特高压变电站1 000kV出线架构高度优化分析

夏明昭，屈彦明，张伟钊，常伯涛

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

特高压变电站1 000kV出线架构高度优化分析

夏明昭，屈彦明，张伟钊，常伯涛

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

介绍1 100kV GIS套管的结构及参数，分析了1 100kV GIS套管基座、1 000kV绝缘子串，吊车的选择、吊装布置等对出线架构高度的影响，提出将1 000kV出线架构高度优化至38m的吊装优化方案，优化后架构基础混凝土工程量及钢材用量均大大降低，降低了变电站的工程投资。

1100kV GIS套管；出线架构；优化

特交流特高压变电站中，1 100kV GIS套管的不带电吊装是1 000kV出线架构的高度主要决定因素。在最近建设的特高压变电站中，考虑到悬垂V型绝缘子串对吊装的影响，1 000kV出线构架高度取41m。通过对已有的1 000kV变电站建设经验和成果的总结，结合设备制造、安装水平及已有工程经验，根据已建1 000kV变电站工程GIS套管施工方案的调研结果，对1 000kV出线构架高度进行了进一步的优化。

1 影响出线架构高度的因素

特高压变电站中，出线架构高度的影响因素主要有设备参数和吊装方案两方面。设备参数主要包括：GIS套管参数、套管基座高度、绝缘子串长度等；吊装方案对出线架构高度的影响主要包括吊装步骤、吊车选择、吊车布置等。

1.1 设备参数

1.1.1 GIS套管参数

1 100kV GIS套管是GIS中的关键设备。目前，1 100kV GIS所采用的套管主要有复合套管和瓷套管。特高压交流示范工程及皖电东送工程中所有1 000kV配电装置的套管均采用气体绝缘复合套管或气体绝缘瓷套管。1 100kV GIS气体绝缘复合套管主要由空心复台绝缘子、导管、屏蔽件、支持件、端于和法兰组成。1 100kV GIS气体绝缘瓷套管的组成部分包括套管基座，空心绝缘子，套管内屏蔽，套管外均压环［1］。瓷套管长度12.1m，重量7t，复合套管长度11.7m，重量约为4.7t。1.1.2 套管基座高度

套管基座不仅仅起到套管支撑作用，侧面还要和GIS管道相连接。基座设计除考虑内部电场强度要求及机械性能要求外，还要考虑设备运行安全和电磁环境要求。从基座高度4.5～7.5m范围进行计算的结果来看，选择基座高度5～6m比较合理。据研究报告表明：如果将基座高度提高到6.5 m，套管下端的外部电场强度将下降约25%。

目前GIS套管升高座高度为5m和5.91m，安装后套管顶部距地最大距离约为18m。

1.1.3 绝缘子串长度

安装有悬垂绝缘子串的不带电吊装是决定出线构架高度的主要因素。

特高压交流试验示范工程1 000kV悬垂V型绝缘子串采用160kN三伞型瓷绝缘子，单片高度160mm，每串59片，上部挂点跨距7.5m，等值长度约9.44m，考虑均压环及绝缘子串链接金具的高度并考虑一定的裕度，1 000kV绝缘子串的安装高度取12.5m［2］。

1.2 吊装方案

1.2.1 吊装步骤

套管的吊装主要有两大步骤：起立，套管由水平状态立起为竖直状态，并放置在安装台上；吊装，套管改为竖直状态后，拆卸运输用保护罩，安装在GIS上。

采用厂家配套的专用吊具，吊车布置在出线构架外侧。吊装前首先装好吊具，套管吊具固定在瓷瓶上部1／5左右，吊机中心至套管中心距离为8～10m，在套管端部的法兰位置和套管颈部安装专用工装，进行整体吊装，确保瓷套在吊装过程中不受损伤。

采用2台吊车同时起吊的方式，同时启动2台吊车，缓慢从套管包装箱内吊起套管至距地面3 m高，套管成水平位置，法兰端的吊车停止上升并开始下降，同时顶端的吊车继续上升，直至套管到达竖直位置；将套管缓慢移至套管基座处，将套管从上方轻轻地吊下，安装在套管基座上［3］。套管吊装示意见图1。

图1 套管吊装示意

1.2.2 吊车选择

根据目前我国特高压的施工经验，吊装中采用汽车起重机。该工程采用100t主吊车加25t辅助吊车的双吊车起吊方案，并采用厂家配套的专用吊具，吊装前首先装好吊具。吊车停靠在出线套管侧路面上，吊机中心至套管中心距离为10～20m，根据100t汽车吊的特性，可以安全起吊约10t重物。施工过程中套管头部使用100t吊车，端部使用25t吊车。

