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        風(fēng)吹雪地區(qū)變電站電氣設(shè)備選型與布置方案優(yōu)化

        2021-05-21 09:59:46談東林
        四川電力技術(shù) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:變電站變壓器

        談東林

        (中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司,四川 成都 610021)

        0 引 言

        風(fēng)吹雪是一種由氣流挾帶起分散的雪粒在近地面運(yùn)行的多相流的天氣現(xiàn)象,俗稱白毛風(fēng)。風(fēng)吹雪的過程必須具備3個(gè)條件:大量的雪、障礙物和能使雪粒運(yùn)行的風(fēng)。冬季,在空曠的草原或戈壁灘上,大雪過后,大風(fēng)卷起戈壁上的積雪,遇到障礙物后,積雪發(fā)生大面積堆積的過程就是風(fēng)吹雪[1]。風(fēng)吹雪給新疆北疆部分地區(qū)的變電站及風(fēng)電場的安全運(yùn)行造成了比較嚴(yán)重的影響。風(fēng)吹雪發(fā)生時(shí),狂風(fēng)吹來大量雪粒,形成0.5~3 m的雪堆,導(dǎo)致帶電電氣設(shè)備對雪堆的安全距離不滿足要求,給電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全隱患,嚴(yán)重時(shí)雪堆直接將低矮的電氣設(shè)備如站用變壓器、低壓并聯(lián)電容器組、低壓并聯(lián)電抗器掩埋,使其被迫停運(yùn)[2]。

        目前,對風(fēng)吹雪的研究及應(yīng)用主要集中于公路及鐵路方面,其他行業(yè)尚無系統(tǒng)性的研究,對變電站的風(fēng)吹雪防治研究極少。在公路防治風(fēng)吹雪上,主要采用防雪林、下導(dǎo)風(fēng)板、擋雪墻、防雪柵等措施[3]。但公路狹窄細(xì)長,風(fēng)吹雪防治只要防治住十幾米寬度的路面即可。而大型變電站如750 kV變電站長寬達(dá)到三四百米,目前暫無法對風(fēng)吹雪的風(fēng)速、積雪厚度、雪粒直徑、積雪密度、地面粗糙度與擋雪墻的高度和防護(hù)范圍的關(guān)系進(jìn)行理論計(jì)算,只能根據(jù)工程實(shí)際需要,結(jié)合部分風(fēng)電場的防治經(jīng)驗(yàn)[2],在變電站前期規(guī)劃時(shí)選擇風(fēng)吹雪災(zāi)害較低的站址。另外,也采取在圍墻外的冬季主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)設(shè)置防雪格柵及種植防雪樹林相結(jié)合的方式來阻擋一部分風(fēng)吹雪,但防雪格柵及防雪樹林無法完全阻擋風(fēng)吹雪的影響。

        下面,以位于風(fēng)吹雪地區(qū)的新疆某750 kV變電站為例,從電氣設(shè)備選型與電氣設(shè)備布置兩個(gè)方面分析論述提高設(shè)備抵御風(fēng)吹雪危害的能力并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

        1 優(yōu)化電氣設(shè)備選型提高設(shè)備抵御風(fēng)吹雪危害的能力

        某750 kV變電站工程規(guī)劃3臺(tái)1500 MVA主變壓器;750 kV配電裝置采用3/2斷路器接線,規(guī)劃7回出線和3回進(jìn)線,每回出線均預(yù)留高壓并聯(lián)電抗器;220 kV配電裝置采用雙母線雙分段接線,規(guī)劃18回出線;66 kV配電裝置采用以主變壓器為單元的單母線接線,裝設(shè)總斷路器。

        根據(jù)公路風(fēng)吹雪防治的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及部分廠站風(fēng)吹雪防治措施判斷,變電站風(fēng)吹雪堆積最嚴(yán)重的區(qū)域是站前區(qū)、高壓電抗器場地、主變壓器區(qū)域,而對安全運(yùn)行影響最大的區(qū)域則是設(shè)備布置較低的站用變壓器、低壓并聯(lián)電抗器、低壓并聯(lián)電容器區(qū)域。主變壓器、高壓并聯(lián)電抗器及66 kV設(shè)備可選型式不多,根據(jù)通用設(shè)計(jì)750 kV主變壓器選用戶外單相油浸式變壓器,高壓并聯(lián)電抗器采用單相鐵芯油浸式電抗器;66 kV斷路器采用瓷柱式斷路器,66 kV并聯(lián)電抗器采用常規(guī)戶外干式空芯電抗器,66 kV并聯(lián)電容器組采用常規(guī)戶外框架式電容器組。而750 kV及220 kV配電裝置電氣設(shè)備可選型式有戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案、戶外GIS方案及戶內(nèi)GIS方案,以下對這3種方案分別進(jìn)行分析。

