AIS变电站双母接线电气设备布置方式的优化.pdf

RURAL ELECTRIFICATIONAIS 变电站双母接线电气设备布置方式的优化孙亚辉（国网福建省电力有限公司超高压分公司，福建 福州 350013）摘要：针对AIS 变电站双母接线电气设备布置方式，克服传统设计理念存在的不足，在不增加变电站面积的情况下，提出 3 种优化设计方案，将电压互感器和避雷器采用共基础结构，改变断路器、电缆沟及端子箱的位置布置，优化隔离开关结构形式，方便大型作业车辆（高空作业、吊车）的使用，可以满足电气设备吊装检修时国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）规定的安全距离要求，大大降低作业安全风险，提高作业效率。关键词：空气绝缘开关设备；变电站；双母线；电气设备；布置中图分类号：TM645OptimizationofElectricalEquipmentLayoutwithDoubleBusConnectioninAISSubstationSUNYahui(StateGridFujianEHVCompany,FujianFuzhou350013,China)Abstract:AimingatthelayoutofdoublebusconnectionelectricalequipmentinAISsubstation,overcomingtheshortcomingsofthetraditionaldesignconcept,threeoptimizationdesignschemesareproposedwithoutincreasingtheareaofthesubstation.Thevoltagetransformerandlightningarresterareadoptedinthecommonfoundationstructure,thepositionandlayoutofthecircuitbreaker,cabletrenchandterminalboxarechanged,andthestructuralformofthedisconnectorisoptimizedtofacilitatetheuseoflarge-scaleoperationvehicles(aerialoperationandcrane),Itcanmeetthesafetydistancerequirementsspecifiedinthesafetyregulationsduringtheliftingandmaintenanceofelectricalequipment,greatlyreducetheoperationsafetyriskandimprovetheoperationefficiency.Keywords:AIS;substation;doublebus;electricalequipment;layout变电站双母接线1-4是一种常见的主接线方式之一，应用非常广泛。空气绝缘的敞开式开关设备（airinsulatedswitchgear，简称 AIS）5-6，仍然大量存在。在变电站面积限定的空间内，AIS 电气设备在变电站双母接线方式中的传统布置，虽然满足设计标准7，但由于没有充分考虑高压电气设备停电检修期间的安全距离问题，给检修人员带来了一定的麻烦和安全隐患，有时需要采取特殊措施或扩大停电范围才能满足检修安全距离要求。针对上述问题，在不增加变电站面积的前提下，提出一些优化设计，既能满足设计标准要求，又能满足检修工作要求。1传统双母接线电气设备布置方式以 220kV 双母接线8-9为例，传统双母接线中，一个线路间隔的电气设备由隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器和避雷器组成，其断面图如图 1 所示。2传统双母接线电气设备布置特点这种电气设备布置方式的主要特点是：母线侧两组隔离开关分别采用垂直伸缩式和水平旋转式10（或水平伸缩式结构），图 1 中是采用采用垂直伸缩式和水平伸旋转式结构；断 路 器 和 电 流 互 感 器 通 过 跨 路 管 母 相 互连接；线路侧电压互感器和避雷器通过钢芯铝绞线 T接于线路上。3双母接线电气设备布置方式存在的问题对设备检修人员来讲，这种电气设备布置方式存在的主要问题如下。电压互感器和变电站围墙之间的中心距离为收稿日期：20230321DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.08.009Operation&Maintenance|运行维护2023 年第 8 期 总第 435 期 39RURAL ELECTRIFICATION3.5m，实际边际间距离小于 3.5m，大型作业车辆（高空作业、吊车）进出不方便。断路器与垂直伸缩式隔离开关及M 之间的中心距离为 4m。隔离开关在分闸位置状态下，断路器与该隔离开关本体带电部位之间的水平约3.5m，断路器与M 之间带电部位的距离 L1如下：L1=(0.5+3.5)2+(9.337.25)2=4.5 m。（1）在线路停电而M 不停电的情况下，要对断路器本体进行吊装检修，断路器与M 之间带电部位的安全距离只有 4.5m，不满足国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）（以下简称安规）不小于 6m 的要求。因此，要对断路器进行吊装检修，必须将M 停电才能满足安规要求。在线路停电而M 不停电的情况下，要对水平旋转式（或伸缩式）隔离开关本体进行吊装检修，隔离开关与M 之间带电部位的安全距离 L2，同样不满足安规不小于 6m 的要求。因此，要对水平旋转式（或伸缩式）隔离开关进行吊装检修，必须将M 停电才能满足安规要求。4双母接线电气设备布置方式优化为解决上述问题，在不增加变电站面积的前提下，提出一些优化设计，既能满足设计标准要求，又能满足检修工作要求，如图 2 所示。