV变电站降低工程投资、最大限度地节约土地，提高土地的利用率提供借鉴和参考。