新一代智能变电站平面布置优化设计_史京楠

Layout Optimization Design of New Generation Smart Substation
SHI Jingnan，HU Junhui，HUANG Baoying，YΒιβλιοθήκη BaiduNG Xiaoguang
（ State Pow er Economic Ｒesearch Institute，Beijing 100052，China） ABSTＲACT： The construction objectives of new generation of smart substation，w hich are “highly integrated system， reasonable structure and layout， advanced and applicable equipment， economical， energy saving and environmental protection，support of integrated control”，put forw ard new requirements for all aspects of smart substation construction． The general layout of electrical system is one of the important contents of substation design，w hich can significantly reflect the reasonable structure and layout of substation． Combined w ith the actual situation of engineering construction，this paper collated the ideas of general layout optimization of the electrical system，organized and summarized the influence factors of the layout of pow er distribution unit and electrical system． Based on the applications of the new equipments and techniques， such as the optimization of the main electrical w iring，the integrated smart devices，and container type building，this paper proposed the optimization design scheme w ith taking the typical schemes in general design as boundary conditions，and technically compared the scheme w ith current smart substation． Finally，the direction of layout optimization for four types of new smart substations w as proposed，including 220 kV outdoor air insulated sw itchgear （ AIS ） ，220 kV outdoor gas insulated sw itchgear （ GIS） ，and 110 kV outdoor AIS，GIS． KEYWOＲDS： new generation smart substation； isolated circuit breaker； container type building； gas insulated sw itchgear （ GIS） ； gas insulated busbar； pow er distribution unit； layout
根据工程经验，变电站总平面布置除与站址地形 条件，进出线走廊等有关外，站内主要影响因素主要 包括以下几个方面。 2. 2. 1 主接线优化对平面布置的影响
对于确定电压等级、规模的变电站，主接线型式 决定变电站各电压等级间隔数量，设备配置，影响配 电装置型式，对变电站总平面布置影响较大，主接线 型式及设备配置的优化将给变电站总平面布置优化 创造有利条件。 2. 2. 2 主变低压侧无功补偿装置对主变低压侧布
新一代智能变电站作为技术发展的的方向，提出 “一体化设计、工厂化制造、模块化安装”的 设 计 理 念，结合目前及远期设备发展方向，对变电站平面布 置进行了充分优化，并与通用设计对应方案进行了比 较，提出变电站布置优化方向。
2 平面布置优化基本思路
2. 1 配电装置布置优化 配电装置的布置尺寸主要由配电装置间隔纵向
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输配电技术
电力建设
2014 年 4 月
公司总部先后组织开展了 2 批工程的试点建设。在此 基础上，通过全面分析、认真总结成果经验，并结合通 用设计、两型一化、全寿命周期等设计理念，本着“安全 可靠、成熟适用、经济合理”的原则，从 2011 年开始全 面推广建设具备“两型一化”特征的智能变电站。
尺寸和间隔宽度决定。 2. 1. 1 优化配电装置间隔纵向尺寸
配电装置纵向尺寸的确定主要考虑设备、道路、 沟道、架构等相互间的距离，除需保证安全运行外，还 应满足巡视、操作、维护、检修、测试、运输等要求。
配电装置纵向尺寸的确定主要考虑以下几个因 素： （ 1） 安全净距的要求，配电装置必须满足安装、检 修及电气设备与带电部分之间的安全净距的要求； （ 2） 运行方面的要求，运行中要对电气设备作定期巡 视并进行各项操作； （ 3） 导线与设备连接的要求； （ 4） 设备端子受力要求。 2. 1. 2 优化配电装置间隔宽度
基金项目： 国家电网公司科技项目（ 新一代智能变电站设计关键 技术研究） 。
