全壽命周期管理理念在變電站設計中的應用

黃少雄

（茂名市粵能電力股份有限公司，廣東 茂名 525000）

1 變電站全壽命周期設計

1.1 變電站設計的安全可靠性

變電站對電網的正常運行影響非常重要，它的可靠性和安全性是設計時應該考慮的首要問題。

（1）主接線應重點考慮可靠、靈活、節約和便于擴建的要求。

（2）嚴格執行有關結構設計規范，重點考慮大風、覆冰、高溫、低溫、安裝、檢修、短路、地震等各種情況下建筑物基礎、結構、連接的受力性能。

（3）接地設計應保證變電站內發生接地故障時人身安全不受威脅；事故照明應滿足全站停電時人員的行動安全的要求。

（4）計算機監控采用分層分布結構，充分保證當地監視操作和遠傳可靠性。

1.2 運行維護檢修設置

設計階段應考慮運行時維護檢修所面臨的各種問題，設計方案要使變電站運行時易于維護檢修，以保證運行的可靠性。

（1）總平面布置應充分考慮運行維護的需求，配電裝置四周設置環形道路，內部設置檢修道路和巡視小道，保證車輛、機械設備、人員在運行檢修時，可以在電氣設備附近進行操作。

（2）高壓配電裝置的設計考慮必要的運行維護要求，在滿足電氣設備正常運行的前提下，設備彼此間距的設定要滿足單臺設備檢修和就地試驗，以及與其他設備的距離要求。

（3）部分設備附近設置操作平臺，方便運行維護人員登高操作。

（4）盡可能選擇成熟定型的電氣設備產品，減少維護工作量。

1.3 滿足施工設計

變電站項目的可施工性設計盡可能使用預制構件，以滿足“建筑工業化”的要求，同時還要考慮材料、設備的可供性和施工的便捷性。

（1）設計時分析所需物資的可供性，對當地的建筑材料、土源、水源、運距等進行調查，提高設計對自然環境的適應性。

（2）采用通用的典型設計方案，執行兩型一化變電站設計要求。將專業內容和專業協作要求最大程度的標準化。

（3）主變壓器消防采用安全可靠且施工周期短的方式。（4）變電站通風采用分體空調，安裝簡便，施工周期短，安裝成本低。

1.4 擴建的可能性設計

隨著社會經濟的快速發展，地區的用電量必將增加，必須考慮到變電站建設規模的擴展。

（1）進行所區規劃和總平面布置時，預留遠景擴建的場地，不堵死擴建的可能。配電裝置皆留出備用間隔，各電壓等級的配電裝置均留出擴建端，以備將來進行超規模破圍墻擴建。

（2）建筑物預留遠景屏柜等電氣設備的房間，預設留孔埋件。

（3）設備導體參數選擇時考慮擴建裕速度，同時不明顯增加額外的成本。

（4）由于變電站的接地網很難更換，在一期工程設計時嚴格按照遠景系統最大短路電流進行接地體截面選擇計算，以保證在遠景年也能滿足設計要求。

2 全壽命周期設計的一些措施

根據全壽命周期成本最優化設計理念：

Lcc＝C1＋C0＋CM＋CF

式中：Lcc：全壽命周期成本；

C1：投入成本；

C0：運行成本；

CM：維護成本；

CF：停運成本，亦稱懲罰成本。通過各項成本的協調，以達到Lcc最小的目標。

2.1 電氣主接線

擴建間隔或母線時，要特別注意選擇合適的擴建時間，避免停電或減少停電時間；節約征地及設備投資，滿足節約性要求。

具體事項如：主接線形式的可靠性計算與L 最低主接線的選用，擴建時的停運成本與先期投入的利息的協調，站用變與接地變的合并設置等。

2.2 主要電氣設備選型

在設備參數滿足項目需要的前提下應用通用設計成果，如：

2.2.1 根據項目特點合理選用主變壓器的冷卻形式

（1）強迫油循環風冷，其噪音較大，冷卻系統能耗較大。（2）自然油循環自冷，設備投資高，占地面積大。

（3）自然油循環風冷。目前該形式產品技術成熟，噪音及冷卻系統能耗、設備投資、占地面積指標適中，符合設備可靠性、安全性、節約性以及全壽命周期成本最優化設計理念。

2.2.2 隔離開關地刀操動機構的選用

充分考慮項目的發展趨勢，戶外隔離開關的地刀可考慮選配電動（可手動）機構，其較好的可擴展性為將來實現完全的遠方操作創造條件。

2.3 電氣布置

電氣布置上主要考慮以下幾方面：

（1）總布置綜合考慮節約線路投資與變電站安全可靠運行的需要。在實際輸變電工程中，各電壓等級出線往往相互交織。設計時以最終出線相互交叉次數為依據，采用正反出線相結合等方式，保證高電壓等級的線路出線基本順暢，同時避免線路穿越集中開發區或規劃區。

