基于“空间布置”理念的110 kV全户内变电站平面布置优化设计

朱德斌， 门富媛， 贺丹丹， 吴义纯

(1.安徽华电工程咨询设计有限公司， 安徽 合肥 230022；2．国网安徽省电力有限公司培训中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

随着城市建设的发展，土地资源日益稀缺，城市地区变电站普遍采用全户内型式。为解决变电站选址与城市规划间存在的矛盾，需进一步优化变电站电气布置，实现变电站建设的资源节约和环境友好。

文献[1-5]采用小型化GIS组合电器压缩配电装置尺寸，但经济性需要评估；基于“空间布置”理念，文献[2-7]提出主变本体与散热器分体错位布置，文献[5-7]提出“大车间”配电装置型式，向空间要平面，提升空间利用率，实现户内变电站小型化设计。

110 kV户内站数量众多，但鲜有对其开展小型化设计。本文针对当前广泛应用的国家电网通用设计110 kV全户内变电站方案(110-A2- 6)[8]开展电气平面优化设计：主变采用水平分体错位布置；散热器下方布置无功设备及功能房间；提出“纵旋开关柜+二次屏柜”小车间；消防通道“U”型布置；消防水池布置于道路下方；实现土地利用集约化。

1 生产综合室布置优化

1.1 工程规模

本文基于国家电网通用设计110 kV全户内变电站方案(110-A2- 6)[8]开展电气平面优化布置研究。该方案终期规划3台50 MVA主变压器，每台主变低压侧装设1组4.8 Mvar和1组3.6 Mvar电容器；110 kV出线4回，采用单母线分段接线；10 kV出线36回，采用单母线三分段接线。该方案电气平面布置面如图1所示：主变采用水平分体式，一列式布置；110 kV采用户内GIS组合电器，电缆进出线；10 kV开关柜采用金属铠装中置式开关柜单层双列布置，架空进线、电缆出线。

1.2 主变压器布置

相比于一体式片散，分体式片散具有散热效果好、噪声污染小等优点，在全户内变电站中得到广泛采用。由于设备小型化技术已达瓶颈，水平分体布置的变压器室侧横向尺寸难以压缩，若采用垂直上下分体布置，散热器将位于主变本体上方，建筑物高度显著增加，建筑成本代价较大。

基于“空间布置”理念，本站主变压器采用本体与散热器水平分体错位布置方式，散热器抬高，下方布置10 kV电容器、接地变及功能房间，充分利用纵向空间。

国家电网通用设备选型对110 kV分体式双绕组变压器尺寸要求为本体(不含油枕)不大于2.5 m×7 m、散热器不大于3.4 m×6.8 m[9]，结合主变各侧运维通道宽度0.8 m及110 kV电缆终端与墙体间的安全净距0.85 m[10]要求，并考虑散热器下方电容器组、接地变的布置需求，主变压器室及散热器室横向宽度与通用设计方案一致，即分别为7.5 m、6 m。优化后的主变压器断面布置图，如图2所示。

图2 主变压器断面布置图

1.3 无功设备布置

本站10 kV电容器组选用户内组装框架式并联电容器装置，根据国家电网公司通用设备选型，10 kV 3.6 Mvar、4.8 Mvar户内框架式电容器装置尺寸均不大于4.4 m×1.7 m[9]。10 kV电容器组采用“背靠背+面对面”布置型式，#1、#2主变低压电容器间设置防火墙，保障设备可靠运行，如图3所示。

图3 无功补偿室平面布置图

1.4 10 kV配电装置布置

1.4.1 纵旋开关柜

10 kV开关柜多采用中置式开关柜，近年来，10 kV纵旋式开关柜在国家电网设计竞赛试点工程中得到应用。如表1所示，可在不增加设备成本的前提下，利用其柜体宽度小的特点节约占地；利用其结构简单、通风性能好的特点改进散热去潮性能；利用纵旋可见断口和电动远操功能提高运行安全性和智能化水平。

表1 纵旋开关柜和常规手车柜柜体尺寸比较表

图4 纵旋开关柜断路器手车示意图

如图4所示，由于断路器沿柜体纵向布置，柜体宽度主要为隔离断路器旋转至水平位置的固封极柱长度，1250 A及以下柜体宽度仅为600 mm，达到了气体绝缘开关柜小型化水平。相比于常规中置式开关柜横向布置方式，断路器的布置空间由横向尺寸800～1000 mm增加至1400 mm，完全满足内部绝缘净距125 mm的要求，安全裕度大。

1.4.2 “纵旋开关柜+二次屏柜”小车间

本站10 kV开关共含57面开关柜(36面馈线柜、6面电容器柜、3面接地变柜、4面母设柜、4面主变柜、2面分段开关柜及2面分段隔离柜)。开关柜布置采用单层单列布置，10 kV开关柜模块尺寸大小为35.8 m×1.7 m。

基于“大车间”理念，本站取消独立二次设备室，提出“纵旋开关柜+二次屏柜”小车间，如图5所示，开关柜与二次屏柜共室双列布置，共同运输维护通道、公用检修场地。

图5 “纵旋开关柜+二次屏柜”小车间平面布置图

1.5 110 kV配电装置室布置

国家电网通用设计中，110 kV户内GIS单间隔宽度为1 m。根据运行部门反馈，现有GIS相邻间隔设备间距太小，不便于现场运维。本站结合总平面整体布置，充分利用建筑物纵向尺寸，GIS间隔宽度选为1.5 m，提高运维便利性。

1.6 优化后生产综合室电气平面布置

优化后生产综合室电气平面布置如图6所示，生产综合室建筑尺寸为50.5 m×17.5 m，建筑面积为833.75 m2，较国家电网通用设计A2- 6方案减少239.75 m2，减少了22.3%。

2 总平面布置优化

2.1 横向尺寸优化

将消防泵房放置于#3主变散热器室下方，消防水池邻近布置于道路下方，将原横向尺寸由84.5 m减小至71.5 m，有效压缩站区横向尺寸。

2.2 纵向尺寸优化

取消环形道路，将配电装置室南侧墙体兼作变电站围墙，相应门窗增设五防门锁，站内道路采用“U”型布置，满足消防要求，纵向尺寸由40 m减小至28 m，站区纵向尺寸得到有效压缩。

2.3 优化成果

总平面整体布局合理紧凑，围墙内占地面积为2002 m2，较国家电网通用设计110 kV全户内变电站方案(110-A2- 6)[8]案减少40.77%。优化方案节约用地、节约投资效果显著，社会效益及经济效益良好。优化后的电气总平面如图7所示。

图7 优化方案电气总平面布置图

3 结论

本文以国家电网通用设计110 kV全户内变电站方案(110-A2- 6)[8]为例，开展变电站电气平面布置优化设计。基于“空间布置”理念，主变本体与散热器采用水平分体错位布置，合理利用纵向空间；采用纵旋式开关柜，基于“大车间”理念，提出“纵旋开关柜+二次屏柜”小车间，共同运输维护通道、检修场地；结合全站平面布置，GIS设备单间隔宽度选为1.5 m，提升运维便利性；消防通道“U”型布置，并将消防水池布置于道路下方。优化方案全站建筑面积833.75 m2，围墙内占地面积为2002 m2，较国家电网通用设计分别减少22.3%、40.77%。