三維設(shè)計(jì)技術(shù)在戶內(nèi)220 kV GIS配電裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

田俊強(qiáng) 王事臻

(中國(guó)電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，越來越多的城市中心220 kV變電站正在規(guī)劃和建設(shè)，而這些變電站需要占用大量的土地；然而城市市區(qū)的土地資源極為寶貴，因此，城市中心220 kV變電站一般采用全戶內(nèi)布置方式。全戶內(nèi)變電站中配電裝置與建筑物安全距離、碰撞檢查的研究越來越引起人們的重視。

本文以實(shí)際變電設(shè)計(jì)為依托，著重論述利用三維設(shè)計(jì)軟件的碰撞檢查及帶電距離校驗(yàn)功能，對(duì)220 kV GIS配電裝置室的尺寸、層高、布置進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)主變壓器室進(jìn)行安全凈距校驗(yàn)。

1 220 kV GIS室尺寸設(shè)計(jì)

1.1 220 kV GIS室長(zhǎng)、寬尺寸設(shè)計(jì)與優(yōu)化

根據(jù)DL/T 5352—2006高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中對(duì)于GIS室檢修及巡視通道的相關(guān)規(guī)定，本依托工程中GIS室長(zhǎng)度計(jì)算如下：

1(巡視通道寬度)+19(間隔總數(shù))×2(間隔寬度)+2(檢修通道寬度)=41 m。

另外，考慮電纜出線位置需避開設(shè)備室底板結(jié)構(gòu)梁，故考慮設(shè)備長(zhǎng)向布置裕度為3 m。

故220 kV GIS所有設(shè)備所需總長(zhǎng)為：41+3=44 m。

根據(jù)DL/T 5352—2006高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中對(duì)于GIS室檢修及巡視通道的相關(guān)規(guī)定，確定本站設(shè)備室寬度計(jì)算如下：

1.0(巡視通道寬度)+6.0(設(shè)備斷面總長(zhǎng))+2.0(檢修通道寬度)+0.8(智能匯控柜柜深)+1.5(柜后開門及人員進(jìn)出)=11.3 m。

因此擬確定220 kV GIS設(shè)備室尺寸為44 m(長(zhǎng))×12 m(寬)。

1.2 220 kV GIS室高度優(yōu)化

通常情況下，戶內(nèi)GIS設(shè)備主要部件采用屋頂工字鋼梁懸掛電動(dòng)葫蘆的移動(dòng)型吊裝方式實(shí)現(xiàn)。

采用工字鋼梁吊裝方式層高計(jì)算：

220 kV GIS設(shè)備起吊高度為4.8+1.5=6.3 m；

220 kV GIS室頂板結(jié)構(gòu)主梁高度為1.4 m；

GIS室上空安裝工字鋼梁，吊重為5 t，梁底距工字鋼梁底為0.6 m；

電動(dòng)葫蘆吊鉤底距工字鋼梁底為1.6 m；

故220 kV GIS室層高不小于6.3+1.4+0.6+1.6=9.9 m。

若220 kV采用傳統(tǒng)的GIS設(shè)備吊裝安裝方式，層高約為10 m。

若220 kV GIS室取消行車，房屋凈高擬采用3.5 m(設(shè)備主體最大凈高)+1.5 m(運(yùn)輸小部件空間)+0.2 m(裕度)=5.2 m。因此220 kV GIS室凈高擬取值5.2 m，考慮鋼結(jié)構(gòu)梁高及樓板厚度，層高暫按6.0 m考慮。此方案有效降低了建筑物標(biāo)高，減小了建筑體積，降低了造價(jià)。

2 基于三維技術(shù)的220 kV GIS室尺寸校驗(yàn)

本節(jié)對(duì)擬確定的配電裝置室尺寸進(jìn)行校驗(yàn)，從而保證方案的可實(shí)施性。

需要說明的是，在進(jìn)行方案校驗(yàn)時(shí)，除了需要考慮本專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)問題，同樣需要考慮土建專業(yè)在實(shí)現(xiàn)電氣專業(yè)要求時(shí)的可行性及經(jīng)濟(jì)性。

220 kV GIS設(shè)備位于生產(chǎn)建筑物二層，在進(jìn)行GIS設(shè)備布置時(shí)需要考慮整個(gè)房間內(nèi)梁、柱的位置，避免產(chǎn)生碰撞。需考慮的問題包括：

1)土建專業(yè)需在二層樓板底部設(shè)置梁，以承擔(dān)220 kV GIS設(shè)備的荷載，由于本工程均為電纜出線，二層樓板需預(yù)留出線孔洞，需考慮樓板梁與孔洞不可沖突。

2)220 kV GIS設(shè)備主變進(jìn)線間隔通過GIL伸入主變壓器室與主變壓器連接，雖然GIL路徑可做調(diào)整，但為避免GIL通過其他間隔時(shí)對(duì)其他間隔產(chǎn)生影響，同時(shí)減少GIL套管長(zhǎng)度可減少設(shè)備造價(jià)，主變進(jìn)線間隔GIL套管應(yīng)能夠保持與本間隔分支母線在一條水平線上，這時(shí)就需要校驗(yàn)GIS設(shè)備與本房間上層樓板橫梁以及主變間與220 kV GIS室之間、柱的位置關(guān)系。通過三維設(shè)計(jì)軟件的碰撞檢查功能，可以在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化位置關(guān)系，從而盡可能壓縮設(shè)備間尺寸，并減少GIL不必要的彎折。

