一种智能变电站的变压器与GIS一体化联合布置方法技术领域
本发明涉及的是一种变电站的变压器和GIS一体化联合布置方法，适用于变电站、换流站、发电厂等需要将变压器与高压配电装置相互联结的场合，尤其适用于750kV及以下电压等级并采用GIS配电装置的智能变电站；属于输变电工程设计技术领域。
背景技术
智能变电站是以数字化变电站为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站的自动运行控制、设备状态检修、运行状态自适应、分布协同控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行维护水平。
GIS(Gas Insulated Switchgear)即气体绝缘金属封闭开关设备，因其可靠性高，占地面积小，环境适应性好等优点，近年来在变电站特别是智能变电站中被广泛采用。
智能变电站往往采用电子式互感器以提高数字化水平。在采用GIS配电装置的智能变电站，电子式互感器非常适合与GIS本体设备一体化设计，一体化安装，从而节省占地面积，节约设备投资，降低工程总造价。
在变电站设计包括智能变电站常规设计(详见图1、2所示)。为方便叙述和说明，附图按500kV变电站绘制，该变电站三侧电压等级分别为500kV、220kV、35kV)中，变压器与GIS配电装置连接通常采用软导线架空连接。这种连接方法的特点是：变压器配置油-空气套管，GIS变压器回路配置SF6-空气套管，套管与套管之间通过软导线架空连接，回路中若需要配置电压互感器或避雷器可采用独立支柱式AIS设备。这种连接方法实施简单，检修试验方便，但是缺点也非常明显：
1)由于主变压器以及GIS对应间隔均配置空气套管，空气绝缘以及电气安全净距校核要求使得纵向布置尺寸大，回路中若还有AIS电压互感器或避雷器时纵向占地指标更大，并且这种现象电压等级越高越明显。
2)GIS设备技术先进，属于小型化设备，便于紧凑布置，比较适合电缆出线或通过油-SF6气体套管直接与变压器相连，若配置空气套管并采用裸导体连接则横向尺寸必须变大，同样这种现象电压等级越高越明显。
3)变压器与GIS之间采用空气套管并通过架空导线连接这种连接方式较之采用通过 油-SF6气体套管并通过GIS间隔内分支母线直接与变压器相连方式，空气套管数量是油-SF6气体套管数量的2倍。
4)综合上述几点，传统布置和连接方法使得变电站综合投资大，尤其是在土地资源相对紧张，征地费用高昂的地区，综合投资更大，工程建设效益不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种改进的，能大幅缩减变电站、特别是智能变电站占地面积，降低工程总投资，同时利用设备的先进性降低检修概率，提高运行可靠性的智能变电站的变压器与GIS一体化联合布置方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要包括主变压器、GIS配电装置、运输道路，其中所述的GIS配电装置包括高压侧GIS配电装置和/或中压侧GIS配电装置。
所述主变压器与所述GIS配电装置布置在同一片场地，在主变压器与低压侧配电装置场地之间设置有主变运输道路。
所述的主变压器以及GIS配电装置与变压器对应的间隔之间配置油-SF6气体套管，并通过GIS间隔内分支母线管道将主变压器与GIS配电装置直接联接。
所述主变压器的中压侧跨线通过高压侧出线构架与中压侧出线构架悬挂。
所述主变压器的低压侧通过绝缘母线或电缆从地下穿越道路与低压侧配电装置联接。
所述主变压器采用三相共体变压器；所述GIS配电装置间隔所需的互感器(智能变电站往往采用电子式互感器)和/或避雷器纳入GIS一体化设计，一体化安装；所述GIS配电装置和主变压器均配置状态监测。
本发明的有益效果是：
(1)该布置方式与传统布置方式相比较，压缩了占地，节约土地资源效益非常显著。以下为两种布置方式断面图对比：图2为主变压器与GIS配电装置常规布置设计断面图，由于主变压器和GIS均采用空气套管，500kV带电部分须对道路运输框校核4550mm电气距离，而AIS避雷器亦须对GIS空气套管保持约5000mm安装和试验距离。图4为主变压器-GIS一体化联合布置断面图，由于主变压器采用油气套管与GIS联接，避雷器采用GIS结构单元，500kV侧无须校核电气安全距离。同时主变运输道路设置于35kV侧使得主变运输外廓仅需校核对35kV管母线1150mm。综上述，主变压器-GIS一体化联合布置与常规布置方式相比可节省纵向尺寸至少41m-32.5m＝8.5m。
(2)该布置方式与传统布置方式相比较，6只500kV空气套管缩减为3只油-SF6气体套管，同时取消了主变构架和防火墙。尽管在主变高压侧须配置避雷器的情况下，GIS 避雷器比AIS避雷器造价偏高，但工程综合投资仍有所节省。
以下为应用于某500kV智能变电站综合投资估算比较表：
从上表可看出，该投资估算比较价差227.3-183＝44.3万元。如果实际工程应用非自耦变压器，经校验主变高压侧可不配置避雷器情况下，该投资估算比较价差为44.3+(72-16.5)＝99.8万元
(3)该布置方式使得变压器与GIS配电装置对应间隔回路无裸露的带电导体和引线，运行安全可靠；GIS分支母线外壳不带电，布置走线设计灵活。
(4)该布置方式使得变电站按高压、中压、低压三个电压等级分区非常清晰，运行方便；
(5)该布置方式还使得主变压器上方用于悬挂架空导线的构架得以取消，如此则使得变电站最重要的设备——主变压器安装检修均以及搬运均非常方便。
