常寧110 kV新一代智能變電站優(yōu)化設計

呂詩如，李 勇

（1. 湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007；2. 湖南送變電勘察設計咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

常寧110 kV新一代智能變電站優(yōu)化設計

呂詩如1，李 勇2

（1. 湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007；2. 湖南送變電勘察設計咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

為了響應對新一代智能變電站“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設要求，基于變電站站址自身的特點，主要通過對總平面布置和配電裝置進行改進，對常寧某110 kV變電站進行了優(yōu)化設計，并與常規(guī)方案進行了對比。研究結果表明：變電站經(jīng)優(yōu)化后，其占地面積為常規(guī)方案面積的32%；站內建筑面積為0 m2，較常規(guī)方案減少了551 m2；優(yōu)化后變電站的動態(tài)總投資較常規(guī)方案減少了434.95萬元，為常規(guī)方案的81%。

智能變電站；優(yōu)化設計；配電裝置；緊湊型布置

土地資源為不可再生資源，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，變電站選址與城鄉(xiāng)規(guī)劃、國土資源部門的矛盾日益突出。優(yōu)化電氣總平面布置，最基本有效的途徑是對總平面布置及配電裝置進行優(yōu)化。已有研究結果表明：合理優(yōu)化變電站總平面及配電裝置布置，可壓縮變電站占地面積；提高圍墻內的用地系數(shù)，可減少土建投資；通過縮短設備連線、電纜、電纜溝、所內管道、道路等長度，可提高全壽命周期經(jīng)濟效益[1]。

為了響應對新一代智能變電站“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設要求，本研究在參考通用設計的基礎上，結合常寧某110 kV變電站站址自身特點，對其進行優(yōu)化設計。從變電站總平面布置、配電裝置型式兩方面對其進行了總體設計，并通過與常規(guī)方案的各項技術指標進行比較分析，探究了設計方案的經(jīng)濟性，以實現(xiàn)對該變電站的優(yōu)化，并為類似變電站的優(yōu)化設計提供理論參考。

1 變電站總平面布置優(yōu)化

1.1 站址基本概況與工程建設規(guī)模

1）站址基本情況。本站址位于常寧市市區(qū)南三環(huán)以南300 m（南三環(huán)還未延伸至站址附近），縣道X078西側，地名為常寧市板橋鎮(zhèn)新橋村后山組，站址距京珠高速復線（岳臨高速）8 km。該站址為丘陵地形，西側為已投產油茶樹林，站址建設需占用部分油茶林，樹距2 m，且場地內高差較大，東低西高；站址南側有一小山谷，最大高差直降2～3 m，自然高程為95～105 m，且該側40 m處為常寧市泉峰街道辦事處（一棟二層建筑物）；站址北面為一座近兩年未開工過的石灰廠；站址東側為縣道X078。站址處有三條架空通信線路穿過。變電站排水根據(jù)地形及現(xiàn)場情況，需排至站址南側120 m外農田灌溉水渠內。站址視野較為開闊，進出線方便。根據(jù)國土資源局調查，該站址場地為一般農田和林地。

2）工程地質情況。站址規(guī)劃范圍內無不良地質現(xiàn)象和人文古跡，無壓覆礦場現(xiàn)象，適合選作變電站建設用地。

3)工程建設規(guī)模。按系統(tǒng)規(guī)劃要求，本研究中常寧某110 kV變電站的具體建設規(guī)模見表1。

表1 常寧某110 kV變電站建設規(guī)模一覽表Table 1 Table of 110 kV substation construction scale in Changning city

1.2 環(huán)境條件

變電站站址的環(huán)境條件如下：海拔高度低于1 000 m；極端最高氣溫為40.8 ℃，極端最低氣溫為-7.9 ℃；歷年平均氣溫為17.9 ℃，歷年最大風速為25 m/s；地震烈度不高于6度；污穢等級為Ⅲ級。

1.3 常規(guī)與優(yōu)化電氣總平面布置對比

1.3.1 常規(guī)電氣總平面布置

常規(guī)方案的電氣總平面布置見圖1。

圖1 常規(guī)方案電氣總平面布置圖Fig. 1 A general layout of the conventional electrical program

本工程中的常規(guī)方案采用《國家電網(wǎng)公司輸變電 工程通用設計110(66)智能變電站模塊化建設》（2015年版）中的C-8方案。該方案中，110 kV配電裝置布置在站區(qū)北側，采用戶外AIS設備普通中型雙列布置，朝北架空出線4回，二次設備室與蓄電池室布置在站區(qū)北側。35, 10 kV配電裝置室、二次設備室、資料室、安全工具室及值守室組成生產綜合室，布置在站區(qū)南側，且該配電裝置室采用戶內開關柜雙列布置，其中35 kV全電纜出線6回，10 kV全電纜出線24回。主變壓器室布置于生產綜合樓與110 kV配電裝置之間，電容器組布置在站區(qū)西側。

