基于預(yù)制艙的配送式智能變電站設(shè)計(jì)講解

1、年月江蘇電機(jī)工程第卷第期基于預(yù)制艙的配送式智能變電站設(shè)計(jì)孫建龍魯東海（江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇南京；江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京）摘要：針對(duì)目前電網(wǎng)建設(shè)難度加大變電站建設(shè)周期壓縮，生態(tài)環(huán)境對(duì)變電站建設(shè)工地的環(huán)保措施要求愈來愈嚴(yán)及變電站設(shè)備智能化、精細(xì)化程度不斷提高導(dǎo)致現(xiàn)場施工愈加困難等一系列問題提出了一種基于預(yù)制艙的配送式智能變電站建設(shè)模式分析了該模式變電站的特點(diǎn)，闡述了其設(shè)計(jì)方案。根據(jù)智能變電站的特點(diǎn)，將變電站分為智能一次設(shè)備和集成二次設(shè)備的預(yù)制艙，兩者之間通過預(yù)制光纜、電纜連接對(duì)預(yù)制艙結(jié)構(gòu)及艙內(nèi)設(shè)備布置、接線、運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了討論，結(jié)合工程實(shí)例給出了具體實(shí)施方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效

2、益分析為今后基于預(yù)制艙的配送式智能變電站建設(shè)提供了參考與借鑒。關(guān)鍵詞：預(yù)制艙；配送式；智能變電站；即插即用；建設(shè)效率中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文章編號(hào)：（）一一我國變電站建設(shè)模式經(jīng)過幾十年的摸索已經(jīng)形成較為成熟的模式在提高建設(shè)水平促進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展的同時(shí)也暴露出越來越多的問題，如：電網(wǎng)建設(shè)的投資力度和建設(shè)規(guī)模持續(xù)增加電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)難度加大、周期加長作為電網(wǎng)最主要環(huán)節(jié)的變電站其建設(shè)周期不斷壓縮現(xiàn)場施工效率與建設(shè)質(zhì)量的矛盾愈加突出：電網(wǎng)建設(shè)要求與國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)要節(jié)約用地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境對(duì)變電站建設(shè)工地的環(huán)保措施要求愈來愈嚴(yán)格：隨著智能變電站發(fā)展，變電站設(shè)備智能化程度不斷提高現(xiàn)有建設(shè)人員不能很快適應(yīng)無

3、法滿足建設(shè)進(jìn)度要求：變電站設(shè)備精細(xì)化程度不斷提高，接口愈加繁雜，并伴隨大量光纜使用，而光纜較電纜更為容易受損對(duì)現(xiàn)場設(shè)備接線的要求越來越高：現(xiàn)場調(diào)試工作量大，調(diào)試環(huán)境惡劣，且必須等到施工結(jié)束才能進(jìn)行，造成大量時(shí)間浪費(fèi)降低建設(shè)效率等：，引。為解決上述問題，電力行業(yè)的工作者們一直在尋求一種新的變電站建設(shè)模式以替代傳統(tǒng)變電站建設(shè)模式。隨著裝配式變電站的發(fā)展，一大批基于預(yù)制建筑物【、圍墻、電纜溝、防火墻、構(gòu)支架的全預(yù)制裝配式變電站迅速崛起，引在解決以往變電站建設(shè)模式固有缺陷，實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、配送式建設(shè)”的設(shè)計(jì)建設(shè)新方法方面初顯成效。目前裝配式變電站建設(shè)模式方興未艾國家電網(wǎng)公司又提出基于全新

4、技術(shù)架構(gòu)的配送式智能變電站概念預(yù)制艙的概念伴隨著配送式變電站應(yīng)運(yùn)而生。文中提出一種基于預(yù)制艙的配送式智能變電站建設(shè)方案并詳細(xì)闡述了其具體實(shí)施方案?；陬A(yù)制艙的配送式智能變電站框架總體框架基于預(yù)制艙的配送式智能變電站是一種全新概收稿日期：；修回日期：念的智能變電站它將變電站分為兩部分，智能一次設(shè)備和集成二次設(shè)備的預(yù)制艙：智能一次設(shè)備是變電站的身體集成二次設(shè)備的預(yù)制艙是變電站的大腦其中智能一次設(shè)備由一次設(shè)備本體、傳感器、智能組件和標(biāo)準(zhǔn)接口構(gòu)成集成二次設(shè)備的預(yù)制艙由各種保護(hù)、測(cè)控裝置及為這些裝置提供保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)接口的預(yù)制艙構(gòu)成，智能一次設(shè)備和預(yù)制艙之間通過預(yù)制光纜”、電纜連接?；陬A(yù)制艙的配送式智能變

