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摘要：结合南阳市某变电站工程设计的具体条件，对110kV配电装置布置方案进行多方案比选，根据全寿命周期费用管理（LCC）原则加以定量分析，推荐了经济、紧凑、清晰、协调且适合于本工程实际情况的配电装置型式。同时在保证满足技术要求的前提下，结合智能化变电站的设计理念，对配电装置布置进一步优化，使围墙内占地面积与可研相比减少了2110㎡，压缩了近48%，经济效益显著。
关键词：全寿命周期成本；配电装置；布置优化；经济分析
作者简介：刘文阁（1974-），女，河南南阳人，南阳电力勘测设计院，工程师。（河南 南阳 473000）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0123-02
配电装置的布置是变电站设计的重要部分，对于变电站在占地、运行维护、安装检修等方面起着决定性作用。配电装置的布置型式应结合接线方式、设备型式及变电站的总体布置综合考虑，并通过全寿命周期成本理念（简称LCC）比较和论证后分析确定。本文将根据国家相关规程规范，“两型一化”及“三通一标”设计要求，结合某变电站工程实际对全站配电装置进行选型和优化布置。
一、工程概述及配电装置选型
该工程110kV远景主变进线3回，出线4回，采用改进型单母线分段母线接线；本期主变进线1回，出线1回。配电装置采用户外敞开式设备，35kV、10kV配电装置采用户内开关柜。适合本工程110kV配电装置考虑采用软母双列（断路器）布置、管母双列（断路器）布置两个方案。这两个方案在节约占地、运行维护、安装检修、节约钢材方面各有优缺点，我们通过对这两个方案进行LCC的详细分析、比较，发现采用软母双列方案在一次投资成本（IC）、运行成本（OC）上都要低于管母双列方案。综合比较，本期采用软母双列方案的LCC比采用管母双列方案少16.24万元，最终确定推荐屋外敞开式软母双列布置方案。
二、110kV配电装置布置的优化
在推荐方案的基础上，我们通过详尽的计算校核（必要时采取相应的措施），在保证满足配电装置设计要求的前提下，对110kV配电装置的间隔宽度、间隔数量、纵向尺寸进行了优化。
1.间隔宽度的优化
国网及省网典型设计中，110kV配电装置间隔宽度多为8m。《电力工程电气设计手册》曾有工程采用V型隔离开关，将间隔宽度压缩到7.5m。V型隔离开关在结构上存在缺陷，本体动稳定较差，传动机构在操作时经常出现卡死引发故障，国内新建工程已逐步淘汰此类产品。本工程拟选用双柱水平旋转式（GW4）隔离开关，间隔宽度压缩至7.5m。通用8m和本工程7.5m间隔宽度，各主要尺寸如表1。
表1 110kV配电装置相间及相对地距离
间隔宽度 设备距离（m） 进出线距离（m）
相间 相对地 相间 相对地
8 2.0 2.0 2.2 1.8
7.5 2.0 1.75 2.2 1.55
由上表可以看出，设备和进出线相间距离按2.0m和2.2m，与《电力工程电气设计手册》和典设相同，不需要校验。需要校验的是设备和进出线相对地距离。
对于设备相对地距离1.75m是否满足要求，应主要校验隔离开关带电部分的对地距离。本工程隔离开关选用GW4型，收集国内多个厂家隔离开关外形尺寸，经校验边相触头、触指在分闸过程中距离架构最小净距1050mm，满足规程要求的900mm安全距离。
至于进出线相对地距离是否满足要求，主要是校验跳线或引下线的对地距离。该工程设计风速按30m/s，跨线弧垂和跳线弧垂均取1.0m时，在大气过电压、风偏条件，内部过电压、风偏条件，最大工作电压、短路摇摆、风偏条件下，校验导线风偏。110kV配电装置出线采用同塔双回路，终端塔设在两个相邻出线间隔中间，偏角小于5°，按5°进行校验，要求出线边相至架构柱子中心线最小距离1360mm，本工程1550mm，可以满足要求。主变进线偏角较大，经计算要求边相导线至架构柱子中心线最小距离1630mm，因此主变进线架构仍采用常规的8m，边线至架构柱子中心线距离1800mm。
2.间隔数量的优化
该工程110kV配电装置采用单母分段接线，1号、3号主变压器分别接入I段、II段母线，2号主变既可接入I段母线，又可接入II段母线。在河南省农网典设HNNW110-5方案中和可研设计中，110kV配电装置采用双列布置，共占用6个间隔位置，横向长度49m，其布置如图1所示。
