变电站主变压器低压侧主回路与站用变压器回路共用间隔的布置优化研究

李艾择，李 超，王振蛟，毛杰芳，王 戈

(1.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021；2.辽宁省电力有限公司建设管理中心, 沈阳 110005)

随着我国电网的发展，在变电站配电装置的设计中，节约工程用地、降低工程造价是设计时应该考虑的重要问题之一。变电站配电装置设计的不断优化和创新是我国电力行业发展的基本要求。在变电站中，主变压器(以下简称主变)低压侧无功补偿区域配电装置是变电站重要的组成部分，其场地一般约占整个变电站场地的40%左右，其布置方式直接影响变电站的占地面积，并直接关系到工程投资、运行、维护等许多工程的关键要素。常规500 kV变电站设计中，站用变压器间隔及主变进线回路均布置在主变低压配电装置区域内，且每个间隔均占用独立间隔位置。该布置方式紧凑性差，设计过程中对变电站的占地面积有严格的尺寸要求，需要在工程设计中，对变电站主变低压侧无功补偿配电装置区域设计方案进行优化，寻求减少工程占地面积、减少工程造价投资的最有效措施。

本文以某500 kV智能变电站工程为例，通过对变电站内低压侧户外布置优化方案与常规方案进行比较，研究主回路与站用变压器回路共用间隔的优化布置方案。

1 某500 kV智能变电站新建工程概况

1.1 工程规模

某500 kV智能变电站新建工程，根据电力系统规划，500 kV本、远期均采用1个半断路器接线，500 kV本期2线2变，组成1个完整串和2个不完整串，安装7台断路器；远期10线4变，组成7个完整串，预留2组高压并联电抗器位置；220 kV本期采用双母线接线，远期采用双母线双分段接线，不设旁路母线。220 kV本期出线4回，2组主变，共6个连接元件，安装7台断路器；远期出线16回，4组主变，共20个连接元件；66 kV采用以主变为单元的单母线接线。远期每组主变66 kV侧各装设3组60 Mvar并联电抗器和2组60 Mvar并联电容器。本期每组主变66 kV侧各装设1组60 Mvar并联电抗器、1组60 Mvar并联电容器和1台站用变压器，共装设2台主回路断路器。

1.2 配电装置布置

500 kV、220 kV配电装置采用户外混合气体绝缘开关设备(HGIS)，屋外悬吊管型母线中型布置。主变采用单相、自耦、油浸、无励磁调压式变压器。66 kV配电装置采用空气绝缘开关(AIS)罐式断路器，66 kV隔离开关采用双柱水平旋转式隔离开关，66 kV电压互感器采用电容式电压互感器，66 kV电容器采用常规框架式电容器，电抗器采用油浸式。66 kV采用户外支持管型母线中型布置。

1.3 站用电配置

本站远景按2路站用工作电源和1路站用备用电源规划，本期一次建成，共安装2台66/0.4 kV油浸式变压器和1台10/0.4 kV油浸式箱式变压器。其中2台站用工作变压器高压侧分别引接于1号、3号主变66 kV配电装置主母线，另一台站用备用变压器经电缆引接至站外10 kV电源，并考虑新型能源接入站用电0.38 kV系统。本工程同时考虑微电网系统接入站用电系统。

2 设计和优化原则

2.1 设计总原则

火力发电厂及变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置形式时，必须满足下列四点要求[1]：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约三材，减低造价。

2.2 优化原则

按照DL/T 5352—2006《高压配电装置设计技术规程》，满足电力系统规划和电气接线要求；在满足生产运行安全、维护检修方便等技术要求的前提下，减少占地面积，节约土地资源[2]。