5、電站框架如圖所示。智能一次設(shè)備預(yù)制光纜預(yù)制光纜圖基于預(yù)制艙的配送式智能變電站框架主要特點(diǎn)基于預(yù)制艙配送式智能變電站具有如下主要特點(diǎn)：（）大規(guī)模采用預(yù)制式二次設(shè)備。預(yù)制式二次設(shè)備即將二次設(shè)備集中布置在預(yù)制艙內(nèi)由設(shè)備廠家統(tǒng)一集成安裝后，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場就地布置在配電裝置區(qū)。艙內(nèi)設(shè)備之間的連接與調(diào)試在集成商廠家完成對(duì)外配置標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制光纜、電纜接口。（）即插即用的光纜、電纜連接方案。通過對(duì)變電站各設(shè)備之間信息交互內(nèi)容與模式的充分分析與歸納總結(jié)出典型間隔（如出線、母聯(lián)、主變、母線）的連接光纜、電纜的數(shù)量及規(guī)格，進(jìn)而將其接口標(biāo)準(zhǔn)化，分別在智能一次設(shè)備端和預(yù)制艙端預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)接口現(xiàn)場采用預(yù)制光纜、電纜連接，實(shí)現(xiàn)即

6、插即用。（）現(xiàn)場施工與工廠化預(yù)制同步。變電站現(xiàn)場進(jìn)行土建施工及電氣一次設(shè)備安裝調(diào)試的同時(shí)預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備在集成商廠家同步進(jìn)行接線及調(diào)試無需等到前一步工序結(jié)束再進(jìn)行大幅縮短建設(shè)周期。江蘇電機(jī)工程預(yù)制艙結(jié)構(gòu)及艙內(nèi)設(shè)備布置方案智能變電站預(yù)制艙結(jié)構(gòu)智能變電站預(yù)制艙要實(shí)現(xiàn)設(shè)備廠家統(tǒng)一集成安裝，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，就地布置在配電裝置區(qū)需要分別對(duì)預(yù)制艙的外形尺寸、艙體材料、整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。（）外形尺寸。目前預(yù)制艙尺寸基本參考集裝箱尺寸選擇。電力控制柜標(biāo)高為接人電光纜分布在機(jī)柜頂部或底部。柜頂（底）上（下）方需要橋架及走線的空間標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱內(nèi)部凈高度為，因此需要增加集裝箱的高度。同時(shí)根據(jù)超限運(yùn)輸車輛行駛公路

7、管理規(guī)定，預(yù)制艙橫向尺寸不宜超過長度不宜超過并盡量采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸。目前主要選擇的尺寸如表所示種。表標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙規(guī)格（）艙體材料。艙體一般采用不銹鋼材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)牢、焊接性和水密性好，通過采取超重防護(hù)體系噴漆處理提高抵抗腐蝕能力：封閉的金屬六面體保證了艙體的電磁屏蔽性能。由于艙體置于戶外艙壁夾層應(yīng)附著保溫材料（如巖棉等）材料的防火性能應(yīng)不低于級(jí)。艙內(nèi)壁附保溫材料厚度約為具有很好的隔熱保溫性能。（）整體結(jié)構(gòu)。考慮風(fēng)荷載及抗震要求主體結(jié)構(gòu)采用型鋼柱和型鋼梁梁柱間采用焊接或螺栓連接。艙體底部可加設(shè)水平或縱向工字鋼或槽鋼加強(qiáng)艙體整體性。預(yù)制艙一端設(shè)標(biāo)準(zhǔn)雙開門，作為設(shè)備輸入通道，另一端設(shè)檢修人員出入口

8、即可。頂部增加斜頂，斜頂與箱頂保持。角，預(yù)防積水減少箱頂陽光照射。智能變電站預(yù)制式二次設(shè)備布置方案根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙尺寸大小，有種布置方式：（）單列布置。屏柜布置于艙體中間屏前預(yù)留距離作為操作維護(hù)通道屏后距離為檢修更換插件的空間（如圖所示）。以尺預(yù)制艙為例可布置尺寸為××的屏柜面。（）雙列布置。屏柜雙列靠邊布置采用前接線結(jié)構(gòu)柜體中間預(yù)留作為操作維護(hù)通道（如圖一卜卜圖屏柜單列布置俯視圖所示）。以尺預(yù)制艙為例，可布置尺寸為××的屏柜面。圖屏柜雙列布置俯視圖預(yù)制艙內(nèi)外接線設(shè)計(jì)預(yù)制艙外部光電纜接入站內(nèi)光電纜通過電纜溝到達(dá)預(yù)制艙所在位置進(jìn)入預(yù)制艙主要有種形式：（）從預(yù)

