喀什750kV变电站工程新技术实施方案g.docx
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喀什750kV变电站工程新技术实施方案g
批准：
李论涛
审核：
齐炜
编制：
高颖
目录
1工程概况及进度1
1.1工程简介1
1.2工程概述1
1.3主要参建单位2
1.4工程进度2
2新疆大风沙环境下变电站设计技术研究2
2.1技术原理3
2.2主要用途7
2.3关键技术和创新点8
2.4与同类先进成果主要技术指标比对情况8
2.5推广应用情况及前景9
2.6节能减排及经济效益9
3变电站电气设备抗震成套技术及应用9
3.1技术原理10
3.2主要用途13
3.3关键技术和创新点13
3.4与同类先进成果主要技术指标比对情况18
3.5推广应用情况及前景20
3.6节能减排及经济效益20
1工程概况及进度
1.1工程简介
工程名称：
喀什750kV变电站
建设地点：
新疆维吾尔自治区喀什地区
工程规模：
喀什750kV变电站建设规模如表1-1所示：
表1-1：
喀什750kV变电站建设规模
序号
项目
本期
最终
1
主变压器（MVA）
1×1500
2×1500
2
750kV出线（回）
1
6
3
750kV高压电抗器（Mvar）
1×210
6×（210～420）
4
220kV出线（回）
6
14
5
66kV低压电抗器（Mvar）
2×45
2×（4×（45～60））
6
66kV低压电容器（Mvar）
1×60
2×（4×60）
1.2工程概述
喀什750千伏变电站工程是750千伏库车～阿克苏～巴楚～喀什输变电工程的重要组成部分，是“十二五”期间新疆750千伏电网建成“三环网、双通道、两延伸”的骨干网架结构的重要支撑项目，本工程建成后可大幅提高西北部电网向南疆的送电能力，为南疆三地州国民经济快速发展提供可靠的电力保障，解决南疆三地州电力不足的现状。
750kV采用3/2断路器接线。
远景为6回出线2回主变进线，组成4个完整串。
本期1回巴楚出线，1回主变进线，采用线变组接线，安装2台断路器（2台断路器串联）。
220kV远景采用双母双分段接线，设置2台母联断路器及2台分段断路器，14回朝西出线；本期220kV采用双母线接线，安装8台断路器，6回向西出线。
主变压器低压侧66kV电气主接线采用以主变压器为单元的单母线接线，按装设总断路器考虑，无功补偿装置分支回路的断路器安装在电源侧。
远景共装设2组1500MVA主变压器，不堵死扩建条件，每组主变压器低压侧共连接4组低压并联电抗器和4组低压并联电容器；本期建设1组1500MVA主变，主变66kV侧装设2×45Mvar低压并联电抗器和1×60Mvar低压并联电容器。
1.3主要参建单位
项目法人：
国网新疆电力公司
项目管理单位：
国网新疆电力公司经济技术研究院建设管理中心
设计单位：
中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司
监理单位：
新疆电力工程监理有限责任公司
施工单位：
辽宁省送变电工程公司
运行单位：
国网新疆电力公司检修公司
1.4工程进度
工程计划于2014年11月开工建设，2015年底投产。
2新疆大风沙环境下变电站设计技术研究
新疆特有地理位置以及自然环境条件导致新疆多地区有沙尘暴天气出现，尤其南疆地区沙尘暴频发，沙尘暴天气对电气设备、构支架、建筑物等均有较大影响，威胁着变电站、换流站工程的安全运行，不仅在极端天气发生时可能会对设备造成直接破坏，并且沙尘能够进入阀厅内部或设备内部或者影响电子元器件正常工作，会留下很多安全隐患，此种危害造成的损失不可估量。
国网新疆电力公司非常重视此问题，为进一步降低大风沙对变电站的影响，2014年国网新疆电力公司经济技术研究院和中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司依托喀什750kV变电站工程共同开展新疆大风沙环境下变电站设计技术研究课题。