由圖1可知常規(guī)方案中各電壓等級配電裝置如下：110 kV配電裝置采用戶外瓷柱式斷路器雙列式布置，且其尺寸大小為58.5 m×33.5 m（1 959.75 m2）；35 kV及10 kV配電裝置均采用戶內開關柜布置于同一配電室，其尺寸為36 m×11 m（396 m2）；10 kV電容器采用框架式成套裝置，其尺寸為11 m×3 m（33 m2）。變壓器的電氣總占地面積為4 550 m2。

圖2 優(yōu)化后的電氣總平面布置圖Fig. 2 A general layout after electrical optimization

1.3.2 優(yōu)化方案的總平面布置

電器總平面布置的優(yōu)化設計方案如圖2所示。

對比圖1和2可以得知，除主變及110 kV配電裝置外，其余設備均采用預制艙，各電壓等級配電裝置如下：110 kV采用戶外GIS單列布置，消弧線圈艙布置于110 kV GIS場地，占地35 m×12.1 m（423.5 m2）；35, 10 kV配電裝置采用一體式預制艙，艙體尺寸為19 m×5.6 m（106.4 m2），艙內35 kV開關柜單列布置、10 kV開關柜雙列布置；10 kV電容器艙體尺寸為6.6 m×3.6 m（23.8 m2）。變壓器的電氣總占地面積為1 507.5 m2。

優(yōu)化后的方案整體布置緊湊合理，站內總建筑面積為0 m2，圍墻內總占地面積僅1 507.5 m2，節(jié)約了3 042.5 m2，約減少了66.9%。

2 配電裝置型式設計的基本原則及優(yōu)化方案

2.1 配電裝置選型優(yōu)化基本原則

配電裝置的型式主要由主接線型式、站址的地形條件、出線方向、施工條件等因素決定。其選取的基本原則包括[2-3]：1）節(jié)約用地；2）運行安全和操作巡視方便；3）便于檢修和安裝；4）節(jié)約三材（鋼材、水泥、木材），降低造價；5）根據(jù)地形地質情況，因地制宜，盡量減少土石方量；6）出線方便，應盡量避免線路交叉跨越，當不可避免時，力求做到交叉跨越最少[3]。

2.2 配電裝置優(yōu)化方案

2.2.1 110 kV配電裝置優(yōu)化

常規(guī)方案中，110 kV配電裝置采用戶外AIS普通中型雙列布置方案，橫向尺寸為52 m，縱向尺寸為30 m，選用架空出線方式，占地面積較大。該變電站站址位于常寧市市區(qū)南三環(huán)以南300 m，為城市建設用地，通過技術及經(jīng)濟比較，本設計推薦110 kV配電裝置采用戶外GIS設備雙列布置，具體配電裝置對比如圖3～4所示。

圖3 優(yōu)化前110 kV AIS配電裝置Fig. 3 Chart of the 110 kV AIS distribution derices before optimizatian

圖4 優(yōu)化后110 kV GIS配電裝置Fig. 4 Chart of the 110 kV GIS distribution devices after optimization

1）技術方案比較

通過對110 kV GIS配電裝置進行優(yōu)化，相較于國家電網(wǎng)公司輸變電工程110（66）kV智能變電站模塊化建設通用設計（2015）版中的A1-2方案，變電站配電裝置的橫向尺寸由30 m優(yōu)化為21 m，縱向尺寸由12.5 m優(yōu)化為9.6 m，所占面積約為通用設計方案的54%；110 kV配電裝置采用GIS立式架空出線方式（如圖5所示）。

圖5 110 kV GIS立式出線圖Fig. 5 GIS vertical line diagram for 110 kV substation

整個配電裝置區(qū)的橫向尺寸由常規(guī)方案的52.0 m減少為21.0 m，縱向尺寸由30.0 m減少為9.6 m，減少占地面積1 358 m2，僅約為常規(guī)方案的13%，優(yōu)化效果明顯。取消110 kV主變進線門型架，全站僅用1個寬21 m的門架取代常規(guī)方案中進出線門架及母線構架，可減少鋼材33 t，節(jié)約投資50萬元。

2）經(jīng)濟比較分析

優(yōu)化前后110 kV配電裝置主要技術指標見表2。

表2 110 kV配電裝置主要技術指標Table 2 Key technical indicators for 110 kV power distribution devices

比較表2中兩方案的技術參數(shù)，可以得知110 kV配電裝置采用GIS設備布置后，其占地面積減少了1 358.4 m2，約為常規(guī)占地面積的13%。通過經(jīng)濟對比分析，采用GIS設備較AIS設備僅增加投資9.38萬元，但GIS氣體絕緣全金屬封閉開關設備不僅供電可靠性高，使用壽命周期長，免維護，且有效地節(jié)約了不可再生的土地資源，節(jié)約了鋼材損耗，充分響應了智能變電站“兩型一化”的建設理念[4-6]。因此，110 kV配電裝置推薦采用戶外GIS方案。