        1)戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案

        750 kV及220 kV配電裝置設(shè)備區(qū)域會(huì)設(shè)置大量聯(lián)合構(gòu)架,斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、避雷器及支柱絕緣子等電氣設(shè)備的支架也較高,750 kV設(shè)備支架達(dá)到5~6 m,220 kV設(shè)備支架也在2.5 m以上,同時(shí)帶電的管母及導(dǎo)線對地距離在5.5 m以上,因此風(fēng)吹雪在大量構(gòu)架、支架阻擋后減弱,少量的積雪堆積不會(huì)對750 kV及220 kV配電裝置設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。同時(shí)采用戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案,其設(shè)備間隔距離大,有利于機(jī)械清雪作業(yè)。

        2)戶外GIS設(shè)備方案

        由于戶外GIS設(shè)備占地面積小,具有總的積雪量和清雪工作量較小的優(yōu)點(diǎn);但戶外GIS設(shè)備外型低矮,僅約3 m左右,且沒有像罐式/瓷柱式斷路器方案的配電裝置中存在的大量構(gòu)架、支架對風(fēng)吹雪的阻擋,因此戶外GIS設(shè)備很容易被風(fēng)吹雪堆積掩埋。同時(shí),戶外GIS設(shè)備分支管道眾多,機(jī)械清雪作業(yè)安全隱患較大。

        3)戶內(nèi)GIS設(shè)備方案

        GIS主設(shè)備布置在GIS建筑室內(nèi),抵御風(fēng)吹雪能力較高,但由于戶內(nèi)GIS方案投資較高,以所述工程終期規(guī)模為例,戶內(nèi)GIS方案費(fèi)用較戶外罐式/瓷柱式斷路器方案高約21 000萬元。且站區(qū)積雪最嚴(yán)重的區(qū)域是高壓電抗器、主變壓器及低壓無功裝置等區(qū)域,因此戶內(nèi)GIS設(shè)備方案僅能提高GIS主設(shè)備抗風(fēng)吹雪能力,但對提高全站整體抵御風(fēng)吹雪能力作用不突出,經(jīng)濟(jì)性也較差。

        綜上所述,750 kV及220 kV戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案中存在大量構(gòu)架、支架阻擋風(fēng)吹雪,且750 kV及220 kV電氣設(shè)備布置較高,風(fēng)吹雪的堆積不會(huì)對變電站的安全運(yùn)行造成影響,同時(shí)工程投資較戶內(nèi)GIS低,因此,750 kV配電裝置采用戶外AIS罐式斷路器、220 kV配電裝置采用戶外AIS瓷柱式斷路器方案更適合風(fēng)吹雪地區(qū)。

        2 優(yōu)化電氣設(shè)備布置提高設(shè)備抵御風(fēng)吹雪危害的能力

        前面所述的750 kV及220 kV配電裝置采用戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案提高了750 kV及220 kV設(shè)備抵御風(fēng)吹雪災(zāi)害的能力,但主變壓器、高壓電抗器由于外形尺寸高大,而底部與地面基本齊平,是變電站內(nèi)風(fēng)吹雪堆積最嚴(yán)重的區(qū)域之一,另外66 kV電容器、電抗器、站用變壓器常規(guī)的低位布置方式也極易被風(fēng)吹雪掩埋,因此在電氣設(shè)備布置上也需要采取優(yōu)化措施來減少風(fēng)吹雪的堆積以及方便機(jī)械清掃積雪。

        2.1 750 kV及220 kV高壓電氣設(shè)備布置優(yōu)化

        根據(jù)該750 kV變電站站址附近氣象站風(fēng)向頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果,站址區(qū)域冬季風(fēng)吹雪時(shí)主要風(fēng)向?yàn)槟舷?。根?jù)工程電氣主接線和線路出線方向,750 kV變電站可行性研究階段電氣總平面布置方案圖參考通用設(shè)計(jì)[4],將主變壓器與750 kV配電裝置及高壓電抗器平行布置,主變壓器低架橫穿,從東方向進(jìn)線,出線向南北兩側(cè)出線,如圖1所示。

