夏明昭，屈彥明，張偉釗，常伯濤

（河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031）

特高壓變電站1 000kV出線架構(gòu)高度優(yōu)化分析

夏明昭，屈彥明，張偉釗，常伯濤

（河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031）

介紹1 100kV GIS套管的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，分析了1 100kV GIS套管基座、1 000kV絕緣子串，吊車的選擇、吊裝布置等對(duì)出線架構(gòu)高度的影響，提出將1 000kV出線架構(gòu)高度優(yōu)化至38m的吊裝優(yōu)化方案，優(yōu)化后架構(gòu)基礎(chǔ)混凝土工程量及鋼材用量均大大降低，降低了變電站的工程投資。

1100kV GIS套管；出線架構(gòu)；優(yōu)化

特交流特高壓變電站中，1 100kV GIS套管的不帶電吊裝是1 000kV出線架構(gòu)的高度主要決定因素。在最近建設(shè)的特高壓變電站中，考慮到懸垂V型絕緣子串對(duì)吊裝的影響，1 000kV出線構(gòu)架高度取41m。通過對(duì)已有的1 000kV變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和成果的總結(jié)，結(jié)合設(shè)備制造、安裝水平及已有工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)已建1 000kV變電站工程GIS套管施工方案的調(diào)研結(jié)果，對(duì)1 000kV出線構(gòu)架高度進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

1 影響出線架構(gòu)高度的因素

特高壓變電站中，出線架構(gòu)高度的影響因素主要有設(shè)備參數(shù)和吊裝方案兩方面。設(shè)備參數(shù)主要包括：GIS套管參數(shù)、套管基座高度、絕緣子串長度等；吊裝方案對(duì)出線架構(gòu)高度的影響主要包括吊裝步驟、吊車選擇、吊車布置等。

1.1 設(shè)備參數(shù)

1.1.1 GIS套管參數(shù)

1 100kV GIS套管是GIS中的關(guān)鍵設(shè)備。目前，1 100kV GIS所采用的套管主要有復(fù)合套管和瓷套管。特高壓交流示范工程及皖電東送工程中所有1 000kV配電裝置的套管均采用氣體絕緣復(fù)合套管或氣體絕緣瓷套管。1 100kV GIS氣體絕緣復(fù)合套管主要由空心復(fù)臺(tái)絕緣子、導(dǎo)管、屏蔽件、支持件、端于和法蘭組成。1 100kV GIS氣體絕緣瓷套管的組成部分包括套管基座，空心絕緣子，套管內(nèi)屏蔽，套管外均壓環(huán)［1］。瓷套管長度12.1m，重量7t，復(fù)合套管長度11.7m，重量約為4.7t。1.1.2 套管基座高度

套管基座不僅僅起到套管支撐作用，側(cè)面還要和GIS管道相連接?；O(shè)計(jì)除考慮內(nèi)部電場強(qiáng)度要求及機(jī)械性能要求外，還要考慮設(shè)備運(yùn)行安全和電磁環(huán)境要求。從基座高度4.5～7.5m范圍進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果來看，選擇基座高度5～6m比較合理。據(jù)研究報(bào)告表明：如果將基座高度提高到6.5 m，套管下端的外部電場強(qiáng)度將下降約25%。

目前GIS套管升高座高度為5m和5.91m，安裝后套管頂部距地最大距離約為18m。

1.1.3 絕緣子串長度

安裝有懸垂絕緣子串的不帶電吊裝是決定出線構(gòu)架高度的主要因素。

特高壓交流試驗(yàn)示范工程1 000kV懸垂V型絕緣子串采用160kN三傘型瓷絕緣子，單片高度160mm，每串59片，上部掛點(diǎn)跨距7.5m，等值長度約9.44m，考慮均壓環(huán)及絕緣子串鏈接金具的高度并考慮一定的裕度，1 000kV絕緣子串的安裝高度取12.5m［2］。

