系列化大集控可實現運行資源最優化配置

[摘要] 采用何種大集控模式來平衡運行人員數量的緩增和變電站數量的急增矛盾，這是一項牽一發而動全身的系統工程，也是超高壓人追求的目標。目前許多省網電力公司都在探索運行管理模式的優化。這需要設計、調度、建設等方面的協調、配合。仁者見仁，智者見智，文章從各變電站的地理位置、與電網的聯接、一次主接線簡單和復雜程度這三方面來探討如何實現超高壓運行資源(包括人力資源、設備、維修、生活生產設施和運行管理成本)的最優化配置。文章認為一次主線、主設備的選擇和新站建設符合大集控管理要求是基礎、是關鍵、是根本。

[關鍵詞] 系列化大集控 地理位置 電網聯接 一次主接線 運行資源配置

1 概述

上海電網處于華東乃至全國電網(長江三峽和云、貴、川水電)受端的一個特大型城市電網和負荷中心，上海是每度電產值最高的城市。作為國民經濟先行和保障的電力行業，為滿足、領跑上海經濟社會建設，為使電網發展適應上海城市發展目標的要求。建成吞吐量大、應變能力強、運行靈活、層次分明、結構合理、供電可靠的現代化電網，特別是能夠抵御持續高溫夏峰負荷和防止美加部分地區電網大面積停電事故的發生，唯一的出路在于加強網架、合理布局、手段有效和多建變電站。

超高壓電網的超前建設，變電站數量呈跳躍式增加，而且這一正在延續的趨勢迫使現有的集控站管理模式不堪重負，人力資源受到強烈的限制，其弊端逐步顯現。

根據上海電力公司“十一五”發展規劃，預計到2020年，500kV變電站將有14座(目前運行6座，在建5座包括世博站、練塘站、三林站、漕涇站、南匯站)。220kV變電站將有154座(目前運行74座)，這就意味著還將新建83座，總量超翻倍。

綜合國力的增強、設計觀念的提升、建材工業的發展、以及施工技術工藝的提高，最近幾年新建的較之以前建造的變電站的確是更具人性化、個性化、實用化。漂亮了、寬敞了、耐用了這已是不爭的事實。站容站貌的一步到位，代替投運幾年后為達標創一流而進行大規模的整改。由于每一個新站所處的地理位置、人文環境、規模大小不同故建筑結構、設備配置、標準要求也不同，都具有各自的特色和風格。但也存在設計、建設標準不統一，設備形式多，建設和運行成本較高，其中變電站庭院化、主控制樓民居化、裝修材料高擋化，建筑面積較大，功能配置重復、冗余，施工工藝特別復雜，特別是一次主接線設計優化不夠，諸多方面不符合大集控的要求。

2 從大集控角度解讀“兩型一化”建新站的有關要求

2008年1月1日開始按照國家電網公司全面開展“兩型一化”(資源節約型、環境友好型、工業化)變電站的建設，是履行公司社會責任，落實科學發展觀，是加快轉變公司和電網發展方式，大力實施集團化運作、集約化發展、精細化管理、標準化建設，提高變電站建設效益和效率的有效途徑。

目的是：按照變電站的功能要求，實現全進程、全壽命周期內資源節約型、 環境友好型，推進深化、完善典型設計和標準化建設，降低建站和運行成本。

原則是：以用為先、簡潔適用、以人為本。設計理念上，貫徹標準化、最優化設計；功能定位上，明確變電站作為工業性設施的定位，分析功能需求，追求基本功能和核心功能，剝離無用、重復、多余功能；性能指標上，安全可靠、技術先進、合理造價，不片面追求高性能、高配置，不盲目攀比，追求性能價格比最優；建筑風格上，體現工業性產品或設施的特點，提倡工藝簡潔、施工方便、線條流暢，與環境協調，非民居、非公用建筑；裝修材料上，應采用環保、節能材料，摒棄高檔、豪華、個性化、特殊化的裝修；施工工藝上，推行工廠化加工、集約化施工、模塊化組合，積極采用大宗材料；設計標準上，不突破現有設計規程、規范。

2.1 主接線和主設備選擇

主接線應滿足《國網公司輸變電工程典型設計》有關要求。對于終端變電站，應簡化接線型式，采用線路變壓器組或橋型接線。當有聯絡要求時可采用環入環出支接變壓器接線，對于GIS、HGIS等設備，宜簡化接線型式，減少組件數量；對于一個半斷路器接線，當變壓器臺數超過兩臺時，其它幾臺變壓器可不進串，直接經斷路器接母線(應商榷)。對于雙母線或單母線接線，不應設置旁路母線。

