85 基于国网通用设计方案的布置优化.docx
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85基于国网通用设计方案的布置优化
基于国网通用设计方案的布置优化
李朝顺万青沈晔华谢云秀王红陈宝琪
(沈阳电力勘测设计院)
【摘要】本文以国网公司输变电工程通用设计66-A2-2方案为基准,在通用设计方案的基础上对电气总平面布置、配电装置布置、电气设备连接方式等方面进行优化,整合功能房间,降低建筑层高、减少建筑面积,缩短施工周期,节省工程造价,建设满足公司要求的“两型一化”智能变电站。
【关键词】变电站国网通用设计布置优化两型一化
0概述
国网公司为规范工程设计管理,提高工程设计效率和质量,2011年以来,先后研究、编制了110(66~750)kV智能变电站通用设计、通用设备。
变电站工程设计时,原则上应直接采用通用设计方案作为变电站本体设计,,在不影响“基本模块”和本身合理性的前提下,可考虑方案之间的模块拼接,同时对拼接方案进行整体优化。
根据《国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则》基本要求,变电站建设应全面开展“资源节约型、环境友好型、工业化”设计,按照变电站的功能要求,进一步明确其工业性设施的功能定位和配置要求,实现变电站全过程、全寿命周期内“资源节约、环境友好”。
基于上述要求,本文在国网公司输变电工程通用设计66-A2-2方案的基础上,贯彻“两型一化”设计导则要求,应用模块拼接方法,对变电站电气总平面布置、配电装置布置、电气设备连接方式等方面进行优化。
1通用设计66-A2-2方案介绍
1.1建设规模
主变压器本期及远期2台50MVA;66kV本期及远期2回架空出线,线路变压器组接线;10kV本期及远期24回全电缆出线,单母线分段接线;每台主变压器10kV侧本期及远期配置2组4.8Mvar无功补偿装置。
1.2主要电气设备选型
通用设计66-A2-2方案主要电气一次设备全部采用国网通用设备,按公司《物资采购标准》配置设备标准接口。
主变压器采用三相双绕组有载调压分体式主变压器,冷却方式采用全自冷;66kV电气设备采用三相共箱式户内GIS,断路器操动机构为弹簧机构。
10kV高压开关柜采用户内金属铠装移开式开关柜;10kV并联电容器采用户内框架式成套设备;10kV接地变及消弧线圈采用10kV接地变压器、消弧线圈组合柜。
1.366-A2-2方案平面布置
变电站按户内无人值班方式设计,主体为二层建筑。
一层布置有10kV配电装置室、主变压器室、66kVGIS室、66kV消弧线圈室;二层布置有10kV电容器室、二次设备室和10kV接地变室;卫生间设在一层。
层高(剖面设计):
主变压器室、GIS室层高为8.700m;10kV配电装置室,66KV消弧线圈室层高为4.800m;10kV电容器室、二次设备室和10KV接地变层高为3.900m。
66-A2-2方案平面布置图见图1.3-1、图1.3-2。
图1.3-166-A2-2方案一层平面布置图
图1.3-266-A2-2方案二层平面图
2设计方案优化
为突出对比效果,本优化方案建设规模与通用设计66-A2-2方案保持一致,电气主接线、电气设备选择均采用通用设计、通用设备标准化成果。
本优化方案从电气总平面布置、配电装置布置、电气设备连接两个方面做重点介绍。
2.1电气总平面布置优化
本变电站按户内无人值班智能变电站设计,在《国家电网公司输变电工程通用设计110(66)~500kV变电站分册》(2011年版)66-A2-2方案的基础上,积极开拓设计思路,在满足《国家电网公司“两型一化”变电站建设设计导则》有关要求的前提下,进行电气总平面布置的设计优化。
站区主入口紧邻主干道路,建筑周围设置4.0m宽U形运输道路,满足大件设备运输及建筑消防需求。
变电站不设围墙,建筑与周围环境协调一致。
图2.1-1变电站效果图
通过一次布置的优化,合理排列设备布置,将通用设计66-A2-2方案的二层建筑优化为一层建筑,取消冗余房间,取消楼梯间,减少占地面积,优化建筑体积。
