特高压配电装置的分类和设计原则

25.8.1.1　特高压配电装置的分类

1000kV配电装置的主设备方面可以分为常规独立设备方案（AIS）、混合型设备（HGIS）以及气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）三种设备型式。考虑目前土地资源越来越紧张，通常采用GIS型式且主接线通常采用一个半断路器，下面重点对其进行介绍。

对于一个半断路器接线，采用GIS设备的布置方案有三列式布置、一字形布置和单列式布置等三大类布置型式，其中单列式布置又分为典型接线单列式布置、常规斜连线单列式布置、高式斜连线单列式布置[2]。下面就几种布置进行介绍，设计可根据工程实际情况选择布置方案。

（1）三列式布置

三列式布置是一个半断路器接线敞开式配电装置中最典型的一种布置方式，其特点是对主接线的模拟性强，便于运行；整个配电装置的纵向尺寸较大，而宽度相对较小。

（2）一字形布置

一字形布置方式是纵向尺寸最小的一种配电装置型式。其特点是纵向尺寸最小，交叉接线、进出线方向灵活，断路器间分支母线最短。其缺点是：主母线长；横向尺寸长，串间设备不清晰，见图25-4。

图25-4　一字形布置

（3）单列式布置

a）典型接线单列式布置

典型接线单列式布置不易于实现交叉接线，适宜于向两侧出线和适应进出线数量相当的接线形式，一个半断路器接线中对于同一串的两个元件只能向不同的方向出线，断路器与母线间的分支母线较长，见图25-5。

图25-5　单列式布置

b）常规斜连式单列式布置

常规斜连式单列式布置是在典型接线单列式布置基础上发展而来的，其特点是：易于实现交叉接线，出线方向灵活，但断路器间的分支母线较长，设备造价增加，见图25-6。

图25-6　常规斜连式单列式布置

c）高式斜连式单列式布置

高式斜连式单列式布置是在常规斜连式单列式布置基础上演变而来的，其特点与常规斜连式单列式布置相同，易于实现交叉接线出线，方向灵活，但断路器间的分支母线较长，设备造价增加。与常规斜连式相比，高式斜连式布置不同之处在于：由于断路器的斜连分支母线采用高式布置，斜连分支母线不占横向空间，因此，该布置方式的横向尺寸较常规斜连式单列式布置的横向尺寸小；整个GIS设备较高，检修维护不方便，当拆除设备时还需要拆除部分斜连分支母线，见图25-7。

图25-7　高式斜连式单列式布置

（4）折叠式布置

折叠式布置是“一字型”布置的基础上，因GIS横向整体长度受到总平布置限制，可将GIS端部断路器折叠布置。此折叠式布置仅在端部间隔适用，虽减少了横线尺寸，但堵死了此端部方向未来扩建的可能性，折叠式布置见图25-8。

图25-8　折叠式布置图

各布置型式主要特点如表25-7所示。

表25-7　GIS布置型式的特点

25.8.1.2　特高压配电装置的设计原则

1000kV配电装置的设计原则初步可归纳为以下几个方面：

1）尽量压缩占地

敞开式配电装置（AIS）的占地面积，大致与电压等级的平方成正比。例如在主接线形式及进出线回路数相同的情况下，500kV配电装置的面积约是220kV的4倍，1000kV配电装置的占地面积也是500kV的4倍左右。(www.xing528.com)

在1000kV变电站中，仅1000kV配电装置的占地面积就达30～35hm2（AIS设备，10回1000kV出线），约占全所面积的70%。所以，在1000kV配电装置设计中，如何缩小占地面积就成为一个十分重要的问题。

2）尽量减少静电感应的影响

在220kV及以下高压配电装置的最小安全净距都是按绝缘配合的要求来决定的，但在特高压配电装置中，静电感应的影响逐步加大，在设计特高压配电装置时，布置上应充分考虑对静电感应的防护措施。

限制配电装置静电感应的措施主要包括两个方面：

一方面，考虑对人体的防护措施：

（1）登高检修时，在感应电压较高部位，可以考虑穿导电鞋及屏蔽服，以防止检修人员受到静电感应，引起事故；

（2）在设备检修时，可考虑设置活动金属网，将高场强处隔开；

（3）参考苏联的办法，规定各种场强下，允许的停留时间；

（4）划定安全的巡视道及检修攀登路径。

另一方面，在设计特高压配电装置时，布置上应考虑的措施：

（1）要尽量避免电气设备上方出现软导线。对于一个半断路器接线的配电装置，单从静电感应的影响水平来讲，平环式布置要比三列式布置好一些，因为它取消了所有断路器上方的架空软导线，从而大大减少了断路器附近的空间场强。但是，如果从技术经济综合考虑的角度出发，也可以采用改变导线几何参数，如增加导线对地高度，减小导线相间距离，减少导线分裂根数等；

