緊湊型變電站主變室的優(yōu)化研究

禇 強，葉 軍

(上海電力設計院有限公司，上海 200025)

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，不少大中型城市供電負荷迅猛增長，一方面為滿足電網(wǎng)客觀要求，越來越多的變電站需要深入市中心，另一方面，城市土地資源稀缺，城市變電站設計在優(yōu)化創(chuàng)新布置、節(jié)約用地、優(yōu)化土地利用方面開展研究。城市緊湊型戶內變電站一般位于市區(qū)負荷中心，宜采用大容量的主變壓器，增加變電容量，降低單位造價，提高建設城市戶內變電站的效益。

常見的戶內型變壓器的布置方式有一體式、水平分體式和上下分體式。當容量較大時，一體式變壓器體積較大，不宜放置在戶內，因此戶內變電站的主變布置方式多采用分體式，其中水平分體式最為常見。同時，全戶內變電站更接近于居民住宅區(qū)等對噪聲敏感的區(qū)域，主變壓器選擇的關鍵因素是散熱和降噪，變壓器位于建筑內，如何較好地散熱并降低變壓器噪聲影響是戶內變電站設計的關鍵之一。采用變壓器本體和散熱器分體布置，本體密閉于戶內，散熱器自冷布置于半戶外是較好的解決方案，在城市戶內變電站設計中已廣泛采用。本文所討論主變室尺寸即為水平分體式的主變。在容量方面，110 kV城市戶內變電站的宜采用50 MVA變壓器，同時考慮遠景變壓器容量達到80 MVA；220 kV城市戶內變電站的宜采用240 MVA變壓器，同時考慮遠景變壓器容量達到300 MVA。本文通過調研多個國內外常見主變廠家的產品，從主變運輸通道尺寸、試驗凈高要求、巡視及檢修通道尺寸、吊裝尺寸等方面進行分析及在優(yōu)化，在主變室尺寸，主要是凈高方面，較典型的變電站主變室有所減小，室變電站整體尺寸更適應緊湊型的要求，同時也能降低造價，帶來可觀的經(jīng)濟效益[1-2]。

1 220 kV主變室尺寸優(yōu)化

1.1 220 kV主變室運輸通道的優(yōu)化

主變由平板車運抵現(xiàn)場后，使用滑板、千斤頂?shù)冗M行主變卸車就位。由此可知，因主變都是單臺布置在獨立的主變室內，所以運輸通道只需考慮有千斤頂安放空間和施工人員操作空間即可，這兩種需求空間都不大，對運輸通道并無特別要求。

1.2 220 kV主變室巡視檢修通道優(yōu)化

國家電網(wǎng)有限公司相關典型設計中，220 kV主變室長寬尺寸為15.0 m×10.0 m，散熱器室長寬尺寸為15.0 m×7.0 m[2]。

根據(jù)調研，考慮油枕安裝在本體上，容量為240 MVA的220 kV主變本體一般長小于12.0 m(含油枕)，寬小于3.0 m。首先在主變室寬度方向上，考慮主變高中壓側本體至電纜頭支架、電纜頭支架至墻各預留1.5 m的巡視通道，則主變室寬度可由10.0 m縮至9.0 m，考慮220 kV中性點帶電距離要求，按1.0 m核算，9.0 m也可滿足要求；在長度方向上，主變兩頭各預留1.5 m巡視通道，現(xiàn)行典設滿足要求，若房間長度有限制，可以考慮縮短油枕至墻的距離，巡視人員從油枕下方可以通過。若考慮變電站以后存在主變擴容的可能性，300 MVA主變本體長寬均與240 MVA主變并無太大差異，因此15.0 m×9.0 m依然可以滿足要求。其次，240 MVA的220 kV主變散熱器一般長小于12.0 m，寬約為3.5 m，因此在散熱器室寬度方向上，同樣考慮散熱器兩側各預留1.5 m巡視通道，現(xiàn)行典設7.0 m的房間寬度滿足要求。但若考慮變電站以后存在主變擴容的可能性，300 MVA主變散熱器長度不變，寬度約4.1 m，因此可以適當將散熱器室寬度擴大至7.5 m；在長度方向上，依然考慮15.0 m比較合理，因此建議主變散熱器房間尺寸為15.0 m×7.5 m。

