1月18日，嘉兴平湖乍浦镇，一个多月前投运的浙江省首个新一代智能变电站220千伏勤丰变电站各项指数平稳正常，正在源源不断地为浙北百姓送去冬日的“温暖”。
但路过这里的人都会多看她几眼。的确，勤丰变院子里两侧9根独立钢管杆和伸向不同方向的“翅膀”十分“拉风”，而且有一个好听的名字——“双飞蜓”。“双飞蜓”的背后则是我国变电站设计历史上第一个垂直出线的变电站。
破旧立新 香蕉和牙签帮了我们大忙
2013年，国网浙江经研院设计中心参加了国家电网公司输变电工程设计竞赛，中心主任陈飞和同事们琢磨着设计一个既方便施工建造，又节能环保的新作品。
什么样的变电站才是符合历史发展潮流的?结合社会发展现实，陈飞团队把最关键的目标锁定在节约土地上，创造性地提出了垂直出线方式。
一般情况下，变电站在结构上分为这样几排。以高压出线侧为例，围墙外面的终端塔连接的是门型架，起到将线路引进站内的作用，可以看作第一排。第二排为GIS设备，又称气体绝缘全封闭组合电器，它将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器等封闭于充满六氟化硫密闭容器中。再往里的第三排是并列布置的主变。
主变宽度并不大，220千伏GIS单间隔宽度最小也可做到3米。唯独受出线方式所限，每一回线路的门型架有12米宽，六回就要72米。正是它“撑起”了变电站的腰围，又顺带着抬高了昂贵的母线等变电站耗材用量，让GIS设备的优势不能充分发挥。
“门型架的设计是由长期以来我们所采用的变电站出线方式决定的。”设计中心变电室副主任高美金摊开一张变电站规划图纸。通常情况下，变电站GIS设备与终端塔连接时采用架空出线，三相导线水平排列，连接她们的门型架必须一字排开。门型架宽度成了变电站总平布置的“长板”，浪费了不必要的土地。
“既然水平方向上能做，为什么不能让它竖起来呢?”高美金和同事们联想到输电线路中三相导线就是垂直排列，就打算利用“空间换平面”原理把变电站出线方式“扭过来”。团队打破原来的平面设计思维，培养空间立体视角，先设计了品字形出线、双层出线，后设计出螺旋式、阶梯式垂直出线方案，但要么横向尺寸优化有限，要么耗钢量太大，结构复杂，检修不方便。
最终，设计团队锁定了“双飞蜓”式垂直出线方案。GIS三相套管垂直于主母线方向一字排列，出线构架简化为一根独立钢管杆，三相导线通过独立钢管杆横担挂点引至上中下三层，同杆双回实现垂直式出线。
但横担如何设计才能让挂在上面的导线满足安全距离?陈飞从同事吃香蕉得到启发，于是找来牙签插在香蕉上，拴上细线一遍遍演示，终于得到了三层出线横担分别错开45度的最佳角度。
远远看去，长了八对“翅膀”的独立钢管杆就像两只趴在树干上的蜻蜓，因此，这项关键技术又被称为“双飞蜓”。
我国第一个变电站垂直出线设计方案就此出炉，三相导线垂直排列直接上挂，由独立钢管杆的横担牵引，与终端塔相连。这种设计颠覆了变电站传统水平出线和门型构架的常规模式。2回出线共用一根独立钢管杆实现三相导线上中下三层垂直出线，较常规水平出线，220千伏、110千伏单间隔宽度最优均可减少50%。
当年7月，这一设计方案摘得国家电网输变电工程设计竞赛一等奖。不久，“GIS双飞蜓出线布置结构”获得了国家发明专利授权，并被中国电力建设关键技术成果评审鉴定为“达到国际先进水平”。
思维融合 理论碰上实践才会慢慢坚强
由于GIS垂直出线不是国家电网公司通用设计，各个工程都不敢用。后来，经过国网浙江省电力公司推荐，国网公司基建部将这一设计列为“国家电网公司依托工程基建新技术研究”项目，这意味着垂直出线可以从图纸走进现实了。
2014年恰逢浙江省第一个新一代智能变电站在嘉兴开建。高美金来到嘉兴平湖实地查看后发现，原来的设想与现实对接不上，好多细节都不周全，于是陈飞再次召集变电、线路、土建三个专业的工程师，完善方案。这一次，他们更加注重专业融通、思维融合。
团队要求每个设计细节都要从不同专业同时考量。“双飞蜓”上的螺母用什么型号，法兰大小怎么选，钢管杆做多高合适，里面灌不灌混凝土，爬梯如何安装才安全美观。这些问题被再次导入软件计算系统中进行数据采集、分析与运算。他们利用自主研发的三维仿真设计系统对电气距离等进行仔细校验，每个问题都要结合其他专业的意见调整到无可挑剔。
采用水平出线时，横排门型架两侧受力，构架相对稳定。而采用垂直出线，独立钢管杆一边承受来自输电线路终端塔的张力，另一边由于导线直接向下走，由套管接入GIS设备，没有了足够的张力保持平衡。安全会不会成问题?
每个独立钢管杆上八根互呈45度角的横担，它们各自安放在什么高度最合适?由它们连接的导线在大风、覆冰等特殊工况下能不能满足安全距离?
2015年1月8日，陈飞团队带着这些问题北上，来到中国电力科学研究院进行模拟仿真试验。整个团队陪着黑黝黝的钢管杆经受着大风、覆冰、外力破坏等特殊运行工况的考验。一项项数据陆续出炉，构架扰度和应变值等均在正常范围内。
先前的预想经受住了考验，方案最终确定了下来，220千伏独立钢管杆的高度被确定为24米，双飞蜓的翅膀——四对横担分别开在距地面9米、14米、19米和24米处，交叉角仍为45度。其他问题也找到了最为稳妥的解决办法。
团队成员、设计中心变电室主任高亚栋回忆，随后召开的项目初设评审会上，建设、运维单位虽然原则上认可垂直出线可以节省投资，同意该方案，但对施工难度、检修维护方式、设备安全性，甚至变电站扩建时吊车能否进入等问题提出了诸多质疑。 设计团队一一向相关人员做出解答，并根据属地公司的带电、停电检修等运维习惯对方案进行了个性化补充。
垂直出线让220千伏勤丰变成为没有施工经验可以借鉴的项目。进入土建阶段，设计团队绷紧了神经，时刻为施工单位做好技术支撑，力求勤丰变一次成优。
今天，勤丰变投运已近两月，一切正常。由于采用了垂直出线，变电站总占地面积较通用设计减少18%，节约土地2.39亩，节约投资180万元。
雄心勃勃 推广不只有经济上的考量
“220kV户外GIS变电站垂直出线方式及总平面布置优化的研究”获得2015年中国电力建设科学技术进步二等奖、国网浙江省电力公司科学技术进步二等奖，相关成果已获得国家发明专利2项，实用新型专利4项，“关于推广应用GIS垂直出线方式，节约土地资源的建议”被评为国网公司2015年优秀合理化建议。
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