根據(jù)上文分析，由于GIS設(shè)備在布置時(shí)需要考慮整個(gè)配電裝置室內(nèi)梁柱的關(guān)系，在進(jìn)行二維設(shè)計(jì)時(shí)，由于圖紙只能顯示一個(gè)平面的信息，因此在進(jìn)行位置校驗(yàn)時(shí)，需要平面圖與多張斷面圖配合使用，當(dāng)設(shè)備布置發(fā)生變化后，斷面圖均需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

通過建立變電站三維模型，并利用軟件提供的碰撞檢查功能檢查設(shè)備與梁柱之間的位置關(guān)系。以圖1～圖3為例，在圖1中，深灰色部分為220 kV GIS室樓板上的一道橫梁，該位置所在間隔如有開洞會(huì)和梁發(fā)生沖突，而該間隔為母聯(lián)間隔不存在樓板開洞，不存在碰撞檢查的沖突。在圖2,圖3中，GIL通過220 kV GIS設(shè)備室上空伸入主變室內(nèi)，由三維模型的建立可以直觀的看出GIL與主變及配電裝置室之間的鋼柱以及固定在鋼柱上的工字鋼梁(深色部分)不存在沖突。

通過三維設(shè)計(jì)模型，建立GIS設(shè)備模型、配電樓結(jié)構(gòu)模型，將兩個(gè)模型進(jìn)行碰撞檢查，若開孔、設(shè)備與梁、柱存在碰撞，通過平移整個(gè)GIS，適當(dāng)調(diào)整間隔排序，主動(dòng)避免碰撞的發(fā)生。

優(yōu)化流程如下：

1)建立GIS設(shè)備模型；

2)將土建專業(yè)梁柱模型參考入電氣專業(yè)模型中；

3)從GIS設(shè)備距一側(cè)墻體為1 m開始，以0.5 m為步長(zhǎng)，不斷平移GIS設(shè)備，并檢查電氣設(shè)備與土建梁柱的碰撞情況；

4)在步驟3)中，會(huì)存在通過碰撞檢查的布置方案及未通過碰撞檢查的布置方案，從通過碰撞檢查的布置方案中選擇最優(yōu)方案。

通過實(shí)際軟件操作可見220 kV GIS室尺寸44 m×12 m(長(zhǎng)×寬)，層高6 m滿足要求。進(jìn)而220 kV GIS室布置方案最終確定，如圖4所示。

3 基于三維技術(shù)的主變壓器室安全凈距校驗(yàn)

由于戶內(nèi)變電站采用GIS配電裝置，壓縮了整體建筑體積，導(dǎo)致主變壓器室布置緊湊，加之主變壓器旁布置有中性點(diǎn)成套裝置，因此主變室安全凈距很大程度決定了戶內(nèi)220 kV GIS變電站設(shè)計(jì)的可行性。

在二維設(shè)計(jì)中，進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)時(shí)通常需畫出軸側(cè)圖輔助校驗(yàn)，過程較為繁瑣，而通過三維設(shè)計(jì)提供的安全凈距校驗(yàn)功能可以極大的簡(jiǎn)化該部分校驗(yàn)工作。

3.1 Substation安全凈距校驗(yàn)

1)安全凈距允許值查詢。

在Substation中文包中，軟件支持一個(gè)通用條件下的安全凈距最小允許值標(biāo)準(zhǔn)表，這個(gè)表可以依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)編輯和修改。在進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，可以在界面上選擇需要校驗(yàn)的工況，軟件自動(dòng)查詢到最小允許值，以輔助設(shè)計(jì)。

2)關(guān)鍵點(diǎn)3D校驗(yàn)。

這個(gè)功能主要是依據(jù)典型設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可以對(duì)某個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。

3)模塊操作。

啟動(dòng)模塊，輸入工況條件，獲取安全凈距最小允許值，也可以直接輸入安全凈距最小允許值。

點(diǎn)擊“點(diǎn)校驗(yàn)”按鈕，在圖紙上選擇需要校驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)3D球體，如果有不符合要求的情況，會(huì)給出提示。

在圖紙上選擇需要校驗(yàn)的導(dǎo)線，點(diǎn)擊“線校驗(yàn)”按鈕，會(huì)沿著導(dǎo)線的中心線自動(dòng)生成一個(gè)3D曲面，如果有不符合要求的情況，會(huì)給出提示。

3.2 中性點(diǎn)成套裝置帶電距離校驗(yàn)

在本方案中主變壓器室寬度壓縮為9 m，為節(jié)約主變壓器室空間，中性點(diǎn)成套裝置固定于墻體。

以圖5，圖6為例，主變110 kV側(cè)中性點(diǎn)成套裝置靠近主變側(cè)套管需要考慮與主變壓器油管，主變間橫梁的帶電距離，由于主變油管存在彎折，通過二維平面進(jìn)行帶電距離校驗(yàn)較為復(fù)雜且容易出錯(cuò)。通過三維設(shè)計(jì)，選取中性點(diǎn)成套裝置套管頂端為關(guān)鍵點(diǎn)，生成帶電距離校驗(yàn)三維球體，可以清楚地反映出主變中性點(diǎn)成套裝置位置是否滿足帶電距離要求(與圖中深色位置距離不小于650 mm)。

通過軟件分析可見，本設(shè)計(jì)中主變間布置符合安全凈距要求，緊湊布置的方案可行。

4 結(jié)語

本文利用三維設(shè)計(jì)軟件中碰撞檢查以及帶電距離校驗(yàn)功能，校驗(yàn)了220 kV GIS設(shè)備與結(jié)構(gòu)梁、柱的位置關(guān)系、主變壓器間安全凈距等，證實(shí)220 kV GIS配電裝置室尺寸及層高設(shè)計(jì)與布置符合實(shí)際要求，有效節(jié)約了建筑體積。同時(shí)主變區(qū)安全凈距符合要求，未受影響，設(shè)計(jì)方案可行。