Modification Practice of a 110 kV Half-height Layout Substations

110 kV进(出)线回路一般为2～4回，采用AIS设备户外单列布置，双母线带旁路接线，半高型布置型式(带空中走道)，见图1，间隔宽度8 m，一般2～4个间隔为一跨，进线一般接于不同跨母线，个别工程同接于一跨母线，110 kV场地(围墙至道路中心线)纵向深度一般为36.5 m左右。

Figure 1.  Original Layout of 110 kV Distribution Equipment

主变一般为2台，户外一体式，单台主变容量一般为31.5 MVA、40 MVA、50 MVA，电压等级110 kV/35 kV/10 kV，主变三侧均通过软母线与配电装置相连。

35 kV出线回路一般为6～8回(实际运行2～4回)，采用AIS设备户内装配式双列布置，双母线带旁路接线，详见图2；主变、旁路、母联、母设、站用变、楼梯间等间隔布置于靠近主变侧，出线间隔布置于另一侧；35 kV配电装置楼分为两层，底层布置断路器、电流互感器、电压互感器等设备，二层布置隔离开关、母线等设备；间隔宽度4.8 m，配电装置进深10.6 m，长度一般为43.2～48 m，高度一般为9.5～10 m。35 kV配电装置楼一般平行于主变场地布置。

Figure 2.  Original Layout of 35 kV Distribution Equipment

10 kV出线回路一般为8～10回，采用固定柜，户内单列布置，单母线分段带旁路接线，开关室进深5.5 m，开关室长度27～30 m，一般垂直于主变场地布置，详见图3；每台主变一般设置无功补偿装置1套，布置于户外；接地消弧装置一般不配置。

Figure 3.  Original Layout of 10 kV Distribution Equipment

二次设备室、工具间、备品间、厕所等一般位于毗邻35 kV配电装置楼建设的二层小楼中。

变电站尺寸一般为80 m×80 m左右，有些变电站加上站前生活区，尺寸可以达到80 m×100 m左右。

随着电气工业的发展，110 kV断路器均已采用SF6设备，电流互感器采用油浸倒置式产品，隔离开关的制造工艺和质量也有较大提升，因而原有的双母线带旁路接线，显得过于复杂，往往造成倒闸操作的繁复，人为增加事故的风险；由于该类变电站均已投运25～30年左右，原有的构支架一般采用砼杆或薄壁钢管，风蚀雨淋，很多都已经出线开裂、剥落、锈蚀、变形等问题；空中走道时常出现砼块掉落，砸坏设备的情况，上层隔离开关操作也不方便。

35 kV采用户内装配式，支柱绝缘子、穿墙套管普遍存在爬电距离小、易闪络等问题；隔离开关、断路器等备品备件也难于采购，基本处于淘汰的边缘；隔离开关操作机构置于网门上，连杆过长，容易存在死点和卡涩；配电装置楼由于是砖混结构，屋面一般为预制板，经常出现渗漏和涂料剥落等情况，影响设备运行，而且也不满足现行抗震规范的要求。

10 kV固定式开关柜已属于淘汰产品，备品备件稀缺，主母线通流容量偏小，柜体防护等级低，高峰负荷时节，往往会出现节点过热等现象，严重影响运行安全。

由于原先规划主变为2台，且三侧均采用软导线与配电装置连接，各侧主母线及引线通流容量偏小，无法超规模增容主变或者增加第3台主变，因而无法满足变电站周边爆发式增长的工业、商业和居民负荷。

综上所述，对此类变电站进行整体升级改造，无论是提升设备水平，改善运行工况，还是满足负荷发展需要，提高供电能力和可靠性，都是十分必要和迫切的。对于负荷无法转移或者仅能部分转移的工程，可以采用不停电改造方案，相对复杂繁琐一些。对于负荷可以全部转移的工程，则可以采用全停改造方案，相对简单一些，风险也小一些。下面将分别进行分析论述。

110 kV进(出)线回路为5回，采用AIS设备户外双列布置，单母线分段接线，中型布置型式，间隔宽度8m，两段母线跨度分别为16 m和24 m，不同电源分别接入两段母线，110 kV场地(围墙至道路中心线)纵向深度一般为36.0 m左右；

主变本期2台，户外一体式，本期单台主变容量一般为40 MVA、50 MVA，电压等级110 kV/35 kV/10 kV，110 kV侧通过软导线与配电装置相连，35 kV侧通过电缆与开关柜相连，10 kV侧通过铜排母线桥(或绝缘管形母线)＋封闭母线与开关柜相连；远景主变容量3× 50 MVA(63 MVA)，考虑到经济发达地区系统35 kV变电站将逐步升压或退役，用户35 kV变电站将逐步改接或T接至220 kV系统变电站，远景110 kV变电站带35 kV电压等级已无必要，因而电压等级选择110 kV/ 10 kV。