1.3 220 kV主變吊裝對主變室層高的影響

1.3.1220kV主變室典型高度

考慮220 kV主變容量為240 MVA，電壓等級為220/110/35 kV。本文主變布置僅考慮水平分體布置形式，由于主變散熱器室上方敞開布置，因此不存在高度問題，再此可僅考慮主變本體房間的高度。典型的220 kV變電站中GIS布置在一層、二層兩種方案中，主變室剖視圖如圖1和圖2所示。主變屋頂均采用坡屋面，圖1中，主變房間最低點高度10.9 m，主變室內梁高按0.8 m考慮，主變室凈高在10.1 m以上；圖2中，主變房間最低點高度10.6 m，主變室內梁高按0.8 m考慮，主變室凈高在9.8 m以上。

圖1 220 kV主變室剖視圖一

圖2 220 kV主變室剖視圖二

1.3.2主變吊裝所需空間尺寸

由于主變運輸質量非常大，一般在170 t左右，一般主變室預留門洞尺寸為5.0 m×6.0 m，另外在主變室6.0～7.0 m高的地方有一道結構圈梁，若采用吊車吊裝，需采用大型吊車吊裝，除經(jīng)濟上不合適外，吊臂也無法直接深入主變室直接進行主變就位。因此，主變運輸安裝一般采用平板車運至主變室外墻邊位置，然后采用導軌或滾木，配合千斤頂及主變室預留主變拉環(huán)將主變慢慢推進主變室就位。而主變套管及油枕則利用主變室梁底預留吊鉤進行吊裝。經(jīng)過選取國內外常見廠家主變進行調研可知，主變運輸高度一般在5.5 m以下，因此主變本體安裝所需高度并不是決定主變室高度的關鍵因素，由此只需考慮套管及油枕吊裝所需高度即可。圖3為主變套管吊裝示意圖，對220 kV主變而言，220 kV套管長度最大，長度L約2.1 m，安裝時套管底部離法蘭面最小高度h需大于100 mm。在常見主變廠家的產品中，西門子主變220 kV套管法蘭面最高，達到5.5 m左右，因此主變套管吊裝離主變室地面最小高度H不超過7.6 m，考慮吊鉤底部預留一定的吊裝空間，按1 m考慮的話，主變室凈高不大于8.6 m。另外，經(jīng)比較，220 kV主變油枕高度一般不超過主變最高套管的高度，因此8.6 m亦滿足主變油枕吊裝要求[3-5]。

圖3 主變套管吊裝示意圖

1.4 220 kV主變試驗對主變室層高的影響

主變試驗一般在出廠前在廠內進行，若該站比較重要，需要在現(xiàn)場做試驗。一般情況下，220 kV主變現(xiàn)場試驗只做局放試驗，不做耐壓試驗，可以考慮經(jīng)低壓側套管進行試驗。試驗套管就考慮采用原先套管，經(jīng)比較可知，并同時考慮典型站中，主變110 kV側套管可能含有套管流變，因此有較高的升高座，套管高度最高的為東芝公司的產品，高度達到5.4 m，其他廠家產品都要低于該高度。同樣，根據(jù)主變耐壓試驗要求，考慮局放試驗是從低壓側進行，帶電距離控制在0.5 m以上，因此主變35 kV套管位置房間凈高需要5.9 m，要求較低，現(xiàn)有220 kV典型站方案均能滿足要求。