主設備的選擇應遵照《國家電網公司110～500kV變電站通用設備典型規范》，選取適當的參數。短路電流應按照變電站遠景的系統阻抗進行計算；主變壓器的并列應按系統確定的最大運行方式計算。應采用全壽命周期內性能價格比高的設備。積極采用占地少、維護少、環境友好型設備，應加大無功補償設備分組容量、減少分組組數。應積極穩妥地采用新技術、新設備，首選節能型設備。

配電裝置的選型應綜合考慮占地面積小、設備小型化無油化、提高可靠性、滿足環保要求、協調景觀和節省投資，根據所處的位置和重要性等各方面因素。

斷路器的選擇：35kV應優先選用SF⁶斷路器。110kV／220kV及以上的斷路器優先選用彈操(含液壓彈簧機構)或液壓機構。

隔離開關的選擇：應選用檢修周期長、質量可靠的優質產品，防止出現機械卡澀、觸頭過熱、絕緣子和拉桿斷裂等事故的發生。

2.2 總平面布置和配電裝置

優化總平面布置，減少占地面積。變電站大門應直對主要運輸道路。當占地面積較大時，二次設備應就地布置，以減少電纜長度。對于HGIS配電裝置，當采用一個半斷路器接線時，完整串應采用“3+0”方式，不完整串采用“2+1”方式。應采用管母分相中型或軟母線改進半高型配電裝置。變壓器宜采用戶內布置，本體室封閉以隔離噪音，散熱器宜分開布置，采用自冷式。

2.3 計算機監控系統

應由計算機監控系統完成對全站設備的監控，不設常規控制屏和模擬屏(應商榷)。500kV變電站分階段實施少人值守運行。220kV變電站應按規劃選定集控站或受控站，集控站設有運行人員的工作、生活設施。受控站應按無人值班(少人值守)設計。自動化系統應按間隔分散采集，優先雙層結構的原則來設計，上層為站控層系統、下層為間隔層測控系統。用UPS電源。

電氣二次線：宜整體考慮控制、保護、遠動和通信等二次設備的布置，運行條件相似的應合并房間布置。通信機房可不設置獨立的動力和環境監測系統，應與全站視頻安全監視系統統一考慮。二次設備應具備充分的防止雷電流、接地故障電流、引起地電位升高造成設備損壞的措施。

電纜設施：對于500kV／220kV變電站，采用保護下放布置／保護設備宣布置在一層，保護小室電纜敷設應采用電纜溝方式，不設電纜夾層。

2.4 土建部分

應優化設計，減少占地、工程投資。變電站功能區域應劃分明確、工藝流暢、連接合理，不應設置建筑小品、花壇和獨立站前區。

進站道路應采用公路型混凝土路面。500kV／220kV站，進站道路路面寬應為6m／4.5m，轉彎半徑足夠大。站內道路應采用公路型或城市型混凝土路面，不設巡視小道。圍墻應采用環保小型砌塊，高度宜為2.30m(應商榷)，宜采用清水墻。城市中心變電站圍墻的形式，應滿足城市規劃的要求并與周圍的環境相協調。

綠化：戶外配電裝置場地應根據綠化率要求確定綠化的面積，其余場地宜采用碎石地坪，不設置操作地坪。站內綠化不應選用高級喬木、草皮或花木。當城市規劃或環境需要時，可采用屋頂綠化。

站內電纜溝、管布置應力求最短線路、最少轉彎，可適當集中布置，減少交叉。材料宜選擇使用工廠化預制構件，現場裝配使用。蓋板標準化制作應采用成品溝蓋板。不宜設置電纜支溝，宜采用埋管結合電纜井方式。

建筑設計應在滿足生產及運行要求的前提下，合理配置優化房間功能，確保數量、大小合理。

應采用節能、環保型建筑材料，墻體應采用小型砌塊。建筑物體應緊湊，凹凸面不宜過多。建筑物圍護結構的外表面宜采用淺色飾面材料，并體現國網公司企業標準色彩。

樓地面不應采用花崗巖、大理石等高檔裝飾材料，宜采用普通環保型材料，如普通地磚、環氧樹脂漆或無砂混凝土樓地面。無人值班或設備設施較少的變電站，在站中心部位集中布置設備間，表盤(屏)集中布置，減少房間分割，減少門廳、公共走廊及豎向樓梯面積。樓梯欄桿扶手不應采用不銹鋼等高檔裝飾材料。室外采用非金屬材料欄桿，室內采用金屬欄桿加木扶手。