2.1技术原理
为提高新疆电网供电质量和供电可靠性，结合新疆特殊的地理环境及变电站在新疆电网中的重要地位，将有较多的变电站不可避免地建设在大风沙地区，而大风沙尘天气会会对变电站的安全稳定运行造成严重威胁。
为确保变电站的安全稳定运行，有必要对变电站的抗风沙能力进行深入研究和设计。
本项目结合新疆大风沙环境气候特点，通过对地处新疆大风沙环境下户外变电站的电气设备、主要建（构）筑物及其辅助配套设施等防风沙设计进行深入研究，并结合以往工程设计经验、运行经验和工程实例，因地制宜地提出了新疆变电站防风沙设计措施和建议，希望能对新疆大风沙环境下后续变电站设计、建设和运行提供参考。
本项目的解决的关键技术如下：
2.1.1对于工程方案及主要设备选型的建议
针对的沙漠地区，风沙威胁特别严重的地区新建工程建议选用户内GIS配电装置，将活动的机械部分密封起来有效杜绝卡塞现象的发生。
对于很多受风沙影响但不是极端沙漠气候的地区，新建工程根据技术经济比较任然选用敞开式布置形式。
针对这种情况我们建议在新疆地区选用水平旋转型隔离开关，旋转型隔离开关没有外漏的折臂，对于旋转轴的根部采用合理密封处理可以有效避免卡塞故障的发生，并且旋转型隔离开关开合时，断口有摩擦自洁的能力可以保证接触良好避免触点发热故障。
处在大风沙地区变电站内的一些辅助生产设施例如灯具、摄像头等应当选用加强防护性的的产品，尽量避免采用高杆悬挂安装，推荐采用低位布置。
2.1.2对于户外箱体防护的建议
调研发现以往投入运行的工程均有灰尘进入机构箱、端子箱，箱体内部“积尘效应”普遍存在。
灰尘进入箱体容易引起短路事故，且影响柜内智能设备的散热，会引起采样数据出错，从而引发保护误动。
通过对一些户外柜体风沙侵入的情况分析总结发现，虽然柜子开门处均装设了密封条，能够起到一定的密封效果，但是密封程度总是不尽人意，灰尘主要还是通过门缝、通风口、电缆沟进入柜内。
究其原因主要是以下三点：
密封条硬度过高，柜门与柜体之间水平挤压密封条变形产生缝隙。
柜门结构本身不合理，或材料单薄易变性，柜体与柜门之间采用普通合页连接，开门侧配单点锁具，在门关上以后固定门的点位太少，门框挤压变形产生缝隙
由于柜体通风口和底部电缆口没有有效的措施防止灰尘侵入。
因此针对上述三点柜体自身缺陷，提出具体解决方案。
适用于新建工程订购设备，也适用于对以往工程的柜体改造。
对于极端恶劣环境中的户外柜体建议采用IP65防护等级。
2.1.3智能柜、端子箱、机构箱防风沙措施
（1）箱体的选材
对于大风沙地区的户外端子箱、机构箱、检修箱宜选用优质的不锈钢材质，首先不锈钢属于免漆材质，可以避免风沙打磨影响外观，其次不锈钢材质强度和硬度均优于同样厚度的普通钢板，能够确保箱体结构稳定，尤其是门不宜变形。
（2）箱体结构
确保门的稳定性，门上应采取多点固定，合页间距根据柜门大小确定，隔离开关机构箱或者断路器本体机构箱相对尺寸较小，不少于两副合页，在合页对侧开门方向锁头固定点不少于两处。
对于长×宽×高（1600×800×2260mm）双仓柜户外智能柜采用多点固定，每扇门合页和锁头的数量不少于四个，尽量对称布置。
这样确保门轴和锁在密封条的挤压下不会变形出线缝隙，有效杜绝了灰尘进入箱体内部。
柜体通风不可在侧壁上直接开散热孔，让柜内与外部直接连通，宜在进风口加装过滤，通过柜顶回型结构通风，有效避免沙尘进入。
智能组件柜内光口、网口均采用橡胶帽封堵。
防止现场灰尘进入，使用时再将其拆除。
为了让柜体能够达，除上述有效措施外，为了确保箱体密封可靠，可采用双层门的方式。
2.1.4对于建、构筑物的防风沙建议
（1）建筑物
防风沙门斗：
