特高壓變電站1 000kV出線架構高度優化分析

夏明昭，屈彥明，張偉釗，常伯濤

（河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031）

特高壓變電站1 000kV出線架構高度優化分析

夏明昭，屈彥明，張偉釗，常伯濤

（河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031）

介紹1 100kV GIS套管的結構及參數，分析了1 100kV GIS套管基座、1 000kV絕緣子串，吊車的選擇、吊裝布置等對出線架構高度的影響，提出將1 000kV出線架構高度優化至38m的吊裝優化方案，優化后架構基礎混凝土工程量及鋼材用量均大大降低，降低了變電站的工程投資。

1100kV GIS套管；出線架構；優化

特交流特高壓變電站中，1 100kV GIS套管的不帶電吊裝是1 000kV出線架構的高度主要決定因素。在最近建設的特高壓變電站中，考慮到懸垂V型絕緣子串對吊裝的影響，1 000kV出線構架高度取41m。通過對已有的1 000kV變電站建設經驗和成果的總結，結合設備制造、安裝水平及已有工程經驗，根據已建1 000kV變電站工程GIS套管施工方案的調研結果，對1 000kV出線構架高度進行了進一步的優化。

1 影響出線架構高度的因素

特高壓變電站中，出線架構高度的影響因素主要有設備參數和吊裝方案兩方面。設備參數主要包括：GIS套管參數、套管基座高度、絕緣子串長度等；吊裝方案對出線架構高度的影響主要包括吊裝步驟、吊車選擇、吊車布置等。

1.1 設備參數

1.1.1 GIS套管參數

1 100kV GIS套管是GIS中的關鍵設備。目前，1 100kV GIS所采用的套管主要有復合套管和瓷套管。特高壓交流示范工程及皖電東送工程中所有1 000kV配電裝置的套管均采用氣體絕緣復合套管或氣體絕緣瓷套管。1 100kV GIS氣體絕緣復合套管主要由空心復臺絕緣子、導管、屏蔽件、支持件、端于和法蘭組成。1 100kV GIS氣體絕緣瓷套管的組成部分包括套管基座，空心絕緣子，套管內屏蔽，套管外均壓環［1］。瓷套管長度12.1m，重量7t，復合套管長度11.7m，重量約為4.7t。1.1.2 套管基座高度

套管基座不僅僅起到套管支撐作用，側面還要和GIS管道相連接。基座設計除考慮內部電場強度要求及機械性能要求外，還要考慮設備運行安全和電磁環境要求。從基座高度4.5～7.5m范圍進行計算的結果來看，選擇基座高度5～6m比較合理。據研究報告表明：如果將基座高度提高到6.5 m，套管下端的外部電場強度將下降約25%。

目前GIS套管升高座高度為5m和5.91m，安裝后套管頂部距地最大距離約為18m。

1.1.3 絕緣子串長度

安裝有懸垂絕緣子串的不帶電吊裝是決定出線構架高度的主要因素。

特高壓交流試驗示范工程1 000kV懸垂V型絕緣子串采用160kN三傘型瓷絕緣子，單片高度160mm，每串59片，上部掛點跨距7.5m，等值長度約9.44m，考慮均壓環及絕緣子串鏈接金具的高度并考慮一定的裕度，1 000kV絕緣子串的安裝高度取12.5m［2］。

1.2 吊裝方案

1.2.1 吊裝步驟

套管的吊裝主要有兩大步驟：起立，套管由水平狀態立起為豎直狀態，并放置在安裝臺上；吊裝，套管改為豎直狀態后，拆卸運輸用保護罩，安裝在GIS上。

采用廠家配套的專用吊具，吊車布置在出線構架外側。吊裝前首先裝好吊具，套管吊具固定在瓷瓶上部1／5左右，吊機中心至套管中心距離為8～10m，在套管端部的法蘭位置和套管頸部安裝專用工裝，進行整體吊裝，確保瓷套在吊裝過程中不受損傷。

采用2臺吊車同時起吊的方式，同時啟動2臺吊車，緩慢從套管包裝箱內吊起套管至距地面3 m高，套管成水平位置，法蘭端的吊車停止上升并開始下降，同時頂端的吊車繼續上升，直至套管到達豎直位置；將套管緩慢移至套管基座處，將套管從上方輕輕地吊下，安裝在套管基座上［3］。套管吊裝示意見圖1。