征的统一坚强智能电网的发展目标，努力实现我国电 网从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的 升级和跨越，积极促进清洁能源发展，为实现经济社会 又好又快发展提供强大支撑。智能变电站是统一坚强 智能电网的重要基础，是坚强智能电网实现能源转换 和控制的核心平台，是实现风能、太阳能等新能源接入 电网的重要支撑，是电网运行数据的采集源头和命令 执行单元，与其他环节联系紧密，是坚强智能电网安 全、优质、经济运行的重要保障。根据国家电网公司统 一部署，自 2009 年 7 月起，通过精心组织、严密论证，
由于目前氧化锌避雷器的保护水平没有变化，因 此近期设计方案中采用的空气间隙距离仍沿用现有 电气净距的数值。 2. 2 平面布置优化
变电站总 平 面 布 置 设 计 应 遵 守《中 华 人 民 共 和 国土地管理法》的 相 关 规 定，符 合 国 家 土 地 使 用 政 策，因地制宜，合理使用土地，提高土地利用效率。变 电站总平面布置应按照最终规划规模进行设计，根据 系统负荷发展要求，宜留有扩建空间，并使站区总平 面尽量规整。
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第 35 卷第 4 期
史京楠，等： 新一代智能变电站平面布置优化设计
输配电技术
置的影响 220 kV、110 kV 变电站主变低压侧电压等级为
35 kV、10 kV，主要采用户内开关柜布置，无功补偿装 置一般采用框架式并联电容器。主变低压侧在总平 面布置中占有较大比例。新一代智能变电站选用高 度集成的高压设备后，低压侧占地问题将更为突出。 应在满足系 统 要 求 的 前 提 条 件 下，优 化 电 容 器 的 容 量、分组、设备选型，合理优化主变低压侧布置。 2. 2. 3 主设备选择对配电装置的影响
满足带电距离是配电装置设计最基本的要求，带 电部分对地和带电部分之间的距离是各种带电距离 的基础，应根据 3 种条件进行校验： 外过电压和风偏； 内过 电 压 和 风 偏； 最 大 工 作 电 压，短 路 摇 摆 和 风 偏［9］。在最大风速为 30 m / s、短路电流为 50 kA 的情 况下，安全净距一般由外过电压和风偏或内过电压和 风偏决定。
第 35 卷第 4期 2014 年 4月
电力建设
输配电技术
新一代智能变电站平面布置优化设计
史京楠，胡君慧，黄宝莹，杨小光
（ 国网北京经济技术研究院，北京市 100052）
摘 要： 新一代智能变电站的建设目标是“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一 体”，为智能变电站建设的各个环节提出了新的要求。电气总平面布置是变电站设计的重要内容之一，是体现变电站 “结构布局合理”的重要方面。结合工程建设实际情况，梳理了电气总平面布置优化的思路，整理、归纳影响配电装置 布置及电气总平面布置的因素，在电气主接线优化，集成式智能设备研制，集装箱式建筑物应用等新设备、新技术应用 的基础上，以通用设计典型方案为边界条件提出优化设计方案，并与目前智能变电站进行技术比较和分析，提出220 kV 户外 AIS、GIS，110 kV 户外 AIS、GIS 这 4 种新一代智能变电站平面布置的优化方向。 关键词： 新一代智能变电站； 隔离式断路器； 集装箱式建筑； 气体绝缘开关柜； 气体绝缘母线； 配电装置； 平面布置
随着规模增大，智能电网的建设为智能变电站提 出新的需求，2012 年国家电网公司总结试点工程经验， 结合设备研制和电子技术的最新成果，进一步加强二 者融合，由从顶层设计入手，开展新一代智能变电站概 念设计，引导设备研制，提出新一代智能变电站发展方 向，新一代智能变电站的建设目标及功能特点。
平面布置是变电站设计的重要内容，是体现变电 站可靠性高、节约占地、节省造价、方便运维的重要方 面。新一代智能变电站的建设需求为变电站平面布 置提出了新的要求，主接线的优化、新型集成式智能 设备的应用及二次系统的整合为新一代智能变电站 平面布置的优化提供了条件。变电站总平面布置，依 据电气主接线要求，通过空间布置，实现其功能。它 与主接线型式、电气设备密切相关，其中电气设备的 型式是总平面布置的关键。本文根据户外变电站电 气设备选型，配电装置型式分类，研究 220 kV、110 kV 户外 AIS、GIS 变电站的平面布置，选择通用设计方案 的边界条件，提出平面布置优化方案。
中图分类号： TM 76
文献标志码： A
DOI： 10. 3969 / j． issn. 1000 － 7229. 2014. 04. 005
文章编号： 1000 － 7229（ 2014） 04 － 0031 － 07
0引言
作为实现低碳电力的基础与前提，近年来智能电 网技术在很多国家得到快速发展，已成为电网未来发 展的新趋势［1-4］。面对新形势和新挑战，2009 年 5 月， 国家电网公司提出了立足自主创新，以统一规划、统一 标准、统一建设为原则，建设以特高压电网为骨干网 架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特
1 新一代智能变电站建设目标及功能特点
智能变电站技术是智能电网发展的基础，也是区 别传统电网的主要标志之一。截至 2011 年底，国家 电网公司已成功投运 41 座试点建设的智能变电站， 在原理研究、设备制造、设计优化、标准制定等方面取 得了丰富的创新成果［5-7］。
新一代智能变电站以“系统高度集成、结构布局 合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体” 为目标［8］，具有“全站信息数字化、通信平台网络化、 信息共享 标 准 化、应 用 功 能 互 动 化、运 维 检 修 高 效 化”的功能 特 点，采 用“一 体 化 设 备、一 体 化 网 络、一 体化系统”的体系结构，实现建设方便、运行可靠、控 制灵活、先进适用、投资节约的建设效果。
屋外配电装置的最小安全距离宜以金属氧化锌 避雷器的保护水平为基础确定，根据《交流电气装置 的过电压保护和绝缘配合》中的方法，计算作用在空 气间隙上的 放 电 电 压 值，以 避 雷 器 的 保 护 水 平 为 基 础，对 110 ～ 220 kV 电压等级采用惯用法进行计算， 确定最小安全距离［10］。