3 配电装置布置方案探讨

3.1 常规变电站主变低压侧配电装置布置方案

目前国内设计的变电站主变低压侧多数采用敞开式设备，主回路单独设置一个间隔，设置主回路构架，通过架空的软导线将汇流母线和主母线连接。站用变压器和无功补偿装置(本设计方案以利州变电站采用的“低压电容器、低压电抗器”为例)回路各设置一个间隔。根据实际无功补偿装置设备布置情况，低压电容器组间隔长度一定且相对其他间隔长度最长，布置后致使站用变压器间隔和主回路间隔靠近道路位置处出现空余场区。常规变电站主变主回路间隔断面见图1，变电站主变及66 kV低压侧布置平面见图2。图中1为主变；2为总断路器；3为主回路隔离开关；4为站用变压器回路断路器；5为站用变压器回路隔离开关；6为站用变压器；7为汇流母线；8为主母线；9为支柱绝缘子；10为架空软导线；11为主回路构架；12为主变压器构架；13为500 kV配电装置进线；14为220 kV配电装置进线；15为220 kV主变进线避雷器；16为电容器回路隔离开关；17为电容器回路断路器；18为电容器组；19为电抗器回路断路器；20为电抗器组；21为电缆沟。

图2 常规变电站主变及66 kV低压侧布置平面图

3.2 主变主回路与站用变压器回路共用间隔的优化布置方案

为提高空余场地利用率，改善配电装置的布置形式，考虑到站用变压器占地面积较其他无功补偿装置(低压电容器、低压电抗器等)小，本优化方案采取将站用变压器与主变低压侧主回路进线间隔共用同一间隔布置的方式，具体布置方案如下。

设置主回路构架，通过架空的软导线将汇流母线和主母线导接，并且将站用变压器通过隔离开关和断路器引接至架空软导线，形成与主母线有效连接的回路。优化后主变及66 kV低压侧布置平面见图3，优化后主变低压侧主回路和站用变压器间隔断面见图4。

图3 优化后主变及66 kV低压侧布置平面图

图4 优化后主变低压侧主回路和站用变压器间隔断面图

通过上述优化设计的布置方案，有效利用配电装置横向空间，使低压无功补偿区域布置更加灵活、大大节省无功补偿区域占地面积。

3.3 优化方案特点

本优化方案将站用变压器与主变低压侧主回路进线间隔共用同一间隔布置。根据无功补偿装置设备占地面积，具体情况可以具体分析，也可将低压电抗器或低压电容器引接至站用变压器位置。

通常站用变压器占地面积小于其他低压无功补偿装置占地面积，纵向布置尺寸小于低压电抗器和低压电容器，将站用变压器接入主回路间隔，在整体纵向尺寸不变的情况下，采用站用变压器引接至主回路间隔更易于缩小配电装置横向距离。

3.4 技术方案比较分析

通过上述优化，单组主变压器低压侧布置方案占地面积对比见表1。

表1 单组主变低压侧常规与优化布置方案对比

从表1数据可以看出，常规方式布置时，站用变压器需要单独占用一个间隔，布置不紧凑，主变低压侧配电装置横向占地面积较大，纵向出现空余场区无法得到有效利用。而优化后的布置方案布置紧凑，单组主变下减少了1个间隔占地面积，缩小主变低压侧配电装置横向尺寸约9.0 m，纵向尺寸由于电容器间隔限制道路位置，仅仅增加0.3 m。

最终优化后，减少单组主变及低压侧配电装置占地面积约535.50 m2,本工程运行2组主变，布置形式相同，共减少单组主变及低压侧配电装置占地面积约1 071 m2,降低施工工程造价约4×105元。

4 结论

a.通过上述优化设计方式，配电装置取消了站用变压器专用间隔设置，使配电装置低压侧布置紧凑，缩小主变低压侧配电装置横向尺寸，节省占地面积，降低工程造价，具备可观的经济和社会效益，有很高的应用和推广价值。

b.本优化方案适用于变电站低压侧采用以主变为单元的单母线接线，装设总断路器，变电站低压侧采用敞开式设备，且配置电容器或电抗器无功补偿装置。

c.本技术研究适用于主变低压侧设有主变进线回路、无功补偿装置或站用变压器的变电站，对于其他不涉及上述内容的变电站具有局限性。

d.本文研究方案在某500 kV智能变电站工程中已应用。该站现已投运3年，且运行良好，并获得国家优质工程“鲁班奖”。本方案的应用达到预期效果，并成功获得“一种主变压器低压侧配电装置共间隔布置方法”的专利技术证书。