張國強，鄭海濤，楊 慧

(中國能源建設集團甘肅省電力設計院，甘肅 蘭州 730050)

330?kV變電站通用設計在高海拔地區(qū)的應用

張國強，鄭海濤，楊 慧

(中國能源建設集團甘肅省電力設計院，甘肅 蘭州 730050)

介紹了2011版國網(wǎng)輸變電工程330 kV變電站通用設計方案，針對高海拔地區(qū)氣候?qū)﹄姎庠O備的外絕緣及空氣間隙的影響，對國內(nèi)35 kV開關(guān)柜應用率較高的廠家進行調(diào)研，提出了高海拔地區(qū)配電裝置設計應采用國家電網(wǎng)公司通用設計方案的建議。

330 kV變電站;高海拔;外絕緣;空氣間隙

甘肅電網(wǎng)現(xiàn)有330 kV變電站共42座，其中，位于海拔1 500 m以上地區(qū)的有18座，約占總數(shù)的43 %。依據(jù)電力設計手冊中有關(guān)特殊地區(qū)配電裝置的設計內(nèi)容，當海拔高度超過1 000 m時，由于空氣稀薄、氣壓低，導致電氣設備外絕緣和空氣間隙的放電電壓降低。因此，在進行高海拔地區(qū)配電裝置設計時，應加強電氣設備的外絕緣和放大空氣間隙。

1 330 kV變電站通用設計方案

依據(jù)國家電網(wǎng)公司330 kV變電站通用設計手冊， 在330-A的2個方案中，330 kV和110 kV配電裝置均采用戶外GIS布置，35 kV配電裝置采用戶內(nèi)開關(guān)柜單列布置；而在330-B-1方案中，330 kV配電裝置采用戶外HGIS設備，110 kV配電裝置采用戶外GIS設備，35 kV配電裝置采用戶內(nèi)開關(guān)柜單列布置。根據(jù)甘肅省330 kV變電站的設計經(jīng)驗，當330 kV變電站因站址條件受限，高壓配電裝置采用戶外GIS布置時，應選用國家電網(wǎng)公司通用設計330-A方案，35 kV配電裝置則應采用戶內(nèi)開關(guān)柜形式。

2 高海拔對電氣設備的影響

2.1 對GIS設備的影響

GIS設備是指把斷路器、隔離開關(guān)、電流及電壓互感器、母線等元件全部封閉于接地的金屬外殼中，殼體內(nèi)充以SF6作為絕緣和滅弧介質(zhì)的全絕緣封閉電器。故330 kV和110 kV變電站采用GIS設備可避免高海拔地區(qū)氣候?qū)ν饨^緣的影響。

2.2 對戶內(nèi)中壓開關(guān)柜的影響

由于現(xiàn)有110 kV及以下電壓等級的電氣設備可在海拔高度不超過2 000 m的地區(qū)使用，而對于高海拔的地區(qū)，其氣候條件則會對開關(guān)柜類設備產(chǎn)生如下影響。

(1) 空氣壓力及空氣密度的降低，會導致外絕緣強度的降低。試驗表明：海拔每升高1 000 m(即平均氣壓每降低7.7～10.5 kPa)，外絕緣強度降低8 %～13 %。此外，對于設計定型的產(chǎn)品，由于其電氣間隙已固定，隨著空氣壓力的降低，擊穿電壓也會下降。

(2) 海拔較高且周圍環(huán)境溫度較低，會影響開關(guān)柜中一、二次元器件的可靠性。電工產(chǎn)品運行中的溫度增加，盡管會因高海拔環(huán)境空氣溫度的降低而得到部分或全部地補償，但因高海拔地區(qū)的氣壓低、且空氣溫差大，容易引起產(chǎn)品外殼變形、龜裂等。

3 高海拔地區(qū)配電裝置設計采取的措施

在330 kV變電站通用設計330-A方案中，由于330 kV和110 kV配電裝置均采用GIS設備，其產(chǎn)品本身的特點可避免高海拔地區(qū)氣候?qū)ν饨^緣的影響。但因35 kV配電裝置采用常規(guī)戶內(nèi)開關(guān)柜布置，當其安裝在海拔高度超過1 000 m的地區(qū)時，應對其外絕緣進行補償。

3.1 外絕緣耐受試驗電壓校正

根據(jù)GB311.1-1997《高壓輸變電設備的絕緣配合》規(guī)范的內(nèi)容，當高壓輸變電設備在海拔高于1 000 m，但不超過4 000 m的地區(qū)使用時，海拔每升高100 m，絕緣強度約降低1 %；在海拔不高于1 000 m的地區(qū)試驗時，試驗電壓應按規(guī)定的額定耐受電壓乘以海拔校正因數(shù)Ka計算，其中，

式中：H——安裝地點的海拔高度(m)。

根據(jù)GB11022-2011《高壓開關(guān)設備和控制設備的公用技術(shù)要求》規(guī)范的內(nèi)容，對于安裝在海拔高于1 000 m處的設備，外絕緣在標準參考大氣壓下的絕緣水平應該按使用場所要求的絕緣耐受電壓乘以系數(shù)Ka來校正，其中，