本设计方案将2号主变进线侧2组隔离开关升高，布置在分段隔离开关上方，2号主变进线间隔可以和分段间隔合用一个间隔位置。110kV配电装置共占用5个间隔位置，横向长度39.5m，比典设缩短了9.5m，比可研缩短了12.5m。总平面布置图如图2所示。
3.纵向尺寸优化
结合设备选型对110kV配电装置纵向尺寸优化进行了下列优化，较典设节约了纵向尺寸10m，较可研节约了纵向尺寸10.5m。
（1）进出线采用电子组合式电流、电压互感器，取消原可研方案中的线路单相电压互感器，排除通讯使用阻波器的可能，出线隔离开关支架升高到3.6m，将出线架构至围墙的距离由5.5m减至2m。
（2）将电子式电流、电压互感器与隔离开关组合安装，取消了原电磁式电流互感器的布置位置，压缩了2×2.5m的纵向尺寸。
（3）将母线侧隔离开关至母线中心距离由4m压缩至3.5m，压缩了2×0.5m的纵向尺寸。
（4）主变侧隔离开关至进线架构的引线采用悬垂绝缘子串固定，将主变侧隔离开关至道路中心距离由5.5m压缩至5m，满足1650mm的设备运输至带电设备的安全净距，压缩了0.5m的纵向尺寸。进出线间隔断面图如图3、图4所示。
4.主变布置优化
（1）主变10kV进线采用绝缘铜管母线，简化户外母线桥支架，配电装置室靠主变侧不设门窗，能有效缩短35kV、10 kV母线桥的长度，压缩变电站纵向尺寸。
（2）主变中性点设备采用组合式成套装置，由厂家成套供应，该成套装置能缩小现场安装时间和工作量，减少占地面积。
三、优化布置后对生产安全及运行维护方面的影响分析
110kV配电装置布置经过优化后，其安全净距均满足规程要求，故对安全生产没有影响。
110kV出线间隔宽度由8m压缩至7.5m，设备相对地距离由2m压缩至1.75m，相邻两个间隔边相设备中心距3.5m。若采用常规布置，某个间隔隔离开关停电检修，相邻间隔母线或线路侧隔离开关打开旋转触头带电，不能满足平行的不同时停电检修距离。本工程出线4回，每2回出线采用联合架构，将相邻间隔背对背布置，触头打开方向相反，就能满足不停电检修距离。将爬梯设在与隔离开关触头打开方向相反的架构柱子上，不考虑触头打开的长度。隔离开关距架构柱子中心距1.75m，隔离开关带电部位宽度0.3m，人体宽度按0.75m考虑，则人对隔离开关距离为1750-750/2-300/2=1225mm，大于0.9m的安全净距要求，出线架构上满足要求。
本工程2号主变进线间隔母線侧隔离开关安装高度在8.0m，根据以往运行经验表明，该高度是合适的。能满足下层设备在检修调试时对隔离开关带电部分安全距离的要求，运行人员在地面能看清隔离开关合闸的接触情况。在保证安装和调试质量的情况下，隔离开关可以正常操作，并不感到费力。隔离开关操作连杆较长，为增加刚性可适当加粗，在支承部位安装滚珠轴承，在拐臂处使用万向接头，就能保证隔离开关正常操作。
综上所述，本次设计方案中的110kV配电装置完全可以保证正常的生产安全运行。
四、结论
首先，结合该工程具体条件，通过对不同类型屋外配电装置特点的分析以及技术经济比选，并考虑总平面布置要求，推荐了经济、紧凑、清晰、协调且适合于本工程实际情况的110kV配电装置基本方案：110kV采用软母线户外普通中型布置，断路器双列布置。
在此基础上，对常规配电装置各部分细节详尽分析，通过综合采取设备整合、布置优化、设备安装等措施，对110kV配电装置的纵向布置进行了优化：110kV配电装置纵向尺寸较典设压缩了10m。
通过详尽的计算校核（必要时采取相应的措施），在保证满足配电装置设计要求的前提下，将110kV配电装置间隔宽度进行了优化，由常规8m压缩到7.5m。并且通过设备布置的优化，压缩间隔位置，使得配电装置设计更加合理，110kV配电装置横向尺寸较典设压缩了9.5m。整个站区布置优化前后比较见表1。
表1 站区布置优化前后比较
名称 优化前可研方案 优化后推荐方案
横向尺寸（围墙至围墙）（m） 67 46.5
纵向尺寸（围墙至围墙）（m） 65.5 49
占地面积（m2） 4388.5 2278.5
面积差（m2） 0 2110
优化后的推荐配电装置方案具有经济性好、安全可靠、布置整齐紧凑、维护方便、总体布局比较协调等优点，总占地面积与可研相比面积减少了2110㎡，面积减少了近48%，经济效益显著。
参考文献：
[1]高压配电装置设计技术规程[M].北京:中国电力出版社,2007.
