預制艙式二次設備在智能變電站中的應用

楊雪婷

（佛山電力設計院有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

根據南方電網公司智能電網建設的規劃，新建變電站將不再采用傳統的綜合自動化模式進行建設，智能化變電站將成為未來南方電網公司智能電網建設規劃工作中的主要方向。預制艙式二次設備在設備廠家采用標準化模塊化生產，僅在現場進行組裝工作，能夠有效縮短變電站的建設周期。隨著變電站建設要求的提高，為提升工程質量、加快工程建設速度，引入預制艙式二次設備成為電網公司建設智能化變電站項目中的重點舉措。

1 智能變電站二次設備建設的實際情況

現場施工量大，施工周期相對比較長。二次設備需要等到土建施工完成之后，才可以開展現場的安裝調試工作，整個施工周期相對比較長，對工程進度的控制提出了比較高的要求[1]。

建設質量把控難度相對較大。在變電站的建設過程中，受天氣、工期限制等因素的影響，土建和電氣施工經常會出現交叉作業，各類施工人員的數量也相對比較多，導致施工質量的控制難度相對比較高。

2 預制艙式二次設備的使用特點

預制艙式將二次設備集中布置在預制艙之內，在設備廠家工廠進行接線調試，安裝完畢之后，整體運送到現場安裝，其主要的特點有4 點。1）便于廠家進行集中式的安裝，可以有效對二次設備的功能進行整合，進一步提升設備的集成度[2]。2）通過合理開展二次設備的接線工作，有效降低現場作業量，促進工程順利完工。3）為實現標準化生產奠定一個良好的基礎，最大程度地保證產品的生產質量。4）由于可以采用設備就地布置的形式，因此能夠有效縮短二次光纜的鋪設長度。

為了滿足變電站實際運行的需要，從變電站設備應用的安全性、通用性和經濟性3 個方面進行控制。保證艙體可以正常運輸，在外形尺寸的設計過程中，應該根據《超限運輸車輛行駛路管理規定》，預制艙的橫向長度應該設計在200 mm的范圍內，長度也不宜超過1 300 mm，通常會采用3 種規格設計標準，見表1。

表1 標準預制艙的規格

2.1 艙體結構

由于艙體設計制造過程中使用的是不銹鋼材料，具有非常強的抗腐蝕能力，因此，通常預制艙式二次設備都能夠在有腐蝕介質的環境中長期使用。此外，由于艙體采用的是金屬六面體結構，因此可以提升艙體抗電磁輻射的能力，保證艙體的防護等級可以達到IP54[3]。艙體很多時候需要在戶外使用，通過在其艙壁夾層中附著保溫層，可以使其防火性能高于V2 級。由于艙內附著保溫材料的厚度超過了45 mm，因此可以讓艙體具有更強的保溫能力。

2.2 做好艙體結構的設計

在進行艙體結構設計的過程中，應該根據艙體實際運行環境中的受風和震動情況進行針對性設計。為了進一步增強艙體結構的剛性，主體結構可以采用雙H 型鋼柱設計形式，梁之間可以采用焊接結構形式。如果采用的是標準雙開門，可以作為設備輸入的通道使用。門的設計寬度應該滿足相關的要求，并具有一定的防火能力，防火等級通常為二級。對于艙體可以不設置窗戶，軸流風機應該直接布置在墻面上，通過在風機外設置防護罩，可以有效防止雨水、灰塵滲入其中。通過對其頂部設置斜頂，讓斜頂與箱頂成15°的夾角，能夠有效預防積水的產生。

對于照明、空調、換氣扇等電氣設施，應該合理布置走線槽、配電盒、開關面板和插座等。此外，對于消防、監控系統還應該預留加裝鋪設電纜的位置。艙體和地網接觸點的接觸面積應該不小于100 mm×80 mm，其接地電阻也不應該大于0.1 Ω，在接地導體的設置中，應該使用不小于30 mm2的銅帶。

3 預制艙式二次設備的布置方案

在預制艙式二次設備的布置過程中，經常會采用2 種布置方式，一種是單列布置，另外一種是雙列布置。預制艙布置示意圖如圖1 所示。

如果采用的是單列布置形式，屏柜應該布置在艙體的中間位置，屏幕應該留有1 000 mm 的維護通道，屏后應該留有750 mm 的通道，為更換插件提供足夠的空間。在40 尺艙體的設計過程中，其屏柜可以設計成17 面的，該技術已經非常成熟，比較適合應用于當前施工中。如果采用的是雙列布置形式，需要采用靠邊布置的形式，并采用旋轉開門結構，中間應該預留150 mm，作為維護通道進行使用。如在40 尺艙體的設計中，將屏柜設計為26 面的，有利于內部結構的調整，方便柜內走線布置，由于走線比較復雜，在試點中應用較多。因此，為了優化預制艙式二次設備的布局，需要做好以下3 個方面的工作。