将原二层10kV电容器室布置在一层,并排排列在10kV配电装置室西侧;原二层10kV接地变及消弧线圈设备与一层10kV配电装置室合并布置,10kV配电装置室内共放置36面开关柜和2套10kV接地变及消弧线圈成套装置。
由于取消了10kV接地变室,建筑面积减少了57.6m2。
通过优化整合、分析比较,本方案占地面积由通用设计66-A2-2方案的2480m2减少至1500m2,减少39.5%。
总建筑面积由可研阶段的876.5m2减少至581.80m2,减少33.6%。
图2.1-2变电站俯视透视效果图
2.2配电装置布置优化
2.2.1优化主变压器室及散热器布置
通过优化主变压器结构形式,在选用通用设备的基础上调整主变压器油箱位置,调整散热器导油管位置,合理排列散热片布置,将主变压器室房间宽度合理缩减为5.4m,变压器室内维护、检修通道满足《高压配电装置设计技术规程》要求,变压器器身与后壁、侧壁之间距离大于0.8m,变压器与门之间距离大于1m。
本设计将主变压器导油管的位置进行调整,使得散热片的布置更加紧凑,将散热器室长度减小到6.0m,面积控制在28.8m2。
经过优化后,变压器室的建筑面积较通用设计66-A2-2方案变压器基本模块减少12.24m2,散热器室占地面积减少20.16m2,房间面积缩减18.2%;
图2.2.1主变压器室及散热器优化布置
2.2.2合理排列一次设备布置
将66kV消弧线圈室与主变压器散热器并排布置于主变压器室侧面,并合理缩减房间尺寸,通过布置方式调整电气连接形式,由通用设计的电缆连接优化为架空线连接。
66-A2-2方案中66kV消弧线圈室长度为4.8m,宽度为4.8m。
本方案中将阻尼箱靠墙放置,只在阻尼箱的单侧设置巡视通道,将66kV消弧线圈室宽度缩减到4.2m,宽度保持4.8m不变。
66kV消弧线圈室的建筑面积减少2.88m2。
表2.2.266kV消弧线圈室主要尺寸
项目
尺寸(m)
横向尺寸
4.8
纵向尺寸
4.2
梁底吊装点净高
6.0
2.2.3优化66kVGIS室布置
66kVGIS采用通用设备,并优选小型化设备,电缆进线,GIS与主变压器间采用封闭母线筒连接。
66kVGIS室根据收资设备调整房间尺寸,设备间隔宽度1.5m,预留运输、检修、维护通道,主要通道设置在靠近断路器侧,通道宽度大于2m,巡视通道宽度大于1m,房间宽度由通用设计的8.1m合理缩减为6.3m,经过优化后,66kVGIS室的建筑面积减少16.32m2。
房间面积较通用设计缩减22.2%;
表2.2.366kV配电装置主要尺寸
项目
尺寸(m)
横向尺寸
6.3
纵向尺寸
10.2
梁底吊装点净高
8.0
GIS间隔宽度
1.5
图2.2.366kVGIS室优化布置
2.2.4优化10kV配电装置室尺寸
10kV配电装置采用通用设备,移开式交流金属封闭开关柜,双列式排布,柜前操作通道宽度2.5m。
目前,国内常用的手车式真空断路器长度0.7m~0.8m,最小操作通道宽度0.8m×2+0.9m=2.5m,满足移开式手车开关柜双车长+900mm的规程要求,满足10kV接地变及消弧线圈成套装置的安装检修通道要求,10kV开关柜柜后的维护通道最小宽度1m。
满柜后的维护通道,本方案10kV配电装置室的宽度设定为8.4m,长度设定为21.9m。
经过优化后,10kV配电装置室建筑面积减少20.52m2。
图2.2.410kV配电装置室优化布置
表2.2.410kV配电装置主要尺寸一览
项目
尺寸(m)
横向尺寸
17.4
纵向尺寸
8.2
梁底净高
4.8
开关柜宽度
0.8/1.0
2.2.5优化10kV电容器室布置
10kV电容器采用通用设备,框架式并联电容器装置,户内布置,电缆进线。
电容器成套装置包含隔离开关、电容器、电抗器、放电线圈、避雷器、支柱绝缘子、连接母线、绝缘护套、网门围栏等,电容器成套装置统一了技术参数、电气接口、二次接口和土建接口。
图2.2.510kV电容器室优化布置
表2.2.510kV电容器成套装置主要尺寸一览
项目
尺寸(m)