35 kV出线回路为4回，采用中置柜户内单列布置，单母线分段接线；10 kV出线回路一般为16回，采用中置柜户内双列布置，单母线分段接线；35 kV、10 kV开关柜共室布置，二次设备室毗邻开关室布置；开关室进深9.6 m，开关室长度44 m～46 m；刚好可以布置于原35 kV配电装置楼的位置。远景可以拆除35 kV开关柜，将# 3主变10 kV配电装置布置于此。

每台主变一般设置无功补偿2套，采用装配式；每段10 kV母线配置接地消弧装置1套，采用成套装置。上述设备均可以布置于站内空旷处。

综合配电房采用现浇钢筋混凝土框架结构，砖墙填充。梁、柱、板混凝土强度等级采用C30，钢材采用HPB300、HRB400级钢。内外墙厚240 mm，MU10多孔砖，M7.5混合砂浆，±0.0 m以下采用M20水泥砂浆。

进线构架柱为A字柱(部分加端撑)，采用直缝焊接等径钢管(管径ϕ 273、壁厚6 mm)；母线构架柱、主变中间构架柱、主变构架柱及进线构架地线柱采用等径单柱钢管(管径ϕ 377、壁厚9 mm)；所有钢梁采用正三角形焊接的钢管式钢梁(管径ϕ 80、壁厚6 mm)，梁与柱采用螺栓铰接连接；构架避雷针采用变截面钢管；所有设备支架均采用等径钢管(管径ϕ 273、管壁厚6 mm)。

室外电缆沟顶面高出场地平均标高150 mm。电缆沟一般采用砖砌，贴临道路(距路边小于1.0 m)及埋深大于1.0 m的电缆沟采用混凝土结构，过道路电缆沟采用埋管方式。盖板采用包角钢钢筋混凝土盖板或复合材料成品盖板，漫盖式。

根据地质条件，综合配电房基础一般采用钢筋混凝土独立基础，墙基采用钢筋混凝土条形基础；构支架基础均采用混凝土杯口基础；主变压器基础为大块式素混凝土基础；独立避雷针采用钢筋混凝土阶梯形基础。

围墙、道路、照明、接地、上下水、安防系统等均需要按照最新要求，配合主体工程同时设计、同时施工、同时建成投运，详见图4。

Figure 4.  General Layout After Transforming

由于35 kV出线回路较少，对于有系统联络线的工程，一般先将35 kV线路通过站外搭接进行负荷转移；对于35 kV出线为全用户的工程，也可以通过在主变35 kV侧加装临时断路器进行过渡供电，可以维持两台主变双卷(110 kV/10 kV)或者三卷((110 kV/35 kV/10 kV)运行。拆除原35 kV配电装置楼，新建综合配电房(包括二次设备室、10 kV及35 kV开关室)，并安装调试上述设备。

拆除110 kV一跨母线(一般为3间隔)及相应间隔设备，一般保留跨维持一线两变、一线一变、两线两变运行方式。对于两回主变间隔与两回进线间隔分置不同跨的工程，可以通过110 kV临时电缆将电源从原终端塔引接至旁路或母联间隔，确保维持上述三种运行方式中的一种。新建110 kV母线(1段母线)、进线间隔1～2回、母设间隔(# 1)、主变间隔(# 1)及分段间隔的隔离开关；新建# 1主变构架、基础及母线桥等。

维持# 2主变双卷或三卷运行，将# 1主变迁移至新位置，并完成三侧搭接；全站短时停电，110 kV外线改接至新配电装置，# 1主变实现三卷运行，逐条改接35 kV、10 kV出线至新配电装置。

拆除剩余110 kV配电装置、主控制楼、10 kV开关室、# 2主变及主变10 kV侧引线构架等设施，新建110kV母线(2段母线)、进线间隔2～3回、母设间隔(# 2)、主变间隔(# 2)及分段间隔其余设备；新建# 2主变构架、基础及母线桥等。

迁移# 2主变至新位置，完成三侧搭接，完成110 kV外线搭接，建设无功补偿及接地消弧成套装置，恢复全站完整接线方式供电。

完善围墙、道路、照明、上下水、安防系统等配套设施，全站改造完成。

改造工作应尽量安排在负荷低谷时段进行，开工前编写详细周全的施工方案，并注意各道工序优质高效衔接，尽量缩短工期，降低薄弱方式的运行风险；现场必须做好安措，并将施工区与运行区域通过硬质围栏进行强制分隔。

