模塊化變電站的建設(shè)與應(yīng)用

王欣

變電站模塊化的技術(shù)發(fā)展過程九十年代末，國內(nèi)一些廠家開始將10kV開關(guān)設(shè)備及二次裝置在工廠里就安裝在預制的箱體內(nèi)，其余設(shè)備，仍按常規(guī)布置。這就是變電站模塊化的第一階段即10kV箱式變電站階段。由于多選用常規(guī)開關(guān)柜，體積較大，導致箱體內(nèi)操作走廊小，維護不便，安全性較低，整體運輸和吊裝不便，而且外層鋼板選用金屬材料，使箱體的保溫、隔熱、防潮不夠。

2000年后，35kV、10kV的開關(guān)設(shè)備開始分別在工廠安裝在預制箱體內(nèi)，實現(xiàn)了變電站模塊化的第二階段即35kV變電站的兩側(cè)箱式階段，實現(xiàn)了局部模塊化，箱體內(nèi)仍選用常規(guī)開關(guān)柜，體積大、運輸和吊裝不便、操作走廊小、維護不便等問題仍然存在。

2006年開始提出全封閉、全絕緣的模塊化變電站思路。高壓開關(guān)選用封閉式組合電器，進出線用拔插式電纜接頭連接，中壓設(shè)備及二次設(shè)備都在預裝式箱體內(nèi)，在工廠內(nèi)完成設(shè)計、制造、安裝和內(nèi)部電氣接線，出廠前整組調(diào)試合格后再通過現(xiàn)場整體調(diào)試即可完成變電站的建設(shè)，這樣形成了變電站模塊化的第二階段即66～110kV模塊化變電站階段。

2011年實現(xiàn)了35kV變電站除主變壓器放置戶外，其它所有設(shè)備箱式化，并且各模塊在設(shè)計中可以進行整合。各模塊分別在工廠內(nèi)預制、調(diào)試完成，現(xiàn)場安裝時只需將一二次電纜簡單連接即可完成變電站建設(shè)，這樣實現(xiàn)變電站模塊化的第四階段即35kV箱式模塊化變電站。

模塊化變電站總體概述

模塊化變電站提出了一種變電站建設(shè)的新模式，它可將變電站劃分為高壓開關(guān)、主變壓器、中壓開關(guān)、綜合自動化、中壓配套設(shè)備五個主要功能模塊。

高壓開關(guān)功能模塊為進出線采用拔插式電纜接頭連接的氣體絕緣封閉式組合電器；主變壓器模塊的變壓器高壓進線采用拔插式電纜接頭結(jié)構(gòu)，中壓出線采用多股電纜或全絕緣封閉母線橋架方式；中壓開關(guān)模塊內(nèi)采用一體化預裝式開關(guān)室或戶外絕緣全封閉組合電器；綜合自動化模塊采用一體化預裝式控制室；中壓配套裝置模塊包括無功補償裝置、接地變壓器、消弧線圈等配套設(shè)備。中壓開關(guān)柜、綜合自動化、中壓配套設(shè)備等模塊中的主要設(shè)備均安裝在非金屬箱體。

以上各功能模塊在工廠中預制并調(diào)試完成，現(xiàn)場安裝時只需將高壓開關(guān)、主變壓器、中壓開關(guān)及中壓配套設(shè)備等模塊采用一次電纜進行連接，綜合自動化模塊與其它模塊采用二次電纜及通訊線路進行連接，最后進行整體調(diào)試即可完成變電站的建設(shè)。

模塊化變電站的技術(shù)特點

高壓開關(guān)模塊。110kV及以上電壓等的各種封閉式組合電器可以作為高壓進出線模塊的基礎(chǔ)，此類設(shè)備集成化程度高，可配置電壓互感器、電流互感器、避雷器等多種設(shè)備。如果進出線采用工廠預制的整體式電纜套管及可插拔式電纜插接頭將更能體現(xiàn)模塊化的特點，可更方便于安裝及運行中的維護。

變壓器模塊。主變壓器仍采用戶外常規(guī)布置，為了減少現(xiàn)場接線工作量，變壓器模塊需要對變壓器的進出線端子進行改進，一次側(cè)采用可拔插的電纜附件或油氣套管與進線模塊相連，二次側(cè)可以考慮電纜或架空兩種出線方式，但需采取絕緣封閉措施。