横向尺寸
10.2
纵向尺寸
3.3
梁底净高
4.8
电容器成套装置尺寸
4.4×1.7
2.2.6缩减二次设备室尺寸
通过二次设计优化,下放保护测控装置,二次设备室仅设置16面控制保护屏柜;整合功能房间,将通讯设备与二次设备共室布置,缩减二次设备室面积,并将二次设备室布置于一层。
图2.2.6二次设备室布置
2.2.7压缩层高,缩减建筑体积
建筑整体结构由二层建筑优化为一层建筑,主变压器室、66kVGIS室层高高度可按主变压器中性点套管最高点的带电距离按需核算,层高设置为8.0m;
10kV配电装置室、10kV电容器室层高设置为4.8m。
2.3电气设备连接优化
本工程在设计过程中积极贯彻“资源节约”、“环境友好”理念,主要设备的电气连接方案在通用设计的基础上进一步优化,本着电气距离最短、路径最优、方案最佳、材料最经济、选型最合理的原则,进行了如下优化:
图2.3电气设备的连接透视效果图
2.3.1主变压器与66kVGIS之间的连接优化
66kV全户内变电站主变压器与66kVGIS之间通长有三种连接方式,分别为架空导线连接、油气套管连接、电缆连接。
本工程根据一次设备布置方式及房间尺寸,采用通用设计推荐的GIS封闭母线筒配合油气套管的连接方式,通过调整设备布置,并统一主变压器和GIS主设备连接口的标高,达到直线连接,力求电气距离最短。
设计过程中将主变压器室和66kVGIS室房间宽度优化,将每组GIS封闭母线筒长度缩减0.5m,节省主材,减少现场安装工作量,节省投资2.3万元。
2.3.2主变压器与66kV消弧线圈之间的连接优化
通用设计66-A2-2方案中,主变压器与66kV消弧线圈之间为电缆连接方式,本工程通过调整消弧线圈室的布置位置,实现主变压器与消弧线圈通过穿墙套管采用架空线连接。
下表2.3.2对两种方式进行技术经济比较:
表2.3.2架空连接和电缆连接技术经济比较
序号
项目
本工程架空连接
通用设计电缆连接
1
主材
(单台变压器数量)
穿墙套管(1只)
LGJ-240导线
(5米)
66kV高压电缆(50米)
66kV电缆头(2只)
接地箱(2只)
2
连接通道
穿墙套管
地下修建电缆夹层或埋管
3
试验方案
无
电缆耐压
4
现场工作量
简单
复杂,涉及电缆敷设、电缆头安装等
5
费用(含安装)
1.8万元
20万元
6
优点
全寿命价格便宜,安装方便
布置灵活
7
缺点
布置受限
全寿命价格较高,安装工作量大,试验工作复杂
经比较,本站通过调整设备布置位置,实现主变压器与66kV消弧线圈之间采用架空导线配合穿墙套管连接方式,取消通用设计中的电缆连接,2台消弧线圈共节省投资36.4万元,实现全寿命周期成本最优。
2.3.3主变压器与10kV开关柜之间的连接优化
主变压器与10kV开关柜之间采用封闭母线桥连接,通过开关柜的排列布置,每段母线所带负荷排列在一排,两排柜间设置1具联络母线桥,较通用设计方案减少1具。
开关柜按母线排列,可使出线电缆有序排列,10kV电缆隧道内避免电缆交叉,满足标准工艺要求,节省10kV电缆长度,节省投资8.3万元。
2.4.410kV接地变、电容器与10kV开关柜之间的连接优化
通用设计66-A2-2方案中10kV接地变、电容器均在二层设置设备房间。
本工程通过优化布置,将10kV接地变及消弧线圈成套装置与10kV开关柜共室,取消10kV接地变室,将10kV电容器室布置在10kV配电装置室西侧,取消二层设备房间,将整体建筑结构优化成一层建筑,方案优化后可取消原通用设计中一次电缆竖井,降低电缆敷设施工难度。
将10kV接地变及消弧线圈成套装置与10kV开关柜并排布置可将设备间的连接线最短,并最大程度的节省10kV配电室建筑面积。
10kV电容器室设置在一层,并调整电容器开关柜的间隔位置,与其相应的电容器成套装置一一对应,可保证连接电缆最短,敷设方案最优。
本工程与通用设计方案相比较,其连接电缆长度可节省25%。
3经济技术指标对比
3.1基本模块对比
本优化布置方案参考通用设计66-A2-2方案。
结合本工程实际,对总平面布置、各配电装置模块进行了优化调整,拼接后方案技术水平高于通用设计方案水平。