1.2 吊裝方案

1.2.1 吊裝步驟

套管的吊裝主要有兩大步驟：起立，套管由水平狀態(tài)立起為豎直狀態(tài)，并放置在安裝臺(tái)上；吊裝，套管改為豎直狀態(tài)后，拆卸運(yùn)輸用保護(hù)罩，安裝在GIS上。

采用廠家配套的專用吊具，吊車布置在出線構(gòu)架外側(cè)。吊裝前首先裝好吊具，套管吊具固定在瓷瓶上部1／5左右，吊機(jī)中心至套管中心距離為8～10m，在套管端部的法蘭位置和套管頸部安裝專用工裝，進(jìn)行整體吊裝，確保瓷套在吊裝過程中不受損傷。

采用2臺(tái)吊車同時(shí)起吊的方式，同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)吊車，緩慢從套管包裝箱內(nèi)吊起套管至距地面3 m高，套管成水平位置，法蘭端的吊車停止上升并開始下降，同時(shí)頂端的吊車?yán)^續(xù)上升，直至套管到達(dá)豎直位置；將套管緩慢移至套管基座處，將套管從上方輕輕地吊下，安裝在套管基座上［3］。套管吊裝示意見圖1。

圖1 套管吊裝示意

1.2.2 吊車選擇

根據(jù)目前我國特高壓的施工經(jīng)驗(yàn)，吊裝中采用汽車起重機(jī)。該工程采用100t主吊車加25t輔助吊車的雙吊車起吊方案，并采用廠家配套的專用吊具，吊裝前首先裝好吊具。吊車停靠在出線套管側(cè)路面上，吊機(jī)中心至套管中心距離為10～20m，根據(jù)100t汽車吊的特性，可以安全起吊約10t重物。施工過程中套管頭部使用100t吊車，端部使用25t吊車。

1.2.3 吊車布置

由于1 000kV懸垂串安裝完成后長度達(dá)到12.5m左右，大于出線門型架至終端塔的第一跨出線站內(nèi)側(cè)弧垂，而GIS出線側(cè)套管吊裝時(shí)考慮在出線架構(gòu)外側(cè)布置吊車，因此在先安裝絕緣子串后安裝套管的情況下，梁下方安裝有懸垂絕緣子串的不帶電吊裝GIS套管成為決定出線構(gòu)架高度的主要因素。如果可以避開絕緣子串的高度，對(duì)于架構(gòu)高度的優(yōu)化是具有重要意義的。與常規(guī)吊裝方案不同的，該工程在吊裝過程中通過合理的選擇及布置吊車，找到恰當(dāng)?shù)牡跹b位置，避開絕緣子串對(duì)吊裝的影響，出線架構(gòu)高度主要由套管安裝完成后的設(shè)備高度決定。吊車布置見圖2。

圖2 吊車布置示意

2 起吊及架構(gòu)高度確定

2.1 起吊高度確定

從上面描述的吊裝步驟可以看出，吊裝GIS套管中吊車最高點(diǎn)的高度由套管為完全豎直狀態(tài)放置于套管升高座上時(shí)的吊車的起吊高度決定。

套管豎直狀態(tài)時(shí)，專用吊具長度主要有豎直方向總長度約為12.5m的鋼絲繩1m連接板、2 m鋼絲繩；吊鉤及吊索的長度取3m，吊裝高程取2 m、套管升高座取5.9m、GIS基礎(chǔ)高度取0.15m。

結(jié)合以上分析，當(dāng)套管為完全豎直狀態(tài)時(shí)，由此確定的吊車起吊高度最高，起吊高度h為：

2.2 架構(gòu)高度確定

在以往特高壓工程中，安裝有懸垂絕緣子串的情況下不帶電吊裝GIS套管成為決定出線構(gòu)架高度的主要因素，出線架構(gòu)高度應(yīng)大于26.55m＋12.5m，即39.05m，再考慮一定的裕度，架構(gòu)高度取41m。