门斗是进入主控楼内部空间的过渡区域，既可起到保温作用又可阻挡风沙的侵入，门斗是建筑物从室外到室内的过渡，当外门开启时风沙不能直接吹向室内，能有效的阻隔风沙，起到阻挡风沙的作用，同时避免冬季冷空气的入侵及夏季热浪的直入，建筑物冬暖夏凉，节能环保。
为防止风沙的侵入，换流站内建筑物尽量减少窗的开启扇数量和尺寸，同时窗扇开启扇的宽度不宜大于600毫米；不宜采用推拉式门窗，因滑轨中易积沙且不易清理，影响门窗的正常使用和密闭性；门窗开启处均应加装质量可靠的密封条，材料必须为国家检验优质产品，对质量不达标或老化密封条应及时更换；主控通信楼、警卫室需加装纱窗，纱窗采用可拆卸式，便于清洗和维护，窗纱材料采用防静电材料，密度高于一般家用纱窗。
门窗的气密性和抗风压性均不应低于Ⅱ级。
为防止风沙对建筑物屋面防水层的破坏和减少沙尘在屋面的聚集影响屋面排水。
对建筑物屋面采用如下设计：
屋面形式采用坡屋面；对平屋面设计时，减小女儿墙的高度；混凝土屋面采用带刚性保护层的屋面做法。
轴流风机设置保护罩，内置不锈钢防沙隔网，密闭严实，相比普通轴流风机可以有效的防止沙尘进入室内。
配电室通风方式为下部设置双层百叶窗进风，风机开启时百叶窗开启，风机关闭时百叶窗关闭。
双层电动/手动百叶窗外设置不锈钢钢丝网，密闭严实，相比自垂防雨百叶窗可以有效的防止沙尘、雨水和小动物进入室内。
为防止大风沙对建筑物的侵害，变电站内建筑物门窗加装卷帘型防盗网，它的防盗性较好，也能防止风沙的侵入室内。
屋面雨水落水管在离地1米高处设清沙口防止堵塞，防止因沙尘堆积堵塞屋面落水管，从而造成屋面排水不畅以及落水管漏水等现象。
（2）构筑物
针对风沙大的气候特点，为防止风沙淤积掩埋电缆沟，全站电缆沟可下沉150mm，并每隔6m左右设置1块活动盖板，以方便电缆检修，实际应用照片如下：
针对风沙大的气候特点，站区地表进行硬化封闭，采用60厚压制水泥砖。
其主要优点是不易积砂，便于清扫，方便运行维护，站区较为美观。
防止风沙淤积掩埋油坑，主变压器油坑内加盖防沙盖板。
油坑设置盖板后，结构轻巧、施工方便，有更好的支撑作用，使维护、检修人员行走、操作更为方便。
既可以起隔火降温作用，防止油燃烧扩散，又可以满足消防部门验收规定，同时还可防止风沙长期累积于油坑内，堵塞排油管道，造成安全隐患，实际应用照片如下：
站区排水一般采用道路边集水沟排水和道路边雨水口排水等方式，由于集水沟排水汇水面积较大，在大风沙尘地区容易出现沙尘堆积现象，因此采用道路边雨水口排水方式，沟底设置沉沙处，雨水口与排水管相接处设置防沙网能起到较好的防沙尘作用。
（3）采暖通风
风沙对暖通专业设备的影响主要体现在空调室外机上，对此采取了优化措施，空调室外机均进行防风沙处理，改变蒸发器形状，从常规的方形改为V形，加大铜管上散热肋片间距，这样风沙不能在散热器表面沉积；改变铜管布置方式，从常规多排改为双排，便于清扫铜管表面积灰；提高整机的密闭性，沙尘不能进入壳体内部。
2.2主要用途
根据新疆电力公司“十三五”电力发展规划，新疆电网预计投资1388亿元，进一步加快统一坚强新疆智能电网建设，全面提升电网的资源优化配置能力，加大电网建设力度，促进各级电网协调发展。
满足社会对用电增长的需求，为经济社会快速发展提供了安全、经济、清洁、可持续的电力供应。
本防风沙研究成果对未来大风沙环境中，新建或扩建工程有指导意义。
2.3关键技术和创新点
（1）创新点1：
防风沙门斗材料选用断桥铝型材，断桥铝材料的强度和气密性均优于塑钢材料，且不易老化；门斗与建筑物外墙之间采用密封材料进行密封处理，玻璃墙与铝合金框之间采用中性耐候硅酮密封胶进行密封处理，牢固可靠。
该设计方案已成功应用于喀什750kV变电站工程。
实用新型专利权1项：
用于变电站建筑物的防风沙、防寒门斗，证书专利号：
ZL201520487595.8。
（2）创新点2：
主变压器作为变电站核心设备，保障主变压器运行是变电站运维工作的重中之重。
以往变压器油池内采用的普通钢格栅盖板或者铺设鹅卵石。