110 kV进线间隔应尽量与原有位置对应，确保零档线的偏角在规程允许范围之内，对于需要重新组立终端塔的工程，终端塔的组立应配合内部改造同步实施。

35 kV临时过渡电缆应综合考虑主变至35 kV主变间隔、35 kV出线至35 kV终端塔的电缆长度，做到永临结合，确保电缆的利用，避免浪费。

对于需要进行改造的10 kV、35 kV砼终端杆，应进行通道的合理归并，并充分考虑与原有出线的衔接，一步到位进行改造，并为远景的出线预留足够通道。

当110 kV母线拆除一跨时，剩余部分应通过临时拉线进行稳固，并注意临时拉线地锚的设置位置，避免与新配电装置的基础相冲突。

对于可以全停改造的变电站，可以根据站址在电网中的地理位置及周边负荷发展情况，合理规划建设为110 kV、220 kV变电站。由于通用设计中110 kV变电站低压侧一般为10 kV电压等级，220 kV变电站低压侧一般为10 kV或者35 kV电压等级，因而应考虑将另一电压等级负荷进行切分转移。对于220 kV变电站的建设，还应综合考虑周边高压出线走廊和电缆通道等因素。

采用国网公司2013年版通用设计110-A1-1方案，变电站尺寸60.8 m× 63.9 m。远景规模为：主变3× 50 MVA；110 kV出线4回，单母线分段接线，架空出线；10 kV出线36回，单母线多分段接线，电缆出线；110 kV采用GIS设备，户外双列布置；主变采用一体式户外布置；10 kV采用中置柜户内双列布置。

采用国网公司2013年版通用设计110-A2-3方案，变电站尺寸77.0 m× 39.5 m。远景规模为：主变3× 50 MVA；110 kV出线6回，环入环出接线，电缆出线；10 kV出线36回，单母线多分段接线，电缆出线；110 kV采用GIS设备，户内单列布置；主变采用分体式户内布置；10 kV采用中置柜户内双列布置。

采用国网公司2013年版通用设计110-A2-5方案，变电站尺寸94.0 m× 38.0 m。远景规模为：主变4× 50 MVA；110 kV出线4回，单母线分段接线，电缆出线；10 kV出线56回，单母线多分段接线，电缆出线；110 kV采用GIS设备，户内单列布置；主变采用分体式户内布置；10 kV采用中置柜户内双列布置。

110-A2-5方案比较适合中心城区等高负荷密度地区，由于长度超出原站址尺寸，需要适当征地或者利用原站前生活区。多于空地可以根据需要设置运维检修班或区域维修中心等辅助用房。

采用国网公司2013年版通用设计220-A2-1(35)方案，变电站尺寸86 m× 102.5 m。远景规模为：主变3× 180 MVA；220 kV出线6回，双母线接线，架空出线；110 kV出线10回，双母线接线，架空出线；35 kV出线12回，单母线分段接线，电缆出线；220 kV采用GIS设备，户外布置；110 kV采用GIS设备，户外布置；主变采用一体式户外布置；35 kV采用中置柜户内布置。由于长度超出原站址尺寸，需要适当征地或者利用原站前生活区。

采用国网公司2013年版通用设计220-A3-4(10)方案，变电站尺寸80 m× 85.5 m。远景规模为：主变4× 180 MVA；220 kV出线10回，双母线单分段接线，混合出线；110 kV出线12回，单母线分段接线，混合出线；10 kV出线28回，单母线分段接线，电缆出线；220 kV采用GIS设备，户内布置；110 kV采用GIS设备，户内布置；主变采用一体式户外布置；10 kV采用中置柜户内布置。由于长度超出原站址尺寸，需要适当征地或者利用原站前生活区。

上述110 kV半高型变电站一般位于原来的城郊或者中心城镇，在原有电网中处于关键节点和重要位置。随着经济社会的不断发展，周边地块的陆续开发，目前已经融为城市或者开发区的一部分，而此类地区寻找新的合适的站址和通道，变得日益困难。因此如何规划好整体改造方案，提升单个变电站的供电能力，发挥地块的最大效用，显得尤为重要。本文对此问题进行了积极探索和实践，总结出一套相对行之有效的办法和思路，为后续工程提供有益参考。有兴趣的读者也可以对上述方案进行进一步的拼接、组合、优化，结合具体工程提出相应解决方案。