通過對(duì)吊裝方案的優(yōu)化，避開絕緣子串對(duì)吊裝的影響，出線架構(gòu)高度主要由套管安裝完成后的設(shè)備高度決定，考慮到構(gòu)架下方的GIS套管引上線施工的受力、美觀和便利，該段引上線高差控制在不小于8m，出線構(gòu)架高度取38m。吊裝斷面見圖3

圖3 GIS出線套管吊裝斷面示意

3 優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)效益比較

3.1 構(gòu)架的鋼材用量

由于出線構(gòu)架的導(dǎo)線掛點(diǎn)的降低，不僅減少了架構(gòu)自身幾何尺寸，也大大降低結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，因此架構(gòu)的鋼材量大大降低，顯著的節(jié)省了變電站的工程投資。

結(jié)合實(shí)際工程中1 000kV出線架構(gòu)的布置形式，同時(shí)為了方便對(duì)比分析，研究對(duì)象取兩跨兩回出線架構(gòu)為一個(gè)計(jì)算分析單元。架構(gòu)出線導(dǎo)線荷載按照電氣專業(yè)提供的荷載為輸入?yún)?shù)值，設(shè)計(jì)風(fēng)速為30m／s，導(dǎo)線最大水平荷載H為100kN，垂直荷載V為60kN，1 000kV架構(gòu)出線導(dǎo)線最大偏角不大于5°，與41m時(shí)相比，出線構(gòu)架高度為38m時(shí)，構(gòu)架柱鋼材量減少9t，減少6%。

3.2 構(gòu)架基礎(chǔ)

由于出線構(gòu)架導(dǎo)線掛點(diǎn)的降低，構(gòu)架的上拔力大大降低，因此基礎(chǔ)體積得到顯著優(yōu)化，節(jié)省了架構(gòu)基礎(chǔ)混凝土工程量。與41m時(shí)相比，出線構(gòu)架高度為38m時(shí)，基礎(chǔ)混凝土工程量減少24m3，減少了5%。

4 結(jié)論

以上提出了一種1 100kV GIS套管不帶電吊裝方案，對(duì)1 000kV出線構(gòu)架高度進(jìn)行優(yōu)化。通過合理配置吊車，并對(duì)吊車的位置進(jìn)行優(yōu)化，在吊裝時(shí)避開V型絕緣子串，可使出線構(gòu)架高度優(yōu)化為38 m。出線架構(gòu)高度優(yōu)化后，架構(gòu)基礎(chǔ)混凝土工程量減少了22.2%、鋼材用量減少了20.6%，顯著的節(jié)省了變電站的工程投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］王曉琪，吳春風(fēng)，李 璿，等.1 000kV GIS用套管的設(shè)計(jì)，高電壓技術(shù)，2008，34（9）：1792-1796［J］.

［2］吳祎瓊，黃寶瑩，邱 寧，等.1 000kV絕緣子選型及組串方式研究［J］.電力建設(shè)，2007，28（1）：8-12.

［3］賀 虎，韓書謨，王延豪，等.交流特高壓晉東南變電站1 100kV GIS設(shè)備的現(xiàn)場安裝管理［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（4）：11-16.

本文責(zé)任編輯：羅曉曉

HeightOptimalAnalysison1000kVLineArchitectureinUHV

Xia Mingzhao，Qu Yanming，Zhang Weizhao，Chang Botao
（Hebei Electric Power Design ＆ Research Institute，Shi Jiazhuang 050031，China）

This paper briefly introduces the structure and parameters of 1 100kV GIS（Gas Insulated Switchgear）bushings，analyzes 1 100kV GIS casing base，1 000kV insulator string，the choice of the crane，hoisting position and height of the outlet architecture，proposes the lifting optimizing scheme，ilustrates the 1 000kV line structure optimization to 38m，Optimized architecture foundation of quantities of concrete and the steel consumption is greatly reduced，significantly save engineering investment of substations.

1 000kV GIS bushing；line architecture；optimize

TM595

B

1001-9898（2015）03-0006-02

2015-03-02

夏明昭（1987－），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)一次方面的設(shè)計(jì)研究。