但是用于大风沙地区是，钢格栅盖板或者鹅卵石缝隙容易被泥沙阻塞，需要运维人员定期清理。
一旦变压器发生故障时油不能及时排除，极易将事故扩大，甚至引发火灾。
采用新型防风沙油池盖板可以有效保障变压器油池排油顺畅，减少维护工作量。
实用新型专利权1项：
用于变电站油池的防风沙盖板，证书专利号：
ZL201520487467.3。
2.4与同类先进成果主要技术指标比对情况
通过喀什750kV变电站工程等几个工程对户外电气设备以及配套辅助设施机构箱、端子箱、智能柜等做了具体处理，建筑物在易进沙尘的门窗洞口等和构筑物易积沙尘的部位在设计和施工等具体环节制定了具体的应对措施，应用检验防风沙效果良好，有效杜绝了灰尘进入（箱）柜内和建构筑内，在大风沙地区推广应用可以大大提高设备运行可靠性，相比以往常规工程减少运维检修人员的工作量。
（3）创新点3：
针对风沙大的气候特点，为防止风沙淤积掩埋电缆沟，全站采用地下电缆沟，地下电缆沟相比常规电缆沟下沉150mm，并每隔6m左右设置1块活动盖板，以方便电缆检修。
实用新型专利权1项：
变电站地下防风沙电缆沟，证书专利号：
ZL201520988820.6。
2.5推广应用情况及前景
研究成果已应用于喀什750kV变电站工程项目。
喀什750千伏变电站工程于2015年年底投运至今，未出现大量风沙侵入室内或设备内的情况，也未造成任何安全事故，保障了变电站的安全生产及运行。
十三五期间，新疆拟建大量新的变电站工程都需要采取防风沙措施。
本文中涉及的防风沙措施可以有效保障变电站设备运行安全，对维护电网运行安全起着重要作用。
2.6节能减排及经济效益
变电站建筑物防风沙、防寒门斗：
按照常规220kV变电站35kV开关柜室，建筑面积约160㎡，采用框架结构，房屋建筑造价65万元，开关柜室内设备费用约360万元。
按照设置两个门斗考虑，门斗材料为断桥铝合金，门斗造价约10万元，与建筑物本体造价相比增加了15%，对于整个开关柜室含设备费用增加不到3%。
采取防风沙门斗可以有效防止风沙侵入户内，保证户内设备运行安全。
变电站油池防风沙盖板：
目前常规220kV变电站主变压器为180MVA，油池面积为108㎡，需要铺设防风沙盖板约107块。
共计约19000元，防止沙尘堵塞漏油口，确保油池排油顺畅，减少了运维成本，便于运维检修。
3变电站电气设备抗震成套技术及应用
如何提高电气设备在地震作用下的安全性和稳定性，防止地震过程中大面积停电事故的发生，减少地震灾害造成的损失是电网抗震领域的关键技术难题。
难题一，缺乏具有针对性和指导性的用于高压和特高压电气设备抗震性能检测的抗震试验技术，试验过程中输入、输出和评判标准各不统一，严重影响了电气设备抗震试验评估的结果；难题二，现阶段电气设备抗震设计缺乏合理的设计依据，对于高压和特高压电气设备，沿用低电压等级电气设备的设计方法将给变电站抗震安全带来严重的隐患；难题三，在地震高烈度区，单纯依靠提升设备自身的抗震能力和有效的抗震设计手段仍不能达到相应的抗震设防目标，目前缺乏有效的提高高压和特高压电气设备抗震能力的技术。
针对上述三大技术难题，我单位联合中国电力科学研究院、国网新疆电力公司、国网新疆电力公司经济技术研究院，以试验技术为手段，设计方法为基础，装置研制为支撑，立足于实际工程，针对高压和特高压变电设备抗震研究的薄弱环节，在变电站电气设备抗震试验技术、抗震设计方法、新型减震装置以及工程应用等方面开展了系统的研究，并为今后高地震烈度地区的750kV变电站设计提供指导作用。
3.1技术原理
变电站电气设备抗震成套技术及应用项目针对高压及特高压变电设备抗震研究的薄弱环节，在变电站电气设备抗震试验技术、抗震设计方法、新型减震装置以及工程应用等方面开展了系列攻关研究。
项目研究与工程实践紧密结合，提出了系统化的高压和特高压电气设备抗震试验方法，建立了特高压电气设备法兰连接处弯曲刚度计算公式，提出了具有可操作性的单体和互连电气设备抗震设计方法，提出了减震装置材料铝与铅质量比为0.05%的最佳配比，研制出结构新颖、减震效率达到50%~80%的铅铝合金减震装置。
