紧凑型变电站主变室的优化研究

禇 强，叶 军

(上海电力设计院有限公司，上海 200025)

随着社会经济的不断发展，不少大中型城市供电负荷迅猛增长，一方面为满足电网客观要求，越来越多的变电站需要深入市中心，另一方面，城市土地资源稀缺，城市变电站设计在优化创新布置、节约用地、优化土地利用方面开展研究。城市紧凑型户内变电站一般位于市区负荷中心，宜采用大容量的主变压器，增加变电容量，降低单位造价，提高建设城市户内变电站的效益。

常见的户内型变压器的布置方式有一体式、水平分体式和上下分体式。当容量较大时，一体式变压器体积较大，不宜放置在户内，因此户内变电站的主变布置方式多采用分体式，其中水平分体式最为常见。同时，全户内变电站更接近于居民住宅区等对噪声敏感的区域，主变压器选择的关键因素是散热和降噪，变压器位于建筑内，如何较好地散热并降低变压器噪声影响是户内变电站设计的关键之一。采用变压器本体和散热器分体布置，本体密闭于户内，散热器自冷布置于半户外是较好的解决方案，在城市户内变电站设计中已广泛采用。本文所讨论主变室尺寸即为水平分体式的主变。在容量方面，110 kV城市户内变电站的宜采用50 MVA变压器，同时考虑远景变压器容量达到80 MVA；220 kV城市户内变电站的宜采用240 MVA变压器，同时考虑远景变压器容量达到300 MVA。本文通过调研多个国内外常见主变厂家的产品，从主变运输通道尺寸、试验净高要求、巡视及检修通道尺寸、吊装尺寸等方面进行分析及在优化，在主变室尺寸，主要是净高方面，较典型的变电站主变室有所减小，室变电站整体尺寸更适应紧凑型的要求，同时也能降低造价，带来可观的经济效益[1-2]。

1 220 kV主变室尺寸优化

1.1 220 kV主变室运输通道的优化

主变由平板车运抵现场后，使用滑板、千斤顶等进行主变卸车就位。由此可知，因主变都是单台布置在独立的主变室内，所以运输通道只需考虑有千斤顶安放空间和施工人员操作空间即可，这两种需求空间都不大，对运输通道并无特别要求。

1.2 220 kV主变室巡视检修通道优化

国家电网有限公司相关典型设计中，220 kV主变室长宽尺寸为15.0 m×10.0 m，散热器室长宽尺寸为15.0 m×7.0 m[2]。

根据调研，考虑油枕安装在本体上，容量为240 MVA的220 kV主变本体一般长小于12.0 m(含油枕)，宽小于3.0 m。首先在主变室宽度方向上，考虑主变高中压侧本体至电缆头支架、电缆头支架至墙各预留1.5 m的巡视通道，则主变室宽度可由10.0 m缩至9.0 m，考虑220 kV中性点带电距离要求，按1.0 m核算，9.0 m也可满足要求；在长度方向上，主变两头各预留1.5 m巡视通道，现行典设满足要求，若房间长度有限制，可以考虑缩短油枕至墙的距离，巡视人员从油枕下方可以通过。若考虑变电站以后存在主变扩容的可能性，300 MVA主变本体长宽均与240 MVA主变并无太大差异，因此15.0 m×9.0 m依然可以满足要求。其次，240 MVA的220 kV主变散热器一般长小于12.0 m，宽约为3.5 m，因此在散热器室宽度方向上，同样考虑散热器两侧各预留1.5 m巡视通道，现行典设7.0 m的房间宽度满足要求。但若考虑变电站以后存在主变扩容的可能性，300 MVA主变散热器长度不变，宽度约4.1 m，因此可以适当将散热器室宽度扩大至7.5 m；在长度方向上，依然考虑15.0 m比较合理，因此建议主变散热器房间尺寸为15.0 m×7.5 m。

1.3 220 kV主变吊装对主变室层高的影响

1.3.1220kV主变室典型高度

考虑220 kV主变容量为240 MVA，电压等级为220/110/35 kV。本文主变布置仅考虑水平分体布置形式，由于主变散热器室上方敞开布置，因此不存在高度问题，再此可仅考虑主变本体房间的高度。典型的220 kV变电站中GIS布置在一层、二层两种方案中，主变室剖视图如图1和图2所示。主变屋顶均采用坡屋面，图1中，主变房间最低点高度10.9 m，主变室内梁高按0.8 m考虑，主变室净高在10.1 m以上；图2中，主变房间最低点高度10.6 m，主变室内梁高按0.8 m考虑，主变室净高在9.8 m以上。