圖1 套管吊裝示意

1.2.2 吊車選擇

根據目前我國特高壓的施工經驗，吊裝中采用汽車起重機。該工程采用100t主吊車加25t輔助吊車的雙吊車起吊方案，并采用廠家配套的專用吊具，吊裝前首先裝好吊具。吊車停靠在出線套管側路面上，吊機中心至套管中心距離為10～20m，根據100t汽車吊的特性，可以安全起吊約10t重物。施工過程中套管頭部使用100t吊車，端部使用25t吊車。

1.2.3 吊車布置

由于1 000kV懸垂串安裝完成后長度達到12.5m左右，大于出線門型架至終端塔的第一跨出線站內側弧垂，而GIS出線側套管吊裝時考慮在出線架構外側布置吊車，因此在先安裝絕緣子串后安裝套管的情況下，梁下方安裝有懸垂絕緣子串的不帶電吊裝GIS套管成為決定出線構架高度的主要因素。如果可以避開絕緣子串的高度，對于架構高度的優化是具有重要意義的。與常規吊裝方案不同的，該工程在吊裝過程中通過合理的選擇及布置吊車，找到恰當的吊裝位置，避開絕緣子串對吊裝的影響，出線架構高度主要由套管安裝完成后的設備高度決定。吊車布置見圖2。

圖2 吊車布置示意

2 起吊及架構高度確定

2.1 起吊高度確定

從上面描述的吊裝步驟可以看出，吊裝GIS套管中吊車最高點的高度由套管為完全豎直狀態放置于套管升高座上時的吊車的起吊高度決定。

套管豎直狀態時，專用吊具長度主要有豎直方向總長度約為12.5m的鋼絲繩1m連接板、2 m鋼絲繩；吊鉤及吊索的長度取3m，吊裝高程取2 m、套管升高座取5.9m、GIS基礎高度取0.15m。

結合以上分析，當套管為完全豎直狀態時，由此確定的吊車起吊高度最高，起吊高度h為：

2.2 架構高度確定

在以往特高壓工程中，安裝有懸垂絕緣子串的情況下不帶電吊裝GIS套管成為決定出線構架高度的主要因素，出線架構高度應大于26.55m＋12.5m，即39.05m，再考慮一定的裕度，架構高度取41m。

通過對吊裝方案的優化，避開絕緣子串對吊裝的影響，出線架構高度主要由套管安裝完成后的設備高度決定，考慮到構架下方的GIS套管引上線施工的受力、美觀和便利，該段引上線高差控制在不小于8m，出線構架高度取38m。吊裝斷面見圖3

圖3 GIS出線套管吊裝斷面示意

3 優化前后經濟效益比較

3.1 構架的鋼材用量

由于出線構架的導線掛點的降低，不僅減少了架構自身幾何尺寸，也大大降低結構的內力，因此架構的鋼材量大大降低，顯著的節省了變電站的工程投資。

結合實際工程中1 000kV出線架構的布置形式，同時為了方便對比分析，研究對象取兩跨兩回出線架構為一個計算分析單元。架構出線導線荷載按照電氣專業提供的荷載為輸入參數值，設計風速為30m／s，導線最大水平荷載H為100kN，垂直荷載V為60kN，1 000kV架構出線導線最大偏角不大于5°，與41m時相比，出線構架高度為38m時，構架柱鋼材量減少9t，減少6%。

3.2 構架基礎

由于出線構架導線掛點的降低，構架的上拔力大大降低，因此基礎體積得到顯著優化，節省了架構基礎混凝土工程量。與41m時相比，出線構架高度為38m時，基礎混凝土工程量減少24m3，減少了5%。

4 結論

以上提出了一種1 100kV GIS套管不帶電吊裝方案，對1 000kV出線構架高度進行優化。通過合理配置吊車，并對吊車的位置進行優化，在吊裝時避開V型絕緣子串，可使出線構架高度優化為38 m。出線架構高度優化后，架構基礎混凝土工程量減少了22.2%、鋼材用量減少了20.6%，顯著的節省了變電站的工程投資，經濟效益顯著。

［1］王曉琪，吳春風，李 璿，等.1 000kV GIS用套管的設計，高電壓技術，2008，34（9）：1792-1796［J］.

［2］吳祎瓊，黃寶瑩，邱 寧，等.1 000kV絕緣子選型及組串方式研究［J］.電力建設，2007，28（1）：8-12.

［3］賀 虎，韓書謨，王延豪，等.交流特高壓晉東南變電站1 100kV GIS設備的現場安裝管理［J］.電網技術，2009，33（4）：11-16.

本文責任編輯：羅曉曉

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，工程師，主要從事電力系統一次方面的設計研究。