中壓開關(guān)模塊。35kV及10kV進出線模塊有兩種模式：拼裝式和戶外箱式。拼裝式最初是采用常規(guī)的手車式或固定式戶內(nèi)開關(guān)柜，由于常規(guī)開關(guān)柜體積大而造成整體模塊的體積龐大，運輸、吊裝困難，箱體內(nèi)的維護通道也比較狹窄，廠家和用戶都感到不便；近幾年來，進出線模塊開始采用以永磁機構(gòu)真空開關(guān)為基礎(chǔ)的緊湊型開關(guān)柜或氣體絕緣封閉式開關(guān)柜，由于體積小、重量輕、維護少、吊裝和運輸方便等優(yōu)點，提高了這種模式的可行性，已應(yīng)用于35kV及110kV變電站。這種模式將以上類型的開關(guān)柜拼裝到一個預制的箱體內(nèi)，箱體采用覆鋁鋅板等雙層金屬材料或金邦板等非金屬材料，中間填充隔熱材料，同時箱體內(nèi)設(shè)計合理的通風系統(tǒng)，并且安裝空調(diào)設(shè)備，使箱體具有防潮、隔熱、防凝露等性能。另一種模式是戶外共箱式，將開關(guān)設(shè)備裝在充氣箱體內(nèi)，電纜接頭作為進出線連接，并兼隔離斷口功能，外邊再加防護殼體。這種模式相當于使用35kV戶外型封閉式組合電器或10kV戶外環(huán)網(wǎng)柜。這些設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，維護少，布局簡捷，使變電站的建設(shè)和運行更加簡化，工廠化特點更加突出，其實現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵點主要有兩個，一是開關(guān)設(shè)備的免維護，二是大電流參數(shù)的電纜接頭。由于35kV電壓等級較少有戶外型封閉式組合電器產(chǎn)品，模塊化變電站的中壓進出線模塊主要采用的仍是拼裝式。

變電站的技術(shù)經(jīng)濟比較

綜合自動化模塊。綜合自動化模塊主要包括變電站綜合自動化系統(tǒng)、交直流電源設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備、圖像監(jiān)控設(shè)備、故障錄波設(shè)備及微機五防設(shè)備等。其中35kV及10kV保護設(shè)備在一體化預裝式開關(guān)室中分散安裝，其余部分放置在一體化預裝式控制室內(nèi)。

中壓配套裝置模塊。無功補償和消弧線圈可以敞開式布置加頂罩，也可采用戶內(nèi)成套設(shè)備安裝在箱體內(nèi)，小容量變電站也可與出線模塊合并為一個模；接地變壓器、站用變均采用干式電氣設(shè)備放置于箱體內(nèi)。

其余輔助設(shè)備。輔助設(shè)備中包括變電站消防系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。

模塊化變電站與35kV常規(guī)變電站的技術(shù)經(jīng)濟比較

主變壓器：變電站最終建設(shè)2臺三相雙繞組自冷式全密封有載調(diào)壓變壓器，容量為5000kVA，電壓等級為35/10.5kV。

35kV側(cè)：主變壓器進線2回，采用單母分段線接線，進出線4回，本期1回，配電裝置按31.5kA短路電流水平設(shè)計。

310kV側(cè)：主變壓器進線2回，采用單母分段線接線，出線8回，本期4回，配電裝置按25kA短路電流水平設(shè)計。

無功補償：配置1組600+600=1200kvar無功補償并聯(lián)電容器組。

從以上比較數(shù)據(jù)可知，模塊化變電站整體投資與常規(guī)戶內(nèi)站相當，略高于全戶外建站方式。由于采用了小型化開關(guān)柜（充氣柜及永磁操動機構(gòu)）設(shè)備費高于常規(guī)建站方式，但在土建筑工程費（地基、圍墻、場平、電纜溝道等）、安裝工程費（電氣一、二次設(shè)備安裝、接地等）及其它費用（征地、人工、管理費等）節(jié)省了大量費用，由此可見，采用模塊化變電站不僅可提高設(shè)備的整體運行性能，而且能大量的節(jié)省占地面積，簡化了建設(shè)步驟，減少了現(xiàn)場施工量，縮短了施工周期，為工程盡早送電，創(chuàng)造了必要條件。

模塊化變電站的應(yīng)用及發(fā)展方向

模塊化變電站的采用改變了傳統(tǒng)變電站的建站模式，使變電站的建設(shè)具備了科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染小、過程精細化等特點。隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，根據(jù)模塊化變電站的自身特點，它將會更多的應(yīng)用在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)（由其是改造項目中）及城網(wǎng)終端站上；對相對負荷較少、地勢復雜，對設(shè)備絕緣要求較高的特殊環(huán)境及高原地區(qū)也有非常巨大的應(yīng)用空間。另外，模塊化變電站的發(fā)展需要進一步提高其設(shè)備的技術(shù)含量，降低設(shè)備成本和運行成本，才能滿足競爭激烈及發(fā)展迅速的電力市場需求。