建筑物外門窗面積不宜過大，滿足氣密性要求，采用節能型外門窗。建筑物東、西向有空調房間的窗應采用有效的遮陽措施。門窗應設計成規則形式，不應采用異型窗，盡量減小門窗尺寸，一般房間外窗高度和寬度不宜超過1.50m，采用鋁合金門窗或塑鋼門窗，有空調房間的外門窗玻璃宜采用雙層中空玻璃。衛生間宜采用PVC扣板吊頂，普通瓷磚墻面，其它房間不宜設吊頂，但應計算空調冷量和照明亮度。建議集控站控制室吊頂。

室內設施：家具應采用標準化設計、工廠化制作、簡潔實用、經濟環保、耐用復合材料。燈具選用以安全可靠、經濟實用為主，應選用構造簡單、高效節能產品。照明方式應以直接照明為主。

2.5 消防部分

站址面積小，電氣設備布置集中，建筑物體積較大，變電站內應設置室外消火栓系統，火災危險性達到丙類的建筑物內應設置室內消火栓系統。

油浸主變壓器消防方式應遵循以下原則(單臺容量為125MVA及以上的主變壓器)：

戶外變電站內的變壓器應選用水噴霧滅火系統。戶外變電站當滿足下列條件之一時，可選用排油注氮防爆型滅火系統：擴建和改建的變電站；原變電站的設計未要求變壓器安裝固定式滅火系統；變電站的條件不能滿足變壓器設置水噴霧滅火系統。戶內變電站當變壓器本體設置在單獨的變壓器室內，而散熱器采用分體布置時，電壓等級110kV及以上的地下變電站內的變壓器應選用細水霧滅火系統。移動消防設備宜選用對大氣無污染的干粉滅火器。

3 以自然地理位置劃分

上海電網的電壓經歷了中壓、高壓到超高壓發展的全過程，本公司也經歷了由小到大，由弱到強(1980年前8座站、2000年前38座站、目前為81座站)。其運行管理方式(分四個階段)也從運行分區一運行一、二、三工區和500kV工區－行部－運行東／西部(目前管理模式以自然地理位置劃分)。

運行東部所轄：(29座站)

220kV集控站7座：銀山(9座)、惠南(3座)、浦建(3座)、臨江(3座)、羅山(1座)、金陽(4座)、浦江(2座)，500kV站2座：楊高(龍東)、顧路，獨立站1座。

運行西部所轄：(52座站)

220kV集控站8座：西郊(9座)、蘊藻浜(9座)、春申(7座)、長春(4座)、新潭(7座)、于田(3座)、文祥(4座)、青浦(3座)。500kV站4座：黃渡、楊行、泗涇、徐行，獨立站2座。

目前管理模式為運行東／西部共有15座220kV集控站，平均每座集控站所轄受控站3.57／5.75座，集控站與集控站之間所轄受控站極不平衡，6座500kV站和3座獨立站各自為陣，人力資源利用率過于飽和和嚴重不足。隨著上海城市交通大為改善，以黃浦江劃分為界運行的東、西部顯然不盡合理。簡單站和復雜站混雜管理，未形成系列化模式。

4 以完全電網聯系劃分

上海電網現狀：供電面積6340.5km²，2008年夏季高峰時最大用電需求為22.5GW左右，而滬實際最大發電出力僅為14GW左右。500kV變電站6座、變壓器18臺、變電容量14500MW，500kV多環網是上海電網的核心網架與高速輸電通道，并通過8回500kV交直流線路與華東主網及華中電網聯絡。220kV電網是上海電網的主要供電網絡，現有變電站81座(本公司管轄75座，三大供電公司管轄6座)，變壓器182臺、變電容量28800MW左右。由于短路容量500kV／63kA，220kV／50kA的限制，上海電網已實施分層、分區運行。以500kV站和大型發電廠為核心，形成8個220kV分區電網，正常情況下各分區電網之間解環運行，各自通過相關的220kV中心、中間、終端變電站向下一級配電網絡和用戶供電，各個分區電網必要時能夠相互支持、支持能力在800MW左右。各電壓等級對下一級電網和負荷的供應應滿足“N-1”準則。