项目研究成功解决了高烈度区、尤其是8度及以上地震烈度区电气设备抗震能力不足的难题。
研究成果对于保障变电站电气设备在地震作用下的安全性、可靠性及电网的安全稳定运行具有重要的意义，为变电站的抗震工作开展提供了重要的理论支撑和技术支持。
主要结论如下：
（1）针对变电站电气设备抗震试验方法的关键技术问题，对电气设备的动力特性试验及抗震试验进行了系统研究，分析了不同动力特性试验方法的适用条件，以及抗震试验激励输入要求及试验条件，提出了变电站电气设备动力特性试验和抗震试验方法。
1）研究了静力法、伪动力法、地震台试验中的共振拍波输入和时程波输入等方法对高压电气设备抗震试验的适用性。
结果表明，地震台试验中采用与标准反应谱对应的时程波输入时，试验结果具有广泛的包络性，标准时程波地震台试验宜作为电气设备抗震试验的首选方法。
2）提出了适用于高压和特高压电气设备抗震评估或试验用的标准反应谱，适用于高压电气设备的标准反应谱，其特征周期为0.8s,适用于特高压电气设备的标准反应谱，其特征周期为0.9s，地震动力放大系数为2.5，同时研究得出了适用于高压电气设备抗震试验标准谱的不同阻尼比转换关系。
该反应谱可适应更广泛电压等级和多种材料的电气设备的抗震评估、抗震试验和抗震分析。
3）地震台试验中采用共振拍波输入法时，非线性特征明显的电气设备在共振拍波法试验中已达不到共振的目的，对于电压等级越高，非线性越强的设备，建议对750kV及以上电压等级的电气设备统一采用所提出的与抗震试验标准反应谱对应的推荐时程波进行试验。
4）提出了基于三角级数叠加的电气设备试验反应谱合成波的构造方法，解决了电气设备抗震试验过程中输入激励频谱特征不统一的问题；基于安全系数法，提出了电气设备抗震试验结果的合理性评价依据，指出对于陶瓷材料电气设备，在大风等长期荷载组合作用下对应于设备的破坏应力取2.5，在地震短时荷载组合作用下取1.67。
（2）针对变电站电气设备的抗震，分别对单体设备设计、互连设备设计、电气设备构造措施以及复合材料电气设备进行了研究，攻克了法兰连接处弯曲刚度、支架-设备耦合关系、设备互连设计方法、设备构造措施及复合材料设备抗震性能评估等关键技术难题，得到了变电站电气设备系统的抗震设计方法。
1）提出了适用于特高压电气设备的法兰弯曲刚度系数修正原则，当设备外径小于等于275mm时，
；当设备外径大于等于375mm时，
=5.00×107；当设备外径在（275～375）mm之间时，按线性插值取得。
2）提出了电气设备支架动力（应力）放大系数的计算公式，并基于“支架—设备”体系动力耦合理论，提出了电气设备的支架设计方法，该设计方法可满足特高压电气设备支架动力放大系数小于1.4以及高压电气设备支架动力放大系数小于1.2的要求；根据所提出的支架设计方法，开发了专用计算程序SAES_AMP。
3）建立了互连电气设备力学模型，提出了互连回路中软导线长度计算公式中L2的取值原则，推荐了软导线形状，按照提出的互连设备抗震设计方法设计的典型连接方案中设备的地震耦合效应在150%以内。
4）提出了管母连接回路中金具滑动槽长度计算公式，推荐管母线与设备的连接方式宜采用固定连接、滑动连接或管母伸缩线夹等相结合的方式，以减小设备之间的地震耦合效应。
5）建立了复合材料电气设备的抗震试验方法及能力评价依据，极限承载能力确定原则和抗震性能评估方法。
提出复合材料电气设备设备在地震荷载工况组合下对应于SML荷载的安全系数应达到1.67的要求。
（3）针对变电站支柱类电气设备的减震问题，提出了铝与铅质量比为0.05%的减震材料最佳配比，研制出结构新颖、减震效率达到50%~80%的铅铝合金减震装置；提出了减震装置性能参数、选型和布置方法。
