解决方案︱变电站平面布置设计的一些优化
中国电工技术学会定于2016年9月8~9日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。
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电力规划设计总院的研究人员刘然，在2016年第4期《电气技术》杂志上撰文指出，电气平面布置是变电站设计的重要方面，各类通用设计已成为大多数变电站平面布置设计的重要参考。
本文结合变电站评审的实际情况，在通用设计模块的基础上，提出了几种进一步优化布置的方案，仅需改变通用设计中的习惯性布置方式，便可在不增加任何投资的条件下，使占地面积得到可观的缩减。
随着社会经济的不断发展，节约资源成为电力建设中倍受关注的重要问题。节约用地，是我国基本国策，也是变电站平面设计的基本原则[1]。为此，多年来电力建设中积极研究和采用新技术、新设备，例如紧凑型配电装置（GIS、HGIS）、油浸式电抗器等，以较高的经济代价换取占地面积的减小等优势[2-4]。
然而，在采用了紧凑型配电装置的变电站中，仍有不少因为部分敞开式设备的习惯性布置方式而导致大块空地难以有效利用的情况。如果改变这些敞开式设备的习惯性布置方式，稍加优化，便可在不增加任何经济代价的条件下，使配电装置占地面积得到可观的缩减，例如主变压器高压侧进线设备（包括电压互感器、避雷器）的布置优化、高压并联电抗器运输道路的布置优化等。
目前，这些设计优化方案在部分变电站中（尤其是用地紧张地区的变电站）已有应用实例[5-6]。
我国的电力工作者在变电站设计领域积累了丰富的研究成果，编制发行了各类变电站通用设计方案，如《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～500kV变电站分册》、《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～750kV智能变电站部分》、《国家电网公司输变电工程通用设计1000kV变电站分册》、《中国南方电网公司输变电工程标准设计V1.0》等[7-10]，对我国绝大多数变电站的设计有着相当重要的指导作用。
目前这些通用设计方案中均尚未纳入上述设计优化成果，且均有可采用上述设计成果的优化空间。若能将上述设计优化方案纳入通用设计中适当的方案和模块中，必将进一步推广更加节约土地资源的设计方案和思路，特别是为位于基本农田和场地受限区域的变电站提供有益的参考，甚至解决实际工程的难题。
1 主变压器高压侧进线设备的布置优化
对于采用了紧凑型配电装置的变电站，占投资比例较低的敞开式出线和进线设备（包括电压互感器、避雷器）却占据了较高比例的用地面积。以《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～500kV变电站分册》（简称《国网通用设计》）的500-A-3-500模块为例（见图1）。
在采用GIS设备的500kV配电装置场地中，GIS设备区域面积约占37%，敞开式设备区域面积约占63%（以GIS进出线套管中心线为界），可见对敞开式设备的布置进行优化能有效的减少变电站用地。
而在敞开式设备所占面积中，8回出线设备与4回主变进线设备各占一半面积，明显可以看出，主变进线设备区域有大块空地没有得到有效利用。
图1 500kV GIS配电装置平面布置图（《国网通用设计》500-A-3-500模块）
不同于出线设备，主变进线设备两侧不受构架的限制，可以利用两回进线之间的空地，将通常沿着跨线方向分两行布置的电压互感器和避雷器改为一行布置，如图2所示。
同时，由于主变构架宽度比出线构架大，主变进线在进线设备引上处跨线相间距比出线侧大，所以即使同相电压互感器和避雷器并排布置，也不会影响其设备引上线的连接。
在电气平面进行上述优化的同时，有时土建建构筑物（如500kV继电器室等）也需要进行相应调整。而出线设备则因受到出线间隔宽度的限制，不能采用同样的布置方法进行优化。
图2 主变压器高压侧进线设备的布置优化
这样一个简单的布置优化，使得变电站在平行于主变进线的纵向尺寸上整体压缩了4m（图2中将主变进线套管和电压互感器的间距也压缩了1m），以横向宽度为241m的500-A-3-500模块为例，在不花任何代价的情况下即节约了964（4×241）m2的土地面积，约占500kV GIS配电装置场地总面积的8%。
若变电站在平行于主变的横向尺寸上也受到限制，上述主变进线设备的布置还可以进一步优化。考虑到同相的GIS进线套管、电压互感器和避雷器这三个设备的引上线为电气接线上的同一点，在不同相设备和同相设备间最小电气距离均分别满足安全净距的条件下，最优化的布置方案应如图3所示，即同相设备间呈三角形布置。
然而这一布置方式在运行时不易一目了然的看出设备分相情况，所以仅在场地横向尺寸受限时推荐使用。
图3 主变压器高压侧进线设备的进一步优化
2 高压并联电抗器运输道路的布置优化
在超高压变电站中常有部分出线需配置高压并联电抗器，在目前的国网公司通用设计中，500kV采用GIS设备的模块均采用如图1所示的高压并联电抗器布置方案，即在高压电抗器靠围墙一侧增设一条高压电抗器运输道路；而在500kV采用HGIS设备的模块中，均采用在高压电抗器与其连接出线的敞开式隔离开关之间增设一条高压电抗器运输道路的布置方案，如图4所示。
若能在采用GIS的模块中借鉴采用HGIS模块的高抗道路布置方式，便可将原布置方案中高压电抗器外侧的专用运输道路与内侧的站区环形消防道路合并为一条道路，从高压电抗器与其连接出线的敞开式隔离开关之间穿过。
如图5所示，将两条道路合并成一条道路，可将高压电抗器布置区域的纵向尺寸缩减4m，同时可兼顾高压电抗器运输和站区环形消防道路的要求[11]。
图4 500kV HGIS配电装置高抗道路布置图（《国网通用设计》500-B-5-500模块）
3 结论
对比20年来的变电站平面布置设计可以清晰地看到，近年来变电站占地面积有了大幅的缩减，其中经济发达和可利用土地紧张的地区尤为明显。这些设计领域的成就很大程度上得益于局部优化的点滴积累。
1）对变电站主变压器高压侧进线设备进行优化布置，可在不增加经济代价的条件下，压缩配电装置占地面积，节约土地资源。这种优化方式不仅可用于GIS设备配电装置，也可应用于HGIS和敞开式设备配电装置。
图5 高压电抗器运输道路的布置优化
2）对高压并联电抗器运输道路进行优化，将两条道路合并为一条道路，既不影响使用效果，又简化了站区道路。
3）随着电力建设的高速发展，电力设计领域积累了丰富的经验，涌现出大量的创新和优化成果。若能进行充分的交流和及时的推广，不仅能促进设计行业整体水平的提高，更有利于尽可能地节约社会资源。