1.2.3 吊车布置

由于1 000kV悬垂串安装完成后长度达到12.5m左右，大于出线门型架至终端塔的第一跨出线站内侧弧垂，而GIS出线侧套管吊装时考虑在出线架构外侧布置吊车，因此在先安装绝缘子串后安装套管的情况下，梁下方安装有悬垂绝缘子串的不带电吊装GIS套管成为决定出线构架高度的主要因素。如果可以避开绝缘子串的高度，对于架构高度的优化是具有重要意义的。与常规吊装方案不同的，该工程在吊装过程中通过合理的选择及布置吊车，找到恰当的吊装位置，避开绝缘子串对吊装的影响，出线架构高度主要由套管安装完成后的设备高度决定。吊车布置见图2。

图2 吊车布置示意

2 起吊及架构高度确定

2.1 起吊高度确定

从上面描述的吊装步骤可以看出，吊装GIS套管中吊车最高点的高度由套管为完全竖直状态放置于套管升高座上时的吊车的起吊高度决定。

套管竖直状态时，专用吊具长度主要有竖直方向总长度约为12.5m的钢丝绳1m连接板、2 m钢丝绳；吊钩及吊索的长度取3m，吊装高程取2 m、套管升高座取5.9m、GIS基础高度取0.15m。

结合以上分析，当套管为完全竖直状态时，由此确定的吊车起吊高度最高，起吊高度h为：

2.2 架构高度确定

在以往特高压工程中，安装有悬垂绝缘子串的情况下不带电吊装GIS套管成为决定出线构架高度的主要因素，出线架构高度应大于26.55m＋12.5m，即39.05m，再考虑一定的裕度，架构高度取41m。

通过对吊装方案的优化，避开绝缘子串对吊装的影响，出线架构高度主要由套管安装完成后的设备高度决定，考虑到构架下方的GIS套管引上线施工的受力、美观和便利，该段引上线高差控制在不小于8m，出线构架高度取38m。吊装断面见图3

图3 GIS出线套管吊装断面示意

3 优化前后经济效益比较

3.1 构架的钢材用量

由于出线构架的导线挂点的降低，不仅减少了架构自身几何尺寸，也大大降低结构的内力，因此架构的钢材量大大降低，显著的节省了变电站的工程投资。

结合实际工程中1 000kV出线架构的布置形式，同时为了方便对比分析，研究对象取两跨两回出线架构为一个计算分析单元。架构出线导线荷载按照电气专业提供的荷载为输入参数值，设计风速为30m／s，导线最大水平荷载H为100kN，垂直荷载V为60kN，1 000kV架构出线导线最大偏角不大于5°，与41m时相比，出线构架高度为38m时，构架柱钢材量减少9t，减少6%。

3.2 构架基础

由于出线构架导线挂点的降低，构架的上拔力大大降低，因此基础体积得到显著优化，节省了架构基础混凝土工程量。与41m时相比，出线构架高度为38m时，基础混凝土工程量减少24m3，减少了5%。

4 结论

以上提出了一种1 100kV GIS套管不带电吊装方案，对1 000kV出线构架高度进行优化。通过合理配置吊车，并对吊车的位置进行优化，在吊装时避开V型绝缘子串，可使出线构架高度优化为38 m。出线架构高度优化后，架构基础混凝土工程量减少了22.2%、钢材用量减少了20.6%，显著的节省了变电站的工程投资，经济效益显著。

［1］王晓琪，吴春风，李 璿，等.1 000kV GIS用套管的设计，高电压技术，2008，34（9）：1792-1796［J］.

［2］吴祎琼，黄宝莹，邱 宁，等.1 000kV绝缘子选型及组串方式研究［J］.电力建设，2007，28（1）：8-12.

［3］贺 虎，韩书谟，王延豪，等.交流特高压晋东南变电站1 100kV GIS设备的现场安装管理［J］.电网技术，2009，33（4）：11-16.

本文责任编辑：罗晓晓

HeightOptimalAnalysison1000kVLineArchitectureinUHV

Xia Mingzhao，Qu Yanming，Zhang Weizhao，Chang Botao
（Hebei Electric Power Design ＆ Research Institute，Shi Jiazhuang 050031，China）

This paper briefly introduces the structure and parameters of 1 100kV GIS（Gas Insulated Switchgear）bushings，analyzes 1 100kV GIS casing base，1 000kV insulator string，the choice of the crane，hoisting position and height of the outlet architecture，proposes the lifting optimizing scheme，ilustrates the 1 000kV line structure optimization to 38m，Optimized architecture foundation of quantities of concrete and the steel consumption is greatly reduced，significantly save engineering investment of substations.

1 000kV GIS bushing；line architecture；optimize

TM595

B

1001-9898（2015）03-0006-02

2015-03-02

夏明昭（1987－），男，工程师，主要从事电力系统一次方面的设计研究。