如果以電網電源聯系緊密程度劃分管理(需設十大集控中心)：

運行東部需要設四大集控中心：500kV楊高大集控中心(浦建、龍東、源深)、500kV顧路大集控中心(銀山、羅山)、220kV惠(南)／臨(江)大集控中心、220kV浦(江)／金(陽)大集控中心。

運行西部需要設六大集控中心，500kV黃渡大集控中心(于田)、500kV徐行大集控中心(新潭)、500kV楊行大集控中心(蘊藻浜)、500kV泗涇大集控中心(春申、文祥、青浦)、220kV西郊大集控中心(廣場、萬榮)、220kV長春大集控中心。但是簡單站和復雜站仍然混雜管理，未形成系列化模式。

5 以一次主接線簡單和復雜程度劃分

一次主接線的擬定，對電力系統的動靜穩定、主設備的選擇、繼電保護的整定、配電裝置的布置以及運行的安全可靠性與經濟合理性起決定性因素，是設計中一項綜合性考慮的課題。現列出本公司2008年8月以來已運行81座變電站，一次主接線，就其接線方式、特點、優點、缺點分析比較。見表1。

如果以一次主接線的簡單和復雜(暫以220kV帶有旁路母線的站為界)程度，或各站主設備的積分高低，或各站在電網中的特別重要位置站方法按系列化(標準化)設置管理：

方案一：建議設立運行部下轄五大集控中心。220kV大集控中心(或分東／西)管轄59座簡單站，余下22座站按電網電源聯系緊密程度劃分為四大500kV集控中心：楊(高)／顧(路)、黃渡、徐(行)／楊(行)、泗涇大集控中心。

方案二(建議采用不設運行部)：設立220kV簡單站大集控中心(59座站)、220kV復雜站大集控中心(16座站帶有旁路母線站和特別重要站)、500kV站大集控中心(6座站)。

從目前運行情況看，通常電氣設備停役、復役從脫離運行的電力系統要求只需改為冷備用既可，改后的檢修狀態可以由檢修人員執行，運行人員監護。這樣可以提高運行和檢修工作效率，避免等待時間、多停和漏停設備。

6 目前運行站和新建站不符合大集控情況匯總

(1)500kV自耦變第三線圈35kV側總開關只有3臺有，15臺無，從運行實際情況看沒有總開關，由于低壓電抗器母線或母刀檢修或需要主變陪停操作非常麻煩。

(2)500kV站(包括開關站)站用電外來電源只有一路(要求有二路)，而且是10kV，個別站有小電源迂回情況，有的站站用電一次接線方式比較復雜，且站用變與35kV出線回路合用。220kV變電站要求有一路外來電源進站用電接口，不允許小電源對放。

(3)戶外220kV母線接地閘刀應考慮單獨安置，盡量減少雙接地閘刀布置。220kVGIS設備本體上控制電纜宜用橋架敷設，設備圍欄必須放寬。對離地較高開關機構箱應加踏板基礎。

(4)全屋內站，采用組合電器應集中全部消防報警系統。常規站，至少應在控制室、繼電器室、電纜夾層豎井和主設備室設置消防報警裝置，并有比較實用(不影響設備運行)的感溫裝置。

(5)目前一只半開關接線變電站存在的不足之處。

①2000年以后建設的四座500kV變電站中的500kV／220kV都采用一只半開關接線，其特點是回路沒裝設線路閘刀，帶來的問題是當遇到線路停役并改冷備用或線路檢修時，必須將此線路兩只相鄰開關改為冷備用或開關檢修，再合上該條線路的接地閘刀(該條線路的接地閘刀無法趁此機會檢修，由于聯閉鎖的關系，此時與其相關的兩側開關的閘刀將不能進行遙控、電動的操作)。主變也有同樣問題，因為不裝設500kV側閘刀，當主變檢修時為正確測量直流接觸電阻時必須將高壓側套管引線拆開。因為不裝設線路閘刀，所以線路保護中沒有配置短線保護從而失去線路充電保護。