[2]戈东方,钟大文.电力工程电气设计手册1[M].北京:水利电力出版社,1989.
[3]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计[M].北京:中国电力出版社,2009.
（责任责任：刘辉）
关键词：全寿命周期成本；配电装置；布置优化；经济分析
作者简介：刘文阁（1974-），女，河南南阳人，南阳电力勘测设计院，工程师。（河南 南阳 473000）
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0123-02
配电装置的布置是变电站设计的重要部分，对于变电站在占地、运行维护、安装检修等方面起着决定性作用。配电装置的布置型式应结合接线方式、设备型式及变电站的总体布置综合考虑，并通过全寿命周期成本理念（简称LCC）比较和论证后分析确定。本文将根据国家相关规程规范，“两型一化”及“三通一标”设计要求，结合某变电站工程实际对全站配电装置进行选型和优化布置。
一、工程概述及配电装置选型
该工程110kV远景主变进线3回，出线4回，采用改进型单母线分段母线接线；本期主变进线1回，出线1回。配电装置采用户外敞开式设备，35kV、10kV配电装置采用户内开关柜。适合本工程110kV配电装置考虑采用软母双列（断路器）布置、管母双列（断路器）布置两个方案。这两个方案在节约占地、运行维护、安装检修、节约钢材方面各有优缺点，我们通过对这两个方案进行LCC的详细分析、比较，发现采用软母双列方案在一次投资成本（IC）、运行成本（OC）上都要低于管母双列方案。综合比较，本期采用软母双列方案的LCC比采用管母双列方案少16.24万元，最终确定推荐屋外敞开式软母双列布置方案。
二、110kV配电装置布置的优化
在推荐方案的基础上，我们通过详尽的计算校核（必要时采取相应的措施），在保证满足配电装置设计要求的前提下，对110kV配电装置的间隔宽度、间隔数量、纵向尺寸进行了优化。
1.间隔宽度的优化
国网及省网典型设计中，110kV配电装置间隔宽度多为8m。《电力工程电气设计手册》曾有工程采用V型隔离开关，将间隔宽度压缩到7.5m。V型隔离开关在结构上存在缺陷，本体动稳定较差，传动机构在操作时经常出现卡死引发故障，国内新建工程已逐步淘汰此类产品。本工程拟选用双柱水平旋转式（GW4）隔离开关，间隔宽度压缩至7.5m。通用8m和本工程7.5m间隔宽度，各主要尺寸如表1。
表1 110kV配电装置相间及相对地距离
间隔宽度 设备距离（m） 进出线距离（m）
相间 相对地 相间 相对地
8 2.0 2.0 2.2 1.8
7.5 2.0 1.75 2.2 1.55
由上表可以看出，设备和进出线相间距离按2.0m和2.2m，与《电力工程电气设计手册》和典设相同，不需要校验。需要校验的是设备和进出线相对地距离。
对于设备相对地距离1.75m是否满足要求，应主要校验隔离开关带电部分的对地距离。本工程隔离开关选用GW4型，收集国内多个厂家隔离开关外形尺寸，经校验边相触头、触指在分闸过程中距离架构最小净距1050mm，满足规程要求的900mm安全距离。
至于进出线相对地距离是否满足要求，主要是校验跳线或引下线的对地距离。该工程设计风速按30m/s，跨线弧垂和跳线弧垂均取1.0m时，在大气过电压、风偏条件，内部过电压、风偏条件，最大工作电压、短路摇摆、风偏条件下，校验导线风偏。110kV配电装置出线采用同塔双回路，终端塔设在两个相邻出线间隔中间，偏角小于5°，按5°进行校验，要求出线边相至架构柱子中心线最小距离1360mm，本工程1550mm，可以满足要求。主变进线偏角较大，经计算要求边相导线至架构柱子中心线最小距离1630mm，因此主变进线架构仍采用常规的8m，边线至架构柱子中心线距离1800mm。
2.间隔数量的优化
该工程110kV配电装置采用单母分段接线，1号、3号主变压器分别接入I段、II段母线，2号主变既可接入I段母线，又可接入II段母线。在河南省农网典设HNNW110-5方案中和可研设计中，110kV配电装置采用双列布置，共占用6个间隔位置，横向长度49m，其布置如图1所示。
本设计方案将2号主变进线侧2组隔离开关升高，布置在分段隔离开关上方，2号主变进线间隔可以和分段间隔合用一个间隔位置。110kV配电装置共占用5个间隔位置，横向长度39.5m，比典设缩短了9.5m，比可研缩短了12.5m。总平面布置图如图2所示。