1）提出了适用于支柱类电气设备的减震设计方法，研制了铝铅质量比为0.05%的最佳减震装置材料，设计了结构新颖的减震装置，提高了减震装置的力学性能。
2）提出了基于电气设备结构参数且减震效率可达到50%~80%的减震装置选型和安装布置方法，解决了高烈度地震区支柱类电气设备抗震能力不足的问题。
3.2主要用途
本科技项目提出了适用于支柱类电气设备的减震设计方法，设计了结构新颖的减震装置，提高了减震装置的力学性能；提出了基于电气设备结构参数且减震效率可达到50%~80%的减震装置选型和安装布置方法，解决了高烈度地震区支柱类电气设备抗震能力不足的问题。
3.3关键技术和创新点
3.2.1提出了特高压电气设备抗震试验用的共振拍波公式；提出了地震动力放大系数为2.5、特征周期为0.8s的高压电气设备抗震标准反应谱以及基于标准反应谱合成的激励地震波；提出了0~50%的电气设备抗震试验反应谱与需求反应谱的容差控制要求；建立了基于应力安全系数的特高压电气设备抗震性能判定准则。
该技术已成功应用于电气设备的抗震试验及抗震性能评估，提高了高压电气设备抗震试验技术方法。
实现专利共2项，其中发明专利1项，实用新型专利1项；发表学术论文11篇，其中EI收录7篇，核心期刊4篇。
[专利][1]发明专利《一种特高压瓷套管连接弯曲刚度测试装置及安装测试方法》（专利号：
ZL201210249746.7）
[专利][2]实用新型专利《一种高压出线套管的测试台》（专利号：
ZL201520517544.5）
[论文][1]程永锋，朱祝兵，邱宁等．特高压电气设备抗震试验共振拍波适用性及合理地震动输入研究[J]．高电压技术，2015，41（5）：
1753-1759．（EI收录）
[论文][2]卢智成，邱宁，程永锋，钟珉等．特高压TYD1000型电容式电压互感器抗震试验研究[J]．高电压技术，2015，41（11）：
3694-3701．（EI收录）
[论文][3]程永锋，邱宁，卢智成，孟宪政等．硬管母线连接的1000kV避雷器和电容电压式互感器抗震性能振动台试验．高电压技术，2015，40（12）：
3882-3887．（EI收录）
[论文][4]SenLin,ZhichengLu,ZhubingZhu,PoGao,ShengLi.Studyofshakingtabletestonseismicperformanceof750kVpostinsulator[C].AdvancedMaterialsResearch,2015,Vols.1065-1069:
1491-1496．（EI收录）
[论文][5]PoGao,ZhichengLu,ZhubingZhu,SenLin.Theanalysisofcomparisonofthe1000kVUHVelectricalequipmentandcircuit[C].AdvancedMaterialsResearch,2015,Vols.1065-1069:
1267-1272．（EI收录）
[论文][6]QianZhang,ZhichengLu,YuhanSun,MinZhong.ModalParameterIdentificationof500kVSF6CurrentTransformerbasedonNaturalExcitationMethod[C].AdvancedMaterialsResearch,2015,Vols.1065-1069:
3400-3405．（EI收录）
[论文][7]ZhichengLu,ShengLi,ZhubingZhu,MinZhong．ProgressinSeismicResearchonElectricalEquipmentsinSubstations[C]．AdvancedMaterialsResearch
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