由分析可知，220 kV主變室高度相對于典型站來說還有1.3 m空間可以優(yōu)化，即使土建嚴格按照典型220 kV主變室吊鉤底部離地8.5 m考慮，參照最大主變尺寸的話，也剛好可以滿足要求。因此，在外部條件限制的情況下，若主變室無法按常規(guī)布置，對高度有一定限制時，可適當減小吊裝空間，最多可降低約0.5 m，這樣主變室吊鉤底部凈高可以控制在8.0 m左右，因此提供了壓縮主變室空間的可能性，可以適當予以考慮[6]。

2 110 kV主變室尺寸優(yōu)化

2.1 110 kV主變室運輸通道的優(yōu)化

110 kV主變運輸就位方案基本同220 kV主變，運輸通道只需考慮有千斤頂安放空間和施工人員操作空間即可，對運輸通道并無特別要求。

2.2 110 kV主變室巡視檢修通道優(yōu)化

國家電網(wǎng)公司110 kV變電站最新的典設方案中，主變室長寬尺寸為10.0 m×7.5 m，主變散熱器室長寬尺寸為10.0 m×6.0 m，如圖4所示。上海110 kV變電站典型設計中，主變室長寬尺寸為9.6 m×6.4 m，主變散熱器室長寬尺寸為9.6 m×5.5 m，如圖5所示[3]。

圖4 國網(wǎng)方案110 kV變電站主變及散熱器室布置

圖5 上海典型50 MVA 110 kV變電站主變及散熱器室布置

經(jīng)調研，常見主變廠家110 kV/10 kV電壓等級，容量為50 MVA的變壓器長寬尺寸不大于6.5 m×2.5 m，若油枕安裝于本體之上，長寬尺寸不大于7.2 m×2.5 m。主變室寬度方向上，考慮主變高壓側主變本體至110 kV電纜頭支架、電纜溝支架至墻距離分別考慮1.2 m的巡視通道，主變低壓側支架較多，預留1.5 m的巡視通道，則主變室寬度可控制在6.4 m左右；在長度方向上，考慮主變兩頭各留1.5 m巡視通道，則房間長度9.5 m可以滿足要求，即使考慮油枕安裝在本體上的情況下，油枕下方可以供運行維護人員通過，9.5 m亦能滿足要求。若考慮主變存在擴容的可能性，常見容量為80 MVA的變壓器長寬尺寸一般在7.6 m(含油枕)×2.5 m左右，寬度方向不變，長度方向考慮兩頭各留1.0 m的巡視檢修通道的話，則房間長度9.6 m可以滿足要求。綜合分析，因主變室寬度方向上管線較為集中，并且80 MVA主變低壓側一般需采用封閉固體絕緣母線作為主變引線，占用空間相對銅母排來說更大，6.4 m寬度的主變房間就顯得較為擁擠，可適當擴大0.4 m左右。同時，考慮裝配式變電站的特點，為了提高預制板的通用性及便于加工，建議模數(shù)為整數(shù)，因此推薦主變房間尺寸為10.0 m×7.0 m。

對于主變散熱器房間，容量為50 MVA的主變散熱器長寬尺寸不大于7.2 m×3.0 m，容量為80 MVA的主變散熱器長寬尺寸不大于7.2 m×3.5 m。考慮散熱器兩側、兩頭各預留1 m巡視檢修通道，且存在主變擴容的可能性，散熱器房間長度9.2 m，寬度5.5 m即可滿足要求。因主變散熱器與本體為水平分體布置，散熱器房間長度方向應與主變房間保持一致。因此，推薦主變散熱器房間尺寸為10 m×5.5 m。50 MVA、110 kV變電站主變及散熱器室推薦布置如圖6所示。