本发明适用于变电站、换流站、发电厂等需要将变压器与高压配电装置相互联结的场合，尤其适用于750kV及以下电压等级并采用GIS配电装置的智能变电站。
附图说明
图1是智能变电站常规设计平面布置简图。
图2是智能变电站常规设计断面图。
图3是智能变电站采用变压器与GIS一体化联合布置方法设计的平面布置简图。
图4是智能变电站采用变压器与GIS一体化联合布置方法设计的断面图。
图中各部件的标号是：1、主变压器，2、油-SF6气体套管，3、GIS分支母线，4、主变中压侧跨线，5、高压侧出线构架，6、中压侧主变进线构架，7、空气套管，8、主变高压侧跨线，9、主变构架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：
图1是某智能变电站常规设计平面布置简图，由于采用电子式电压互感器，该互感器纳入GIS本体设备一体化设计，一体化安装。由于变压器1为自耦变，出口须装设避雷器。考虑到GIS结构避雷器设备造价比AIS结构避雷器贵许多，常规设计考虑采用AIS结构避雷器；采用架空跨线8将主变压器1，GIS以及避雷器相互连接；主变高压侧架空跨线8两端分别挂接于主变构架9以及高压侧出线构架5；主变中压侧架空跨线4两端分别挂接于主变构架9以及中压侧出线构架6。
图2是智能变电站常规设计断面图。由于主变压器1和GIS均采用空气套管7，带电体须对道路设备运输外廓校核4550mm电气距离，而AIS避雷器亦须对GIS空气套管保持约5000mm安装和试验距离。
本发明主要包括主变压器、GIS配电装置、运输道路，其中所述的GIS配电装置包括高压侧GIS配电装置和/或中压侧GIS配电装置。
所述主变压器与所述GIS配电装置布置在同一片场地，在主变压器1与低压侧配电装置场地之间设置有主变运输道路。
所述的主变压器以及GIS配电装置与变压器对应的间隔之间配置油-SF6气体套管，并通过GIS间隔内分支母线管道将主变压器与GIS配电装置直接联接。
所述主变压器的中压侧跨线通过高压侧出线构架与中压侧出线构架悬挂。
所述主变压器的低压侧通过绝缘母线或电缆从地下穿越道路与低压侧配电装置联接。
所述主变压器采用三相共体变压器；所述GIS配电装置间隔所需的互感器(智能变电站往往采用电子式互感器)和(或)避雷器纳入GIS一体化设计，一体化安装；所述GIS配电装置和主变压器均配置状态监测。
图3是智能变电站采用变压器与GIS一体化联合布置方法设计平面布置简图。为节约土地资源，采用本说明所述变压器与GIS一体化联合布置方法对上述常规设计进行优化并调整布置。将主变运输道路设置于主变压器1与35kV配电装置场地之间，主变压器500kV侧采用油-SF6气体套管2并通过GIS间隔内分支母线3直联，由于GIS分支母线外壳不 带电，使得主变压器与500kV配电装置之间不必考虑电气距离要求，仅需考虑必要的GIS元件吊装和检修空间即可，必要时考虑变压器与GIS主体设备的防火距离，暂按10m考虑。
图4是智能变电站采用变压器与GIS一体化联合布置方法设计断面图。当主变压器与GIS一体化联合布置时，可考虑取消主变构架9，主变压器中压侧跨线4通过变电站高压侧出线构架5与中压侧主变进线构架6悬挂，以节约用钢量，节省投资。由于变压器1为自耦变，出口须装设避雷器，因此在GIS主变压器间隔分支母线上装设GIS结构避雷器。
实施例：
附图3、附图4所示为采用本发明所述方法设计的某500kV智能变电站平面布置简图以及变压器与GIS一体化联合布置断面图。
本发明可以采用如下步骤实现本发明的目的：
第一步，取消常规设计中变压器与高压侧GIS配电装置之间的架空连接跨线；
第二步，将常规设计中设置在主变压器与高压侧GIS配电装置之间的运输道路移至主变与低压侧配电装置之间；
第三步，变压器高压侧配置油-SF6气体套管而非空气套管，并靠近高压侧GIS配电装置场地布置；
第四步，视情况将需要配置的电压互感器(智能变电站往往采用电子式互感器)、避雷器纳入GIS一体化设计，一体化安装。
第五步，GIS与变压器对应的间隔不设空气套管，采用分支母线延伸至变压器，并经油-SF6气体套管与变压器电气联接。
第六步，变压器低压侧出口至低压侧配电装置采用绝缘母线经地下通道联接或采用电缆穿管过道路联接。
第七步，当主变与高压侧GIS配电装置临近布置时，可视情况考虑取消主变构架，主变中压侧跨线通过高压侧出线构架与中压侧出线构架悬挂，以节约用钢量，节省投资。
本实施例变压器低压侧出口至配电装置采用绝缘母线经地下通道联接，该方式避免了每相采用多根35kV电缆并联以及电流分配不均匀带来的运行风险。建议采用新型薄壁绝缘铜管母线，能有效的降低线路损耗，减小温升，提高运行可靠性，节省运行成本。
本发明的应用建议有：
(1)建议应用三相共体变压器；
(2)建议应用有源式电子式互感器，降低GIS电压互感器造价；
(3)建议变电站配置状态监测系统，GIS和主变压器预置局放监测传感器；GIS配置SF6气体密度监测；主变配置油色谱监测；
(4)建议主变套管出口处GIS外壳由变压器厂家提供，安装、试验等工作均由变压器厂家完成，减少试验盲区；
(5)建议该布置方式可不设主变构架，主变中压侧跨线通过高压侧出线构架和中压侧主变进线构架悬挂，档距相对较大，具体工程实施需综合站址风速、覆冰等环境条件，选取适当弧垂，校核电气安全距离。
本说明中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；该部分内容不应理解为对本发明的限制。