（2）配電裝置型式的合理采用。根據全壽命周期成本最優化理念，結合當地地形地貌特點，合理選用配電裝置型式。下面以某基地110 kV支持管母線半高型為例說明這一情況，該方案布置緊湊合理，在國家電網公司典型設計評審中被審定為III－2類特色模塊。

該方案突出的優點是：①占地面積小，節約資源。配電裝置為雙母線，采用雙柱水平開起式隔離開關，其中2組母線隔離開關布置于7 m層；斷路器、電流互感器布置于母線下方0 m層，其間隔寬度為8 m，縱向尺寸為19.5 m，出線構架每兩個間隔一跨。該配電裝置特點是占地少、構架簡單、布置整齊、投資較小，但由于母線隔離開關位于7 m層，維修此隔離開關時，不如隔離開關布置于0 m層方便；②可靠性與安全性：廣東地區十余年數十個220 kV變電站的運行經驗表明，該方案與常規110 kV中型配電裝置比較，具有同等的可靠性和安全性；③可施工性：與常規110 kV中型配電裝置比較，7 m層隔離開關的吊裝需采取更多的保護措施，但不影響設備安裝；④可擴展性：與常規 110 kV中型配電裝置相當；⑤節約性：與常規110 kV中型配電裝置比較，可顯著節約土地資源，實際設計中可將出線構架按每兩個間隔一跨設置，進一步節約混凝土及鋼材耗量。

2.4 電氣二次

電氣二次設計主要考慮以下問題：

（1）變電站計算機監控系統采用開放式分層分布結構，雙重化網絡，站控層配置主機兼操作員工作站、兩組遠動工作站，充分保證當地運行監視操作和遠動信息遠傳的可靠性。

（2）二次設備屏柜統一采用2 260×800×600 mm，安裝采用螺栓連接，方便施工和安裝。

（3）主控及繼電器室預留遠景屏柜等電氣設備的位置，預設埋件及留孔；計算機監控屏上對預留的遠景裝置進行結構預留。

（4）取消微機“五防”工作站及電氣硬接點閉鎖回路，減少控制電纜的長度，減少電能損耗。

（5）對變電站內直流系統用蓄電池組、系統通信用蓄電池組、UPS用蓄電池組進行整合、歸并，減少設計配置，保證運行、維護的經濟性。

（6）站用直流系統和系統通信直流系統整合配置。

（7）綜合自動化系統的集成設計。

（8）防火災設計嚴格執行防火規范，采用封堵加阻燃的綜合措施。

3 變電站全壽命周期設計理念的實現

3.1 將全壽命周期設計理念細化為各專業的目標

變電站設計工作涉及到系統一次、系統二次、系統通信、變電一次、變電二次、土建及技術經濟等專業。各專業在設計過程中應根據全壽命周期設計理念對其專業設計工作目標進行考慮，從而制定出各專業的可執行的目標。

3.2 按照各專業目標制定各專業工程設計要求

在制定出各專業的可執行目標后，設計單位制定各專業工程的設計要求，指導設計工作達到可執行的目標。

3.3 加強設計團隊全壽命周期理念建設

依據全壽命周期設計理念指導設計工作，構建全壽命周期理念設計團隊。以設計團隊進行設計工作，保證各專業之間的有效溝通，加強各專業的配合，保障全壽命周期目標的實現。

3.4 業主和施工方參與設計工作

設計單位在設計過程中應充分聽取業主和有施工經驗的施工單位的意見，以提高方案的可施工性。

3.5 施工階段，設計單位與施工單位的保持溝通

施工過程實際上是實現全壽命周期設計理念的過程。在施工過程中，設計單位要與施工單位有效溝通，保證施工單位在施工中實現全壽命周期設計理念。

4 結束語

全壽命周期管理是一種先進的管理理念，是今后變電站建設的發展方向。將全壽命周期管理措施引入工程設計環節，符合可持續發展的科學發展觀。設計單位應提高認識、轉變觀念、注重長期的費用節省和效益提高。

1 林 輝、陳 巍、張 穎.全壽命周期成本分析在變電站設計建設中的應用研究［J］.中國科技信息，2009（23）