图1 220 kV主变室剖视图一

图2 220 kV主变室剖视图二

1.3.2主变吊装所需空间尺寸

由于主变运输质量非常大，一般在170 t左右，一般主变室预留门洞尺寸为5.0 m×6.0 m，另外在主变室6.0～7.0 m高的地方有一道结构圈梁，若采用吊车吊装，需采用大型吊车吊装，除经济上不合适外，吊臂也无法直接深入主变室直接进行主变就位。因此，主变运输安装一般采用平板车运至主变室外墙边位置，然后采用导轨或滚木，配合千斤顶及主变室预留主变拉环将主变慢慢推进主变室就位。而主变套管及油枕则利用主变室梁底预留吊钩进行吊装。经过选取国内外常见厂家主变进行调研可知，主变运输高度一般在5.5 m以下，因此主变本体安装所需高度并不是决定主变室高度的关键因素，由此只需考虑套管及油枕吊装所需高度即可。图3为主变套管吊装示意图，对220 kV主变而言，220 kV套管长度最大，长度L约2.1 m，安装时套管底部离法兰面最小高度h需大于100 mm。在常见主变厂家的产品中，西门子主变220 kV套管法兰面最高，达到5.5 m左右，因此主变套管吊装离主变室地面最小高度H不超过7.6 m，考虑吊钩底部预留一定的吊装空间，按1 m考虑的话，主变室净高不大于8.6 m。另外，经比较，220 kV主变油枕高度一般不超过主变最高套管的高度，因此8.6 m亦满足主变油枕吊装要求[3-5]。

图3 主变套管吊装示意图

1.4 220 kV主变试验对主变室层高的影响

主变试验一般在出厂前在厂内进行，若该站比较重要，需要在现场做试验。一般情况下，220 kV主变现场试验只做局放试验，不做耐压试验，可以考虑经低压侧套管进行试验。试验套管就考虑采用原先套管，经比较可知，并同时考虑典型站中，主变110 kV侧套管可能含有套管流变，因此有较高的升高座，套管高度最高的为东芝公司的产品，高度达到5.4 m，其他厂家产品都要低于该高度。同样，根据主变耐压试验要求，考虑局放试验是从低压侧进行，带电距离控制在0.5 m以上，因此主变35 kV套管位置房间净高需要5.9 m，要求较低，现有220 kV典型站方案均能满足要求。

由分析可知，220 kV主变室高度相对于典型站来说还有1.3 m空间可以优化，即使土建严格按照典型220 kV主变室吊钩底部离地8.5 m考虑，参照最大主变尺寸的话，也刚好可以满足要求。因此，在外部条件限制的情况下，若主变室无法按常规布置，对高度有一定限制时，可适当减小吊装空间，最多可降低约0.5 m，这样主变室吊钩底部净高可以控制在8.0 m左右，因此提供了压缩主变室空间的可能性，可以适当予以考虑[6]。

2 110 kV主变室尺寸优化

2.1 110 kV主变室运输通道的优化

110 kV主变运输就位方案基本同220 kV主变，运输通道只需考虑有千斤顶安放空间和施工人员操作空间即可，对运输通道并无特别要求。

2.2 110 kV主变室巡视检修通道优化

国家电网公司110 kV变电站最新的典设方案中，主变室长宽尺寸为10.0 m×7.5 m，主变散热器室长宽尺寸为10.0 m×6.0 m，如图4所示。上海110 kV变电站典型设计中，主变室长宽尺寸为9.6 m×6.4 m，主变散热器室长宽尺寸为9.6 m×5.5 m，如图5所示[3]。

图4 国网方案110 kV变电站主变及散热器室布置

图5 上海典型50 MVA 110 kV变电站主变及散热器室布置

经调研，常见主变厂家110 kV/10 kV电压等级，容量为50 MVA的变压器长宽尺寸不大于6.5 m×2.5 m，若油枕安装于本体之上，长宽尺寸不大于7.2 m×2.5 m。主变室宽度方向上，考虑主变高压侧主变本体至110 kV电缆头支架、电缆沟支架至墙距离分别考虑1.2 m的巡视通道，主变低压侧支架较多，预留1.5 m的巡视通道，则主变室宽度可控制在6.4 m左右；在长度方向上，考虑主变两头各留1.5 m巡视通道，则房间长度9.5 m可以满足要求，即使考虑油枕安装在本体上的情况下，油枕下方可以供运行维护人员通过，9.5 m亦能满足要求。若考虑主变存在扩容的可能性，常见容量为80 MVA的变压器长宽尺寸一般在7.6 m(含油枕)×2.5 m左右，宽度方向不变，长度方向考虑两头各留1.0 m的巡视检修通道的话，则房间长度9.6 m可以满足要求。综合分析，因主变室宽度方向上管线较为集中，并且80 MVA主变低压侧一般需采用封闭固体绝缘母线作为主变引线，占用空间相对铜母排来说更大，6.4 m宽度的主变房间就显得较为拥挤，可适当扩大0.4 m左右。同时，考虑装配式变电站的特点，为了提高预制板的通用性及便于加工，建议模数为整数，因此推荐主变房间尺寸为10.0 m×7.0 m。