（2）要求每个回路相序相同，避免两个相邻回路相序相反而出现同相区的情况。因为同相区附近电场直接迭加，场强增大，当相邻跨边相异相（ABC-ABC）时，跨间场强较低，靠外侧的那个边相下场强较高。当相邻跨边相同相（ABC-CBA）时，跨间场强明显增大；

（3）为了限制地面场强的数值，导线对地面的安全净距C值除满足过电压的要求外，尚需满足静电感应的要求，1000kV配电装置C值为17.5m；

（4）设置简易的屏蔽措施。在电场强度大于10kV/m的设备旁设置简单的屏蔽措施；

（5）串联补偿装置附近区域的地面场强偏高，可考虑用2m高的围栅将其环绕，这样使围栅以外的区域处于较低的场强中；

（6）由于高电场下静电感应的感觉界限与低电压下电击感觉的界限不相同，即使感应电流仅100～200μA，因未完全接触时已有放电，使在接触的瞬间会有明显的针刺感，故设备的放油阀门、分接开关及断路器端子箱等的位置，都应考虑到该处的场强不宜太高，以便于运行人员和检修人员接近；

（7）变电站内汽车的感应电流比较大，大部分超过100μA，尤其是在导线边相外比相间更大。因此，从静电感应的角度考虑，车辆最好在相间行使。通常为避免不必要的干扰麻烦及防止手持重物及器具上下车时发生二次事故，在车辆进入变电站时需妥善接地。对于升降检修车，需将车体及工作台接地，以保持与设备同电位。

根据多年来的实际经验，多数国家认为地面场强在5kV/m以下为无影响区，认为配电装置允许的电场强度为7.0～10kV/m。在场强不超过允许值的配电装置中，不会发生静电感应对人体的病理影响。但是，在大于5kV/m的场强中工作时，因有静电感应，甚至火花放电，将有麻电、刺痛和不安感觉，需有防护措施，特别是登高检修时，更应采取措施，否则会引起高空坠落二次事故，后果严重。在设计特高压配电装置时，应充分重视以上列举的各种防护措施，尽量减少静电感应的影响。

3）尽量降低电晕无线电干扰

在特高压配电装置中，为限制电晕无线电干扰，导线采用扩径空芯导线、多分裂导线、大直径铝管和组合式铝管等，都是行之有效的方法。对于电气设备，一般在设备端子处设置有不同形状和数量的均压环或罩，以改善电场分布，并将导体和瓷件表面的场强限制在一定数值内，使它们在一定电压下基本上不发生电晕放电，同时规定设备的无线电干扰允许值。IEC标准是在1.1倍最高工作相电压下，1兆赫时的无线电干扰电压不大于2500μV，并在1.1倍最高工作相电压下的晴天夜晚，设备上应没有可见电晕。中国目前的500kV和750kV电气设备的无线电干扰允许值为不大于500μV；加拿大标准协会和美国AEP标准规定的无线电干扰允许值为不大于2000μV；在1000kV的综合干扰水平计算时，对于1000kV电气设备的无线电干扰允许值暂按不大于2000μV考虑。

4）控制噪声

在1000kV配电装置设计中，合理选择设备和总平面布置，就能使变电站的噪声得到限制，取得事半功倍的效果。变电站限制噪声的措施有：

（1）合理布置主变压器、电抗器等噪声源，尽量利用建筑物端墙起到隔声作用，使噪声只能绕射不能直射；

（2）噪声源布置在最大风频侧的下风处；

（3）对临近变电站区的环境有防噪声要求时，噪声源不要靠墙布置；

（4）规定1000kV设备的噪音水平限值，可参考750kV电压等级要求。750kV设备的噪音水平限值：变压器、电抗器和其他设备的连续性噪音水平为80dB，SF6断路器非连续性噪音水平为110dB。

5）应避免1000kV出线交叉跨越

1000kV架空线路一般离地面高度超过20m，塔高非常高，如美国、俄罗斯和意大利的塔高在40～60m，日本的垂直双回塔高达108m，如果出现出线交叉跨越情况，将是很难实现的。当采用一个半断路器接线方案时，比较行之有效的方法就是采用三列式布置方案。两个相反方向出线的线路按实际地理位置配对成串，在无法配串的情况下，只能采用增加间隔的方法来满足实际出线方向的需要。对于GIS方案，配串相对灵活，但也会因为配串的需要增加管道母线的用量，设计中应尽可能优化布置。

6）结构简单、布置清晰

应充分吸取目前国内330kV～750kV配电装置布置及结构设计中的成功经验，采用中型单层构架，避免双层构架的出现。

7）应具有良好的运输条件，方便运行和检修

为方便检修和运行，像500kV一样设置相间运输道路，使得运输和检修机械可以沿着相间道路到达每一个单相电气设备的附近作业，是十分便利的方法。由于1000kV的C值较大，设备支架高度按照保证C值考虑时，已经能保证运输设备的载重汽车和升降检修车能安全在相间通过。