3.纵向尺寸优化
结合设备选型对110kV配电装置纵向尺寸优化进行了下列优化，较典设节约了纵向尺寸10m，较可研节约了纵向尺寸10.5m。
（1）进出线采用电子组合式电流、电压互感器，取消原可研方案中的线路单相电压互感器，排除通讯使用阻波器的可能，出线隔离开关支架升高到3.6m，将出线架构至围墙的距离由5.5m减至2m。
（2）将电子式电流、电压互感器与隔离开关组合安装，取消了原电磁式电流互感器的布置位置，压缩了2×2.5m的纵向尺寸。
（3）将母线侧隔离开关至母线中心距离由4m压缩至3.5m，压缩了2×0.5m的纵向尺寸。
（4）主变侧隔离开关至进线架构的引线采用悬垂绝缘子串固定，将主变侧隔离开关至道路中心距离由5.5m压缩至5m，满足1650mm的设备运输至带电设备的安全净距，压缩了0.5m的纵向尺寸。进出线间隔断面图如图3、图4所示。
4.主变布置优化
（1）主变10kV进线采用绝缘铜管母线，简化户外母线桥支架，配电装置室靠主变侧不设门窗，能有效缩短35kV、10 kV母线桥的长度，压缩变电站纵向尺寸。
（2）主变中性点设备采用组合式成套装置，由厂家成套供应，该成套装置能缩小现场安装时间和工作量，减少占地面积。
三、优化布置后对生产安全及运行维护方面的影响分析
110kV配电装置布置经过优化后，其安全净距均满足规程要求，故对安全生产没有影响。
110kV出线间隔宽度由8m压缩至7.5m，设备相对地距离由2m压缩至1.75m，相邻两个间隔边相设备中心距3.5m。若采用常规布置，某个间隔隔离开关停电检修，相邻间隔母线或线路侧隔离开关打开旋转触头带电，不能满足平行的不同时停电检修距离。本工程出线4回，每2回出线采用联合架构，将相邻间隔背对背布置，触头打开方向相反，就能满足不停电检修距离。将爬梯设在与隔离开关触头打开方向相反的架构柱子上，不考虑触头打开的长度。隔离开关距架构柱子中心距1.75m，隔离开关带电部位宽度0.3m，人体宽度按0.75m考虑，则人对隔离开关距离为1750-750/2-300/2=1225mm，大于0.9m的安全净距要求，出线架构上满足要求。
本工程2号主变进线间隔母線侧隔离开关安装高度在8.0m，根据以往运行经验表明，该高度是合适的。能满足下层设备在检修调试时对隔离开关带电部分安全距离的要求，运行人员在地面能看清隔离开关合闸的接触情况。在保证安装和调试质量的情况下，隔离开关可以正常操作，并不感到费力。隔离开关操作连杆较长，为增加刚性可适当加粗，在支承部位安装滚珠轴承，在拐臂处使用万向接头，就能保证隔离开关正常操作。
综上所述，本次设计方案中的110kV配电装置完全可以保证正常的生产安全运行。
四、结论
首先，结合该工程具体条件，通过对不同类型屋外配电装置特点的分析以及技术经济比选，并考虑总平面布置要求，推荐了经济、紧凑、清晰、协调且适合于本工程实际情况的110kV配电装置基本方案：110kV采用软母线户外普通中型布置，断路器双列布置。
在此基础上，对常规配电装置各部分细节详尽分析，通过综合采取设备整合、布置优化、设备安装等措施，对110kV配电装置的纵向布置进行了优化：110kV配电装置纵向尺寸较典设压缩了10m。
通过详尽的计算校核（必要时采取相应的措施），在保证满足配电装置设计要求的前提下，将110kV配电装置间隔宽度进行了优化，由常规8m压缩到7.5m。并且通过设备布置的优化，压缩间隔位置，使得配电装置设计更加合理，110kV配电装置横向尺寸较典设压缩了9.5m。整个站区布置优化前后比较见表1。
表1 站区布置优化前后比较
名称 优化前可研方案 优化后推荐方案
横向尺寸（围墙至围墙）（m） 67 46.5
纵向尺寸（围墙至围墙）（m） 65.5 49
占地面积（m2） 4388.5 2278.5
面积差（m2） 0 2110
优化后的推荐配电装置方案具有经济性好、安全可靠、布置整齐紧凑、维护方便、总体布局比较协调等优点，总占地面积与可研相比面积减少了2110㎡，面积减少了近48%，经济效益显著。
参考文献：
[1]高压配电装置设计技术规程[M].北京:中国电力出版社,2007.
[2]戈东方,钟大文.电力工程电气设计手册1[M].北京:水利电力出版社,1989.
[3]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计[M].北京:中国电力出版社,2009.
（责任责任：刘辉）