2.2.2 35 kV及10 kV配電裝置優(yōu)化

按照國網(wǎng)“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設原則，本站35, 10 kV配電裝置、主控室、蓄電池室等輔助建筑均采用一體化預制艙，全站實現(xiàn)零建筑，極大地壓縮了變電站圍墻內占地面積[7-9]。

1）技術方案比較

常規(guī)方案建筑如圖6所示，將35, 10 kV配電裝置、二次設備室及輔助功能用房布置在一棟綜合生產樓內。此外，單獨設1個13 m2的蓄電池室及34 m2的二次預制艙，總占地面積為551 m2，35 kV及10 kV配電裝置占地396 m2，二次設備室及輔助功能用房占地面積為108 m2。

圖6 常規(guī)方案建筑圖Fig. 6 An architectural layout of the conventional scheme

優(yōu)化方案35 kV預制窗平面布置見圖7，全站35, 10 kV配電裝置、主控室、蓄電池室等輔助建筑均采用一體化預制艙，35 kV及10 kV預制艙占地面積為246 m2，減少占地面積150 m2，為常規(guī)方案的62%；主控室及輔助功能預制艙占地面積55 m2，減少占地面積53 m2，為常規(guī)方案的51%。

圖7 35 kV預制艙平面布置圖Fig. 7 35 kV prefabricated cabin layout

2）經(jīng)濟比較分析

優(yōu)化前后的35, 10 kV配電裝置主要技術指標見表3。

表3 35 kV及10 kV配電裝置主要指標Table 3 Key technical indicators for 35 kV and 10 kV power distribution devices

通過對表3中不同方案間的數(shù)據(jù)進行比較，本站35, 10 kV配電裝置、主控室、蓄電池室等輔助建筑均采用一體化預制艙，雖然設備費用增加了約136萬元，但設備安裝調試、征地、場地平整及房屋建筑等費用相應減少了約279萬元，因而總投資較常規(guī)方案減少了約143萬元。且全站實現(xiàn)零建筑，響應了“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”的建設要求，減少了現(xiàn)場“濕”作業(yè)和現(xiàn)場設備調試及安裝，縮短了施工周期[10-12]。

3 結論

本優(yōu)化設計主要通過優(yōu)化變電站總平面布置，合理布局，減少輔助建筑物，并緊湊化布置配電裝置、采用小型化設備，節(jié)約了變電站占地面積。

1）設計110 kV配電裝置采用GIS立式架空出線方式，大大壓縮了110 kV配電裝置橫向尺寸。

2）35, 10 kV配電裝置、主控室、蓄電池室等輔助建筑均采用一體化預制艙，實現(xiàn)全站零建筑。

3）優(yōu)化后總平面圍墻內尺寸為36 m×40 m，較常規(guī)方案的65 m×70 m，節(jié)約土地3 110 m2，優(yōu)化后的占地面積僅為常規(guī)方案的32%；建筑占地面積為0 m2，較常規(guī)方案減少了551 m2；

4）優(yōu)化后的變電站總投資1 866.86萬元，較常規(guī)方案減少了434.95萬元，約為常規(guī)方案的81%。

可見，該優(yōu)化設計滿足新一代智能變電站“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設、機械化施工”要求，所提優(yōu)化方案不僅實現(xiàn)了緊湊型布置且降低了工程造價，充分體現(xiàn)了建設資源節(jié)約型變電站的要求，對類似的優(yōu)化設計具有一定的參考價值。

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Design of an Optimized 110 kV Intelligent Substations in Changning City

Lü Shiru1，LI Yong2
（1. School of Electrical and Information Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China；2. Hunan Electricity Transmission &Transformation Facilities Investigation and Consulting Co., Ltd.，Changsha 410000，China）

In view of the construction requirements of the new-generation intelligent substations, namely“standardized design, industrial processing, modular construction, mechanical construction”, as well as the characteristics of transformer substations, based on an improvements made in its general layout and distribution devices,an optimized design has been proposed for 110 kV intelligent substations in Changning city, followed by a comparison between the proposed design and the conventional scheme. The research results show that the floor space of the optimized transformer substation accounts for only 32% of the conventional one; the building blocks cover an area of 0 m2, which decreases by 551 m2compared to the conventional scheme. The dynamic total investment of the optimized substation is reduced by 4 349 500 RMB, accounting for 81% of the conventional scheme.

intelligent substations；optimized design；distribution device；compact layout

TM63

A

1673-9833(2017)05-0059-06

10.3969/j.issn.1673-9833.2017.05.010

2017-03-02

呂詩如（1994-），女，湖南婁底人，湖南工業(yè)大學碩士生，主要研究方向為電力網(wǎng)絡自動化技術及應用，E-mail：512937214@qq.com

李 勇（1970-），男，湖南長沙人，湖南送變電勘察設計咨詢有限公司高級工程師，主要研究方向為變電站一 次設計，E-mail：1245569345@qq.com

（責任編輯：廖友媛）