本优化布置方案与通用设计66-A2-2方案基本模块指标比较表见表3.1。
表3.1基本模块指标比较表单位:
m2
序号
项目
优化布置方案
通用设计
66-A2-2方案
优化成果
1
生产综合楼模块
66-A2-2-ZHL
581.80
876.5
294.7
2
主变压器模块
66-A2-2-ZB
55.08
67.32
12.24
3
66kV配电装置模块
66-A2-2-66
64.26
82.62
18.36
4
66kV消弧线圈
66-A2-2-XH
20.16
23.04
2.88
5
10kV配电装置模块
66-A2-2-10
183.96
204.48
20.52
6
10kV接地变压器室模块
/
57.6
取消接地变室
7
10kV电容器室模块
72.27
106.56
34.29
8
二次设备室模块
40.32
86.4
46.08
3.2经济技术指标对比
本优化布置方案与通用设计66-A2-2方案经济技术指标对比表见表3.2。
表3.2经济技术指标对比表
序号
项目
优化布置方案
通用设计
66-A2-2方案
优化成果
1
站址总占地hm2
0.1505
0.248
0.0975
2
围墙内占地hm2
0.1505
0.248
0.0975
3
建筑总高度m
6.450
10.05
4
平衡后需弃土m2
1881
3250
1369
5
总建筑面积m2
581.80
876.5
294.7
6
站内道路面积m2
495.6
905
409.4
7
围墙长度m
/
204
取消围墙
8
土建动态投资(万元)
204
518
314
从以上技术经济比较可以看出,本工程布置方案在总占地,建筑面积,土建投资方面都具备明显优势。
4结论
本优化方案在国网通用设计66-A2-2方案的基础上,通过对“主变压器”、“66kV配电装置”、“10kV配电装置”、“66kV消弧线圈”等基本模块的优化布置和局部调整,形成创新的设计方案,设计方案满足同类型基本方案设计原则,技术性能指标高于通用设计方案。
设计标准不突破现有的设计规程、规范,遵循公司通用设计总体原则。
本优化方案按“两型一化”智能变电站建设要求,进一步明确其工业性设施的功能定位和配置要求,实现变电站全过程、全寿命周期内“资源节约、环境友好”,降低变电站建设和运行成本,深化、完善变电站通用设计,符合公司变电站工程建设的方向,具有推进标准化建设的积极意义。
参考文献
[1]国家电网公司输变电工程通用设计110(66)~500kV变电站分册(2011年版),刘振亚,国家电网公司,2011
[2]国家电网公司输变电工程通用设备110(66)~750kV智能变电站一次设备(2012年版),刘振亚,国家电网公司,2012
[3]国家电网公司标准化成果(输变电工程通用设计、通用设备)应用目录(2013年版),国家电网公司,2013
[4]国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则,国家电网公司基建部,2007
[5]变电站全寿命周期设计建设技术导则.国家电网公司基建部,2013
作者简介
李朝顺,硕士,教授级高级工程师,注册电气工程师,注册咨询工程师,辽宁省电力经济技术研究院副院长兼沈阳电力勘测设计院院长,辽宁省电力有限公司首席专家,全国电力勘测设计行业资深专家,中国工程咨询协会专家。
万青,本科,注册电气工程师,注册咨询师,高级工程师,从事电力规划、500kV及以下电力工程设计及
管理工作。
沈晔华,本科,工程师,从事220kV及以下变电站电气一、二次设计工作。
谢云秀,本科,工程师,从事220kV及以下变电站电气一、二次设计工作。
王红,本科,工程师,沈阳电力勘测设计院变电室设总,从事500kV及以下变电站电气一、二次设计工作。
陈宝琪,硕士,高级工程师,沈阳电力勘测设计院变电室主任,从事500kV及以下变电站电气一次、二次设计工作。
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