式中：H——安裝地點的海拔高度(m)；

m——用于工頻、雷電沖擊和相間操作沖擊電壓時，m=1；用于縱絕緣操作沖擊電壓時，m=0.9；用于相對地操作沖擊電壓時，m=0.75。

3.2 增大空氣間隙

當海拔高度超過1 000 m時，35 kV配電裝置的空氣間隙A值應按圖1進行修正。

注：A1—開關(guān)柜內(nèi)帶電部分至接地部分的距離；A2—不同相的帶電部分間的距離。A2值和屋內(nèi)的A1、A2值可按該圖之比例遞增。

35 kV開關(guān)柜要求的最小空氣間隙按不同海拔高度修正后的A值如表1所示。

表1 35 kV電氣設備戶內(nèi)要求的最小空氣間隙mm

4 國內(nèi)35 kV開關(guān)柜廠家產(chǎn)品調(diào)研

4.1 調(diào)研情況

2011年10—11月，對國內(nèi)35 kV開關(guān)柜應用率較高的5家開關(guān)柜生產(chǎn)廠家進行了咨詢和調(diào)研。以國家電網(wǎng)公司物資采購標準《高海拔外絕緣配置技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱規(guī)范)中規(guī)定的戶內(nèi)變電站一次設備空氣間隙最小要求值為標準，按照海拔1 000 m、1 500 m、2 000 m和2 500 m 4個檔次，對各廠家手車式開關(guān)柜的A1值和A2值進行對比。對比結(jié)果如表2所示。

表2 35 kV手車式開關(guān)柜調(diào)研對比結(jié)果

4.2 調(diào)研結(jié)果分析

根據(jù)對比結(jié)果可以看出，在1 000 m及以下海拔高度地區(qū)，各廠家35 kV手車式開關(guān)柜的A1、A2值基本可以滿足規(guī)范要求。但由于外形尺寸等因素的限制，在與1 500 m及以上海拔高度地區(qū)的對比中，所有參與調(diào)研廠家的開關(guān)柜均不能滿足(或不完全滿足)規(guī)范要求。在安全距離不能滿足要求的情況下，只有1家廠家通過增加柜體尺寸的方法生產(chǎn)非標準設備以滿足絕緣要求；其余廠家只能采取在裸露金屬導體外加絕緣護套或絕緣隔板的方法來加強絕緣，以致在運行中經(jīng)常出現(xiàn)相間及相對地放電的情況，存在閃絡等絕緣隱患，進而對安全運行造成極大隱患?；谝陨显蚋吆０蔚貐^(qū)的35 kV配電裝置不宜采用手車式開關(guān)柜。

對于330 kV變電站，35 kV斷路器主要用來切合容性電流和感性電流，在通用設計中330 kV變電站35 kV電容器組的容量配置一般為3×20 Mvar和3×30 Mvar 2種。根據(jù)GB50227-2008《并聯(lián)電容器設計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容計算得出：35 kV總斷路器的電容電流為1 336 A和2 004 A，35 kV分支斷路器的電容電流為446 A和668 A。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，所有充氣式開關(guān)柜均采用真空斷路器，而真空斷路器只能切斷小幅值的容性電流(調(diào)研結(jié)果最大為630A)；此外，由于真空斷路器固有的特性，切斷容性電流后會出現(xiàn)電弧復燃現(xiàn)象，不能滿足運行要求，故高海拔地區(qū)的35 kV配電裝置亦不宜采用充氣式開關(guān)柜。

5 結(jié)論

綜上，在高海拔地區(qū)的330 kV變電站設計中，當35 kV配電裝置采用戶內(nèi)布置時，現(xiàn)有手車式和充氣式開關(guān)柜均無法滿足設計要求，因此建議采用戶外布置形式。

根據(jù)甘肅電網(wǎng)整體規(guī)劃，2010—2012年新建330 kV變電站12座，采用GIS布置的變電站有5座(分別為環(huán)縣、靈臺、古浪、永靖、天祝)，占新建變電站的41.6 %，在現(xiàn)有330-A-1方案的基礎上，采用GIS布置的變電站設計方案將35 kV配電裝置由戶內(nèi)開關(guān)柜全部改為戶外SF6瓷柱式斷路器，采用屋外軟母線中型布置。

“十二五”期間甘肅電網(wǎng)規(guī)劃建設330 kV變電站約24座，其中蘭州地區(qū)約7座(海拔1 500～2 100 m)，嘉酒地區(qū)共4座(海拔1 600～2 200 m)，武威地區(qū)共3座(海拔1 800～2 000 m)，白銀、平?jīng)龅貐^(qū)各2座(海拔1 800～2 000 m)，金昌(海拔約2 000 m)、張掖(海拔約1 900 m)、天水(海拔約1 600 m)、慶陽(海拔約1 800 m)、隴南(海拔約1 500 m)、臨夏(海拔約2 200 m)各1座。其中規(guī)劃采用GIS布置的變電站有14座，約占新建變電站的58 %。因此，建議增加330-A-3方案，即330 kV和110 kV配電裝置均采用戶外GIS布置，35 kV配電裝置采用戶外軟母線中型布置、瓷柱式斷路器方案，可有效解決高海拔地區(qū)35 kV配電裝置布置的問題。

1 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計110(66). 500 kV變電站分冊[M].北京：中國電力出版社，2011.

2 水利電力西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分)[M].北京：水利電力出版社，1989.

3 何國平.高海拔地域中壓開關(guān)柜的設計[J].科技傳播，2011(9).

4 趙宇明，黎小林，呂金壯，等.高海拔地區(qū)外絕緣參數(shù)海拔修正方法研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2011(2).

5 劉振亞.國家電網(wǎng)公司物資采購標準高海拔外絕緣配置技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國電力出版社，2009.

2013-09-03。

張國強(1973-)，男，高級工程師，長期從事電力系統(tǒng)工程設計和研究。

鄭海濤(1969-)，男，教授高級工程師，長期從事電力系統(tǒng)工程設計和研究。

楊 慧(1985-)，女，工程師，長期從事變電站設計和研究。