圖6 50 MVA、110 kV變電站主變及散熱器室推薦布置

2.3 110 kV主變吊裝對主變室層高的影響

2.3.1110kV主變室典型高度

考慮110 kV主變容量為50 MVA，電壓等級考慮110/10 kV。主變布置同220 kV主變，僅考慮水平分體布置形式，僅考慮主變本體房間的高度，給出了典型的110 kV變電站中主變室剖視圖，如圖7所示。主變屋頂采用坡屋面，主變房間最低點高度9.6 m，主變室內梁高按0.6 m考慮，主變室凈高在9.0 m以上。

圖7 50 MVA、110 kV主變室剖視圖

2.3.2主變吊裝所需空間尺寸

110 kV主變運輸質量一般在60 t左右，主變室預留門洞尺寸為4.0 m×4.2 m，另外在主變室4.5～5.5 m高的地方有一道結構圈梁。同樣，與220 kV主變一樣，采用吊車吊裝并不合適，主變運輸安裝采用平板車運至主變室外墻邊位置，然后采用導軌或滾木，配合千斤頂及主變室預留主變拉環(huán)將主變推進主變室就位。而主變套管及油枕則利用主變室梁底預留吊鉤進行吊裝。選取國內外常見廠家主變進行調研可知，主變運輸高度一般在4.0 m以下，因此只需考慮套管及油枕吊裝所需高度即可。參考圖7中主變套管吊裝示意圖，對110 kV主變而言，110 kV套管長度最大，長度L約1.6 m，安裝時套管底部離法蘭面最小高度h需大于100 mm。在常見主變廠家的產品中，西電主變110 kV套管法蘭面最高，可達到4.1 m左右，因此，主變套管吊裝離主變室地面最小高度H不超過5.7 m，考慮吊鉤底部預留一定的吊裝空間，按1 m考慮的話，主變室凈高不大于6.7 m。另外，如圖所示，110 kV主變油枕高度一般不超過主變最高套管的高度，因此6.7 m亦滿足主變油枕吊裝要求[7-9]。

2.4 110 kV主變試驗對主變室層高的影響

110 kV主變110 kV側一般無套管流變，因此不存在升高座，套管高度最高的西安西電的產品，高度達到5.7 m，其他廠家產品都要低于該高度。同樣，一般情況下，110 kV主變需在現(xiàn)場進行耐壓試驗，且耐壓試驗必須在110 kV側進行，根據(jù)耐壓試驗要求，充分考慮裕量，110 kV耐壓試驗帶電距離控制在1.5 m左右，此時主變110 kV套管位置房間凈高需要7.2 m。現(xiàn)有110 kV典型站方案均能滿足要求[6]。

若考慮未來主變更換為80 MVA容量的可能性，以某一國內廠家產品為例，其尺寸如圖8所示。高壓側套管比50 MVA主變高約300 mm，因此主變110 kV套管位置房間凈高需要7.5 m。

圖8 某國內80 MVA主變尺寸

由圖8分析可知，110 kV主變室高度相對于典型站來說還有優(yōu)化空間，至少還有1.5 m以上空間可以壓縮，即便是土建嚴格按照常規(guī)110 kV典型站吊鉤底部凈高8.0 m的要求來進行主變房間設計，仍可有0.8 m以上壓縮空間，即使考慮主變增容至80 MVA的可能性，仍有0.5 m以上的壓縮空間。但考慮到變電站外立面的規(guī)整及通風散熱效果更好，現(xiàn)行典型方案中主變室高度可不做修改。在外部條件限制的情況下，若主變

室無法按常規(guī)布置，對高度有一定限制時，本結論提供了壓縮主變室空間的可能性，可以適當予以考慮。

3 結語

(1)主變房間的凈高要求主要受主變現(xiàn)場試驗及吊裝所需高度制約。

(2)對不同主變廠家的產品尺寸及現(xiàn)場試驗要求進行調研后，提出可將220 kV主變房間、110 kV主變房間高度可在有外部條件限制的情況下凈高要求分別下調0.5 m。

主變房間凈高要求降低后，可進一步壓縮變電站的層高，使之更加適應城市型變電站的要求。