4.1电压互感器和避雷器布置方式优化传统的设计中，电压互感器和避雷器通过钢芯铝绞线连接，二者支撑柱之间中心距离为 1800mm，如图 1 及图 3（a）所示。将电压互感器和避雷器采用共基础结构，二者装在一根支撑柱上，大约可增加电压互感器和变电站围墙之间的距离 0.51m，可以满足大型作业车辆（高空作业、吊车）的进出。同时缩短了避雷器与被保护设备（电压互感器）之间连接导线的长度，二者之间的接地点距离也缩短了，保护效果更好。但是，为了满足动稳定要求及相互间拉力的影响，避雷器与电压互感器之间的连接不应采用硬连接，应采用多股软连接片进行连接。同时，为方便检修，应注意将电压互感器二次接线盒方向朝外出。优化后的布置如图 2 及图 3（b）所示。4.2断路器布置方式优化将图 1 中断路器与电缆沟位置互换，并将图 1中的端子箱布置于电缆沟的右侧，如图 2 所示。这样，断路器与M 之间带电部位的距离 L1如下：L1=(0.5+3.5+2.7)2+(9.337.25)2=8.6m。（2）因 8.6m 有足够的余度，考虑到现场实际情况，可以适当调整断路器、电缆沟及端子箱之间的位置。这种优化后的布置方式，并没有减少断路器和电流互感器之间道路的宽度。传统的设计中，如图 1线路ABCABCABC3 5001 8001 2001 0001112345789101262 7127.25 mL1L29.33 m220 kV5 0004 8004 0002 5002 7006 50014 80012 20012 0007 00054 5005003 5003 0003 0004 5001 5003 0003 0004 0001-电压互感器；2-避雷器；3-水平旋转式隔离开关；4-电流互感器；5-道路；6-电缆沟；7-端子箱；8-断路器；9-垂直伸缩式隔离开关；10-水平旋转式隔离开关；11-变电站围墙；12-跨路管母。图 1传统双母接线电气设备布置方式孙亚辉：AIS 变电站双母接线电气设备布置方式的优化40 2023 年第 8 期 总第 435 期RURAL ELECTRIFICATION所示，电缆沟布置在道路旁边，虽然断路器和电流互感器之间的距离（道路和电流沟之和）较宽，但是，对于大型作业车辆（高空作业、吊车）而言，为防止电缆沟塌方，是不允许车辆从电缆沟上行驶的，其作业过程中的支腿也应躲过电缆沟一定的距离。优化后的设计，在满足安规不小于 6m 的要求下，通过适当调整断路器、电缆沟及端子箱之间位置（例如，将三者同步向右移），还可以增加道路的宽度。因为该道路通常为水泥硬化路基，道路的加宽更加有利于吊车支腿的放置，使得检修更方便。4.3隔离开关布置方式优化将母线侧水平旋转式或水平伸缩式结构的隔离开关改用垂直伸缩式结构。这样，可以将该隔离开关右移，布置于M 之下，如图 2 所示，增加了隔离开关与M 之间的距离，满足M 不停电的情况下，对隔离开关进行吊装检修的要求。传统的布置方式，对水平旋转式（或伸缩式）隔离开关进行吊装检修时，其连接的母线M 是必须要停电的，但要满足安规要求，也必须将M 停电才能进行。两条母线（M 和M）同时停电，这在实际中几乎是不可能的，因为 2 条母线同时停电会造成大量的线路停电，降低了电网的可靠性。通常的做法是采取特殊的施工作业方式或采取特殊的安全措施，例如通过搭脚手架人工作业方式取代吊车，但其安全风险等级也是相当高的，对各级管理人员到岗到位等投入也非常高。优化后的设计，可以大大降低这种安全风险，提高作业效率。5结束语克服传统设计理念存在的不足，在不增加变电站面积的情况下，通过对双母线接线方式电气设备 线路ABCABCABC3 5001 8001 2001 0001多股软连接片112345789101262 712L1L2220 kV5 0004 8004 0002 5002 7006 50014 80012 20012 0007 00054 5005003 5003 0003 0004 5001 5003 0003 0004 0001-电压互感器；2-避雷器；3-水平旋转式隔离开关；4-电流互感器；5-道路；6-电缆沟；7-端子箱；8-断路器；9-垂直伸缩式隔离开关；10-垂直伸缩式隔离开关；11-变电站围墙；12-跨路管母；13-多股软连接片。图 2双母接线电气设备布置方式的优化设计钢芯铝绞线123多股软连接片123(a)传统布置(b)共基础布置1-电压互感器；2-避雷器；3-电压互感器二次接线盒。图 3电压互感器和避雷器优化布置Operation&Maintenance|运行维护2023 年第 8 期 总第 435 期 41RURAL ELECTRIFICATION布置方式的优化设计，方便大型作业车辆（高空作业、吊车）的使用，可以满足电气设备吊装检修时的安全距离要求，大大降低作业安全风险，提高作业效率。将电压互感器和避雷器采用共基础结构装在 1 根支撑柱上，二者之间采用多股软连接片进行连接，大约可增加电压互感器和变电站围墙之间的距离 0.51m，可以满足大型作业车辆（高空作业、吊车）的进出。调整断路器、电缆沟及端子箱之间的布置方式，可以满足断路器吊装检修作业要求，还可以增加道路的宽度，更加有利于吊车支腿的放置，使得检修更方便。将母线侧水平旋转式或水平伸缩式结构的隔离开关改用垂直伸缩式结构，满足隔离开关吊装检修作业要求，大大降低传统作业方式的安全风险，提高作业效率。参考文献吴蓓欣.某500 kV变电站220 kV主接线改造方案设计与实施D.广州：华南理工大学，2021.1王宏斌.发电厂电气主接线的可靠性分析D.郑州：郑州2大学，2018.苗世洪，朱永利.发电厂电气部分（第五版）M.北京：中国电力出版社.2015.3国家电网公司输变电工程通用设计M.中国电力出版社，国家电网公司，2016.4周德才，王金锁，李建彬，等.750 kV AIS变电站平面布置设计优化探讨J.电力勘测设计，2021(4)：6973.5李灿飞，徐彬焜，贾万水.新疆大河沿子220 kV变电站电气总平面布置优化设计J.大众用电，2019,34(09)：2728.6于国梅，史卓鹏，罗炜.基于国家电网通用设计方案的220 kV户内变电站总平面布置的优化J.山西电力，2017(1)：15