圖1 預制艙布置示意圖

3.1 機架設計

在機架設計方面，主要是對艙內的屏柜設置和布置的方式進行優化，以及對艙內二次回路的連接方式進行優化，著力推動智能變電站在空間、功能和運維方面的一體化設計。在實際操作中需要緊密結合實際需求，提高機架內安裝設備空間的利用率，做好多間隔設備的集成安裝工作，機架需要從上到下進行安裝，分別做好空開安裝、設備安裝、附件安裝檢修、豎向檢修維護區域與通道的設置。在艙體的一體化布局中，首先，把艙內劃分為3個獨立的區域，分別是溫控區、主設備區、辦公區，每個區域都具有較強的獨立性，相互之間不能干擾，確保設備運行的穩定性，同時為后期檢修和運維提供便利。因此，需要通過分區設計來促進艙內整體性與融合性的提升。其次，切實提高艙頂與側部空間的利用率，對燈具、攝像頭、煙霧探測器進行統一安裝規劃，采用開放式的布線通道，便于后期的運維，并保證艙內的光線路均勻和柔和，為艙內的運維和檢修提供便利，促進艙內工作環境的優化。最后，把艙體內的空調統一在短邊側安裝，做好隔聲設置，預留檢修門，提升預制艙的美觀性。

3.2 集中溫控

在集中溫控方面，為了確保機架頂部空間的利用率得到有效的提升，需要將空調安裝在艙體的短邊側并進行一體化的風道設計。采用的出風量調節方案，能結合機架自身的散熱特性進行溫控量化，更好地提高開放式溫控的效率，使設備的溫控更加均勻、靈活，對有限的資源進行按需分配，在促進通風系統優化的同時，使艙內通風散熱效率得到提升，在散熱能耗降低的同時，達到節能環保的目的。一般而言，空調冷風需要從風道進入機架頂部，每個機架內部的發熱量又不同，需要對機架頂部出風口的大小進行針對性的調節和優化，精準地對每個機架的溫度進行控制，在促進溫控成效提升的同時將其能耗降低。此外，在排布艙內機架時，需要把發熱量較大的機架與空調端接近，有助于機架溫度控制和艙內溫控效果的優化。

3.3 220 kV變電站建設實例分析

該文以佛山某個220 kV 變電的建設為例，在進行施工的過程中，采用的3 臺主變的設計方案，其220 kV 側配置8 回出線，110 kV 側采用了12 回的出線方案，并根據電壓等級進行分區配置。在220 kV 區配置了一個二次組合設備，其集中布置了220 kV 側保護、測控、計量、錄波及直流柜等間隔層設備，總共15 面柜，直接選擇使用40 尺的艙體設計。對于110 kV 的變電區域，配置了1 個預制艙式的二次組合設備，可以對110 kV 側提供更強的保護，這些設備主要具有保護、測控、計量和錄波等功能，總共12 面柜，直接選擇30尺的艙體設計。對于主變區采用了一個預制艙式的二次組合設備，其對主變保護、測控、計量、錄波設備集中進行了布置，共16 面柜，選擇使用40 尺的艙體，如圖2 所示。

光纜和電纜的配置。在二次艙內的配線區域之中，可以通過尾纜和控制電纜的使用，來實現對各種插件的連接，這可以有效實現屏柜內零光配和少量橫排端子。通過艙外各間隔光纜的連接，可以讓智能控制柜直接和多個二次設備相連，進一步簡化了柜內的連接形式，可以直接采用一根光纜就完成艙內的接線。

4 預制艙式二次設備應用的經濟效益

圖2 預制艙布置示意圖

通過對預制艙式二次設備的應用，可以實現對二次設備的標準化安裝，取得了比較明顯的經濟效益。1）在出廠前完成對二次設備的接線工作，這樣更有利于對二次設備的功能進行整合，進一步提升設備的集中度、集成度，有效減少現場的作業量。2）有效改變了聯調模式，通過采用工廠聯調+現場調試的模式，進一步實現了對全站五防邏輯、信號表命名等設備SCD 文件的固化，對于現場的一次設備一次傳動驗證即可。3） 對二次設備采用加工廠加工、現場吊裝的方式，省去了建筑物施工中結構、砌筑、裝飾和電氣安裝等環節，在減少施工量的同時，還進一步降低了對環境的污染。通過對二次設備艙地的優化布置，進一步減少了二次電纜使用的長度，降低了工程造價。在當前預制艙式艙體的拼裝過程中，經常會采用各種環保集成材料，其采用無砌筑施工、油漆粉刷施工工藝，進一步避免了粉塵污染情況的出現，給艙內設備的運行提供了一個更加穩定的環境，進一步延長了設備的實際使用壽命。將現行的串行施工改為并行施工的模式，使設計、施工效率得到了很大程度的提升，大大縮短了工期，二次設備的調試項目得到大大減少，現場施工調試時間可以節省60%左右。

5 結語

隨著電力事業的不斷發展，各種智能變電站越來越多。針對傳統二次設備實際使用過程中出現的問題，應該引起足夠的重視，將先進的預制二次設備應用到智能變電站的建設過程中，在保證變電站建設質量的同時，還能進一步降低施工費用。