        圖1 某750 kV變電站可研階段電氣總平面布置

        圖2 某750 kV變電站優(yōu)化之后的電氣總平面布置

        1)調(diào)整設(shè)備布置走向

        如前所述可知,750 kV及220 kV配電裝置采用戶外AIS罐式/瓷柱式斷路器方案時(shí)存在大量構(gòu)架、支架阻擋風(fēng)吹雪,且750 kV及220 kV配電裝置電氣設(shè)備布置較高,抵御風(fēng)吹雪能力較高,主變壓器正面也未正對風(fēng)吹雪方向。但布置在750 kV配電裝置區(qū)域南側(cè)的高壓電抗器正面直接面對冬季風(fēng)吹雪方向,由于高壓電抗器正面無法設(shè)置防火墻阻擋風(fēng)吹雪,否則會(huì)使高壓電抗器無法檢修,因此風(fēng)吹雪的堆積會(huì)對南側(cè)的高壓電抗器造成嚴(yán)重威脅。

        針對可研方案不足之處,優(yōu)化設(shè)計(jì)將750 kV配電裝置及高壓電抗器在可研設(shè)計(jì)布置基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,主變壓器及220 kV配電裝置區(qū)域布置不變。調(diào)整后主變壓器與750 kV配電裝置及高壓電抗器垂直布置,750 kV出線向西和北方向出線,原南側(cè)高壓電抗器調(diào)整到西側(cè),使高壓電抗器正面基本避開冬季風(fēng)吹雪主導(dǎo)風(fēng)向,如圖2所示。

        2)增設(shè)防火墻

        主變壓器及優(yōu)化后的西側(cè)高壓電抗器正面未直接面對風(fēng)吹雪方向,但其側(cè)面仍然直接面對風(fēng)吹雪風(fēng)向,為此在主變壓器、高壓電抗器側(cè)面各增設(shè)一面防火墻。按防火規(guī)范要求,主變壓器、高壓電抗器端部不需設(shè)置防火墻的,所以增設(shè)的防火墻面對風(fēng)吹雪方向,其主要作用為阻擋和降低風(fēng)吹雪的危害。另外,將主變壓器、高壓電抗器場地采用局部硬化處理可減少風(fēng)吹雪堆積,也便于后期機(jī)械積雪清理。圖3為遠(yuǎn)期主變壓器增設(shè)防火墻圖。

        2.2 66 kV低壓電氣設(shè)備布置優(yōu)化

        通用設(shè)計(jì)中66 kV斷路器常規(guī)方案即采用瓷柱式斷路器,而66kV瓷柱式斷路器設(shè)備支架高度至少2.5 m以上,因此設(shè)備抵御風(fēng)吹雪能力較高。但66 kV站用變壓器、66 kV低壓并聯(lián)電抗器、66 kV低壓并聯(lián)電容器組采用低位布置并加裝圍欄方案,在風(fēng)吹雪嚴(yán)重地區(qū)低位布置的設(shè)備極易被積雪掩埋,而圍欄處更是有大量積雪。因此根據(jù)DL/T 5352—2018《高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中“電氣設(shè)備外絕緣底部距地面大于或等于2.5 m時(shí)可不設(shè)置圍欄”,為提高設(shè)備抵御風(fēng)吹雪能力,采取了如圖4所示的優(yōu)化設(shè)計(jì):將站用變壓器采用高位基礎(chǔ)布置安裝,設(shè)備套管距地2.5 m以上;低壓并聯(lián)電抗器采用2.5 m高度的玻璃鋼支柱安裝;低壓并聯(lián)電容器組采用2.5 m高鋼管支架安裝;均取消圍欄。

        設(shè)備高位布置安裝且取消圍欄后提高了抵御風(fēng)吹雪能力,避免了圍欄處大量積雪,同時(shí)在每兩組電容器或電抗器之間設(shè)置了一條3 m寬小道,便于清雪機(jī)械車輛進(jìn)出及時(shí)清掃積雪,如圖3所示。

        3 結(jié) 語

        上面以新疆地區(qū)某750 kV變電站為例,為降低風(fēng)吹雪對變電站的危害,對電氣設(shè)備選型及布置優(yōu)化進(jìn)行了論述。通過電氣設(shè)備選型分析確定風(fēng)吹雪地區(qū)選擇戶外AIS罐式斷路器/瓷柱式斷路器方案;電氣設(shè)備布置優(yōu)化方面,使高壓并聯(lián)電抗器正面避開了直接面對風(fēng)吹雪方向,主變壓器、高壓并聯(lián)電抗器側(cè)面增設(shè)防火墻保護(hù),站用變壓器、低壓并聯(lián)電抗器、低壓電容器組采取高位布置并取消圍欄。采用以上優(yōu)化措施后,可避免在冬季風(fēng)吹雪時(shí)電氣設(shè)備被積雪掩埋,有利于機(jī)械車輛清掃積雪,增強(qiáng)了變電站的安全運(yùn)行條件,提高了變電站所在地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        圖3 遠(yuǎn)期1號主變壓器區(qū)域平面布置

        圖4 站用變壓器、低壓電容器和電抗器采用高位布置

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