对于主变散热器房间，容量为50 MVA的主变散热器长宽尺寸不大于7.2 m×3.0 m，容量为80 MVA的主变散热器长宽尺寸不大于7.2 m×3.5 m。考虑散热器两侧、两头各预留1 m巡视检修通道，且存在主变扩容的可能性，散热器房间长度9.2 m，宽度5.5 m即可满足要求。因主变散热器与本体为水平分体布置，散热器房间长度方向应与主变房间保持一致。因此，推荐主变散热器房间尺寸为10 m×5.5 m。50 MVA、110 kV变电站主变及散热器室推荐布置如图6所示。

图6 50 MVA、110 kV变电站主变及散热器室推荐布置

2.3 110 kV主变吊装对主变室层高的影响

2.3.1110kV主变室典型高度

考虑110 kV主变容量为50 MVA，电压等级考虑110/10 kV。主变布置同220 kV主变，仅考虑水平分体布置形式，仅考虑主变本体房间的高度，给出了典型的110 kV变电站中主变室剖视图，如图7所示。主变屋顶采用坡屋面，主变房间最低点高度9.6 m，主变室内梁高按0.6 m考虑，主变室净高在9.0 m以上。

图7 50 MVA、110 kV主变室剖视图

2.3.2主变吊装所需空间尺寸

110 kV主变运输质量一般在60 t左右，主变室预留门洞尺寸为4.0 m×4.2 m，另外在主变室4.5～5.5 m高的地方有一道结构圈梁。同样，与220 kV主变一样，采用吊车吊装并不合适，主变运输安装采用平板车运至主变室外墙边位置，然后采用导轨或滚木，配合千斤顶及主变室预留主变拉环将主变推进主变室就位。而主变套管及油枕则利用主变室梁底预留吊钩进行吊装。选取国内外常见厂家主变进行调研可知，主变运输高度一般在4.0 m以下，因此只需考虑套管及油枕吊装所需高度即可。参考图7中主变套管吊装示意图，对110 kV主变而言，110 kV套管长度最大，长度L约1.6 m，安装时套管底部离法兰面最小高度h需大于100 mm。在常见主变厂家的产品中，西电主变110 kV套管法兰面最高，可达到4.1 m左右，因此，主变套管吊装离主变室地面最小高度H不超过5.7 m，考虑吊钩底部预留一定的吊装空间，按1 m考虑的话，主变室净高不大于6.7 m。另外，如图所示，110 kV主变油枕高度一般不超过主变最高套管的高度，因此6.7 m亦满足主变油枕吊装要求[7-9]。

2.4 110 kV主变试验对主变室层高的影响

110 kV主变110 kV侧一般无套管流变，因此不存在升高座，套管高度最高的西安西电的产品，高度达到5.7 m，其他厂家产品都要低于该高度。同样，一般情况下，110 kV主变需在现场进行耐压试验，且耐压试验必须在110 kV侧进行，根据耐压试验要求，充分考虑裕量，110 kV耐压试验带电距离控制在1.5 m左右，此时主变110 kV套管位置房间净高需要7.2 m。现有110 kV典型站方案均能满足要求[6]。

若考虑未来主变更换为80 MVA容量的可能性，以某一国内厂家产品为例，其尺寸如图8所示。高压侧套管比50 MVA主变高约300 mm，因此主变110 kV套管位置房间净高需要7.5 m。

图8 某国内80 MVA主变尺寸

由图8分析可知，110 kV主变室高度相对于典型站来说还有优化空间，至少还有1.5 m以上空间可以压缩，即便是土建严格按照常规110 kV典型站吊钩底部净高8.0 m的要求来进行主变房间设计，仍可有0.8 m以上压缩空间，即使考虑主变增容至80 MVA的可能性，仍有0.5 m以上的压缩空间。但考虑到变电站外立面的规整及通风散热效果更好，现行典型方案中主变室高度可不做修改。在外部条件限制的情况下，若主变

室无法按常规布置，对高度有一定限制时，本结论提供了压缩主变室空间的可能性，可以适当予以考虑。

3 结语

(1)主变房间的净高要求主要受主变现场试验及吊装所需高度制约。

(2)对不同主变厂家的产品尺寸及现场试验要求进行调研后，提出可将220 kV主变房间、110 kV主变房间高度可在有外部条件限制的情况下净高要求分别下调0.5 m。

主变房间净高要求降低后，可进一步压缩变电站的层高，使之更加适应城市型变电站的要求。