②在每一完整串中，采用3組獨立式的開關流變(此種接線流變不夠統一和規范)。存在多處死區(無保護區域)。

③驗電、接地問題：到目前為止還沒有專門用于500kV電壓等級的驗電器具、接地線，給運行的停電驗電和因檢修工作掛接地線帶來不便。

④500kV／220kV運行中斷路器發生異常情況閉鎖分合閘，如何用閘刀隔離操作，無論從調規和現場實際情況都是很困難的。

⑤6座500kV站一只半開關接線中，4～6串都有較多的不完全串。4座220kV一只半開關接線中，6、8串也有較多的不完全串，串的利用率較低。在不能盡快形成完全串的情況下，不完全串組不應太多。一只半開關接線中500kV／220kV母線分段，有用斷路器也有用閘刀，給操作帶來許多麻煩。

(6)戶外場地應設計消防小室和消火栓箱基礎，設備室要有擋小動物門檻，還應有綠化水龍頭和水斗。

(7)變電站戶外生活及消防水表接入站內或大門邊的要求：

極大部分站的水表在投運前設置在站外較遠的距離，存在問題：由于設置在站外，穿越路基的管道被重壓變形或管、表、閥老化發生漏水后，運行人員無法及時發現，抄表存在常年累月估算，更換水表時，不能確認原水表累計數和新水表基數，容易發生站外管道被外人支接的情況。部分站統計用水量遠遠超標，給公司帶來許多不必要的成本支出。希望設計和建設方將新站的水表接入站內或大門邊，已投運變電站的戶外水表列入專項改造移進站內或大門邊，從源頭上徹底改變水表在站外不受控的狀態。

(8)建筑物的沉降縫：屋面部分所用材料應避免隨建筑物的沉降產生的縫隙，引起雨水進入房間影響安全運行。室內部分應避免在配電室母線上部平頂處，由于所用材料隨房屋沉降產生的沉降縫，導致金屬物變型和脫落影響母線安全運行。嚴格控制建筑物基礎沉降，以避免類似SF₆氣體泄漏，申請停電處理。

(9)近幾年新站從立項到投運過程中更改站名很多，希望有關部門協調工程各方，務必一次確定。

(10)變電站設置的圍墻四周的防盜監控(110技防報警)裝置，容易誤報警(系樹木枝葉飄動和鳥類飛過引起)。要求改為電子圍欄。

(11)變電站雨水、污水排放應接入市政排管，對暫時無法接入，為避免堵塞應在站內出口處設置水泵，應設置生化化糞池排污。

(12)主變地錨基礎位于道路中央時，拉環頂面應低于路面；若位于戶外場地，基礎頂面應高于地坪，防止銹蝕。

(13)建筑物屋面網格形式的明敷避雷帶應改成暗敷避雷帶，與避雷短針組合來防直擊雷，集中空調室外機電源防雷設施要求規范。

(14)集控站控制室和有人活動的房間不應建在變壓器室樓層上，以避免低頻交流電磁噪音。

7 結論與建議

建議采用以一次主接線簡單和復雜程度劃分的方案二。

因為由于歷史的原因超高壓公司各變電站的一次主接線和一次主設備五花八門、實在是太多、太亂、太無序(僅舉主變壓器為例就有90MVA、120MVA、150MVA、180MVA、240MVA、300MVA、750MVA、1000MVA，國產、合資、進口都有，時間跨度非常長)。

對本文提到的和未提到的已運行和新建站，不符合大集控模式變電站安排，請有關方面列項目整改。

一次主接線的確定是實現系列化大集控模式的根本保證，建議以后設計超高壓變電站時，以線路變壓器組、雙母線、一只半開關接線為典型。

由于開關質量提高和減少二次操作，建議對現有15座220kV帶有旁路母線的站，內、外橋、開關站、非標準雙母線派生接線應列入計劃逐步取消。

目前按照綜合自動化、設備老化、RTU為采集裝置等劃分本公司適應大集控模式變電站：基本滿足大約60％，不滿足大約40％(基本上是2000年前建設的變電站)。

當確定了系列化大集控模式的變電站，應按照超高壓生產指揮中心分層分控管理的原則，構建必要的職能定位，并加快自動化功能的應用。

從現實角度看實現真正意義上的受控站與集控站之間、500kV站與站之間系列化大集控模式非常困難，這不僅對一、二、三次主設備的要求極高(投資投入大、設備改造困難)，而且對傳統的運行、調度、規程、習慣和理念是一次革命和挑戰。目前更多的是行政管理意義上的進步。但有一點是可以充分肯定的：系列化大集控模式是一種標準化、有序化、合并同類項(最必須)、復雜問題簡單化的管理，可以實現超高壓運行資源的最優化配置。