預制艙式二次組合設備設計方案

龐亞云 董 琪

（1.寧夏電力設計院，寧夏 銀川750001；2.國網寧夏電力公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750002；3.華北電力大學電氣工程學院，中國 北京 102206）

0 引言

2012年，國內開始新一代智能變電站的研究工作，提出了概念設計方案。[1-2]方案以“系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保、支撐調控一體”為目標，結合目前及遠期設備發展方向，以“一體化設計、工廠化制造、模塊化安裝”為建設思路，在遵循設備集成、網絡優化、功能整合、組柜布置優化的原則下，提出了應符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業化應用要求的二次設備模塊化設計方案，實現全站二次系統模塊化配送。

1 智能變電站二次設備配置存在的問題

國內智能變電站站控層、間隔層設備集中布置在二次設備室，二次小室按電壓等級分散布置，存在以下問題：[3-5]

（1）占地面積大、小室建筑投資較高；

（2）屏柜需現場安裝調試，現場施工量大、施工周期長、建設質量難以掌控、二次設備接線工作量大；

（3）二次設備組柜方案沒有統一、各站組柜方案不一，運維較為復雜。

2 新一代智能站預制艙式二次組合設備優化設計方案

國內試點的220kV/110kV新一代智能變電站均采用預制艙式二次組合設備，取代了站內傳統的主控室及繼電保護小室（甚至開關柜小室）。220kV、110kV均采用監控系統、單間隔保護、多間隔保護、電源系統等設備安裝于預制艙內。艙體按電壓等級分散設置。預制艙內設置統一的光纜集中轉接柜，用于轉接與外部配合的光纜，艙內轉接柜到各屏柜間的連接由設備廠商在工廠內集成，現場通過定制的接插件完成光纜的對接，無需現場光纜熔接工作。

預制艙式組合設備在現有二次設備配置方案基礎上進行了以下優化設計。

2.1 裝置結構優化

常規保護、測控裝置均采用背板接線，操作顯示面板前置，屏柜前后開門方式。為了提高屏柜空間使用率，減少占地面積，可采用“筆記本式”前接線裝置，取消屏柜后開門，操作及維護均在裝置前進行。

該裝置在保持現有硬件結構基本不變的情況下，保留操作顯示面板，面板和裝置插箱一體，顯示面板的一側和插箱面板通過鉸鏈相連。正常工作時，顯示屏遮擋住插箱內部的端子接線、連接器、板卡等；操作顯示屏時，只需要打開屏柜門；如果要檢修端子接線、連接器、板卡等，則需要打開屏柜門后，將面板向上旋轉，露出插箱內部的端子接線、連接器、板卡，然后進行操作。

通過對現有二次裝置進行前板接線改造，形成“筆記本式”前接線裝置，設備接口布置在裝置前面，取消屏柜背開門，節省屏柜布置空間，可將柜體尺寸(高×寬×深)優化為 2260mm×600mm×600mm，屏柜布置數量較多。為二次設備艙屏柜雙列布置創造條件。

2.2 屏柜結構優化

在智能變電站中，隨著一體化裝置的應用、設備功能的整合、組柜方案的優化，二次屏柜與常規變電站相比具有以下優勢：

（1）端子排數量大量減少

二次設備之間信息傳輸網絡化，使得保護測控柜端子排數量大為減少，僅需保留裝置、交換機等裝置本身故障接線端子、對時端子即可。

（2）壓板數量大量較少

智能站信息采用軟報文形式傳送，取消了出口壓板及功能壓板，故壓板數量大為減少。

（3）功能元器件大量減少

二次設備之間信息傳輸網絡化，省去了裝置內部諸多功能插件，使得機箱布置緊湊，體積大為減少，而且，由于軟壓板代替傳統的硬壓板，這些都使得智能變電站的二次設備在結構上更為精簡。同時取消了二次設備屏柜上的操作把手、按鈕及模擬面板等，運行維護變得更加簡潔。

（4）低功耗電子元器件的應用

保護、測控裝置采用低功耗的電子元器件后，單裝置的功耗小于50W，經計算保護測控柜內裝置的發熱溫升不會影響裝置的正常運行。另外，智能變電站保護測控裝置組柜安裝在二次設備室，設備的運行環境良好。

基于上述優勢，二次屏柜內的空間利用率大幅度提高，裝置按間隔組柜，屏柜尺寸可選擇2260mm×600mm×600mm，比常規柜體尺寸縮小了25%，在此基礎上還可以采用前接線裝置，優化屏柜結構。采用前開門結構，屏柜靠墻布置，從而顯著降低了變電站二次設備室建筑面積。

2.3 預制艙內二次設備布置優化

考慮到裝置優化設計后采用前接線裝置，屏柜采用前開門結構，屏柜正面朝向艙內，背面靠艙體布置，不設后門，屏柜布置可采用雙列布置形式，節省屏后空間、增大艙內空間利用率，結合屏柜尺寸優化、布置優化及現有運輸條件，預制艙艙體尺寸按（長×寬×高）：Ⅰ型6200mm×2500mm×3133mm； Ⅱ型 9200mm×2500mm×3133mm； Ⅲ型12200mm×2500mm×3133mm三種尺寸設計。與變電站二次設備室相比，建筑面積顯著降低。

3 效果評價

本文以某330kV/110kV/35kV變電站為例，采用預制艙式二次組合設備后的主要計算經濟指標如下：該站終期規模主變4×1500MVA；330kV系統采用雙母線雙分段接線，進出線遠期8回；110kV系統采用雙母線雙分段接線，進出線遠期22回；35kV系統采用單母線單元接線。采用預制艙式二次組合設備，設置330kV預制艙2個，110kV及主變預制艙1個，通過裝置結構、屏柜結構、二次設備集成及組柜的優化，330kV預制艙按Ⅰ型設計，110kV及主變預制艙按Ⅲ型設計，與常規布置方案相比，330kV預制艙屏柜數量為28面，較常規方案減少36.4%，優化后的330kV二次設備建筑面積減少34.48m2，較常規方案減少69.5%；主變及110kV預制艙屏柜數量為34面，較常規方案減少29.2%，優化后的110kV及主變二次設備建筑面積減少70m2，較常規方案減少70.7%。

4 結論

（1）新一代智能變電站采用預制艙式二次組合設備，由廠家集成安裝，有利于二次設備功能的整合，為設備的進一步集成優化提供條件。

（2）優化設計方案對現有裝置硬件結構改動量小，易實現；且屏位靠墻布置、布置數量多，大大減少了站內建筑面積，降低了工程投資。

（3）預制艙式組合設備已在試點站成功投運，效果良好，在后續建設工程中具有極大的推廣應用價值。

［1］宋璇坤,李敬如,肖智宏,等.新一代智能變電站整體設計方案[J].電力建設,2012,33(11):1-6.

［2］史京楠,胡君輝,等.新一代智能變電站平面布置優化設計[J].電力建設,2014,35(4):31-37.

［3］國家電網公司.國家電網公司2014年第一次輸變電工程設計競賽創新和亮點[R].北京:國家電網公司,2014.

［4］國家電網公司.新一代智能變電站示范工程成果總結[R].北京:國家電網公司,2014.

［5］國家電網公司.智能變電站試點工程評價報告[R].北京:國家電網公司,2011.