9、制艙底部接入。預(yù)制艙安裝的混凝土基礎(chǔ)與站內(nèi)地面有一定高度差，電纜溝延伸到箱體下方光電纜通過箱體底板上設(shè)置的開口進(jìn)入艙室內(nèi)部而后分散到各個(gè)屏柜。（）從預(yù)制艙側(cè)板接人。預(yù)制艙側(cè)板開設(shè)光電纜口。用矩形管框架形式加強(qiáng)，如圖所示。電纜進(jìn)入后可通過電纜橋架在艙室內(nèi)部走線。圖外部線纜從預(yù)制艙側(cè)板接入預(yù)制艙內(nèi)部光電纜接線（）艙內(nèi)布線一般有上部走線、底部走線、上下組合走線種種方式。上部走線方式是在艙頂設(shè)置根橫梁通過橫梁將電纜橋架吊裝光電纜通過橋架自機(jī)柜頂部進(jìn)入機(jī)柜（如圖所示）。底部走線方式是在艙體底部預(yù)留屏柜底座安裝槽，分兩側(cè)布置。艙體底部采用架空防靜電隔板，架空層內(nèi)鋪設(shè)行線架（如圖所示）。上下組合走線方式是將

10、上述兩種走線方式組合起孫建龍等：基于預(yù)制艙的配送式智能變電站設(shè)計(jì)乜接電籜嶷一端線纜止線僑架圖艙內(nèi)上部走線方式圖艙內(nèi)底部走線方式來的一種走線方式，一般在光電纜較多，單純上（底）部走線不能滿足要求時(shí)采用（如圖所示）。圖上下組合走線方式（）站內(nèi)照明、通風(fēng)、空調(diào)等電源電纜經(jīng)阻燃線槽沿艙壁敷設(shè)。（）屏柜內(nèi)、外光電纜的連接：對(duì)于“前開門”類型的屏柜，可在機(jī)柜底（頂）部固定多芯預(yù)制插頭并完成至屏柜內(nèi)部的光電纜連接的預(yù)制外部預(yù)制電纜經(jīng)由預(yù)制艙進(jìn)入后在屏柜底（頂）部實(shí)現(xiàn)與屏柜的快速對(duì)接：對(duì)于“后開門”類型的屏柜可在機(jī)柜背部固定多芯預(yù)制插頭，并完成至屏柜內(nèi)部的電纜連接的預(yù)制：外部預(yù)制光電纜經(jīng)由預(yù)制艙進(jìn)人后在屏柜背

11、部實(shí)現(xiàn)與屏柜的快速對(duì)接。（）屏柜間光電纜的連接：在屏柜側(cè)門開設(shè)過線孑實(shí)現(xiàn)柜間光電纜連接，也可以考慮取消屏間的側(cè)門。預(yù)制艙內(nèi)的運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)針對(duì)預(yù)制艙無人值守的運(yùn)行要求需對(duì)艙內(nèi)的照明、消防、安防、逃生、通風(fēng)及溫濕度控制系統(tǒng)等輔助設(shè)施的布局、實(shí)施方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，使預(yù)制艙內(nèi)部環(huán)境系統(tǒng)具備“自維持”能力。詳細(xì)設(shè)計(jì)方案如下：（）照明系統(tǒng)分艙外照明與艙內(nèi)照明艙外照明可采用聲控方式控制開關(guān)。艙內(nèi)照明光源安裝在艙體頂部。所有照明均采用冷光源節(jié)能環(huán)保。（）消防系統(tǒng)在艙體頂部設(shè)置煙霧報(bào)警裝置，自動(dòng)檢測(cè)艙內(nèi)是否存在火災(zāi)同時(shí)設(shè)置人工火災(zāi)報(bào)警按鈕，防止自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警裝置失靈或不及時(shí)動(dòng)作。艙體配備預(yù)制式七氟丙烷自動(dòng)滅火柜，與火

12、災(zāi)報(bào)警設(shè)備相連在發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火且對(duì)設(shè)備及人員不造成損害。（）安防系統(tǒng)在艙體大門相對(duì)側(cè)的內(nèi)部上方位置安裝視頻攝像頭保證攝像頭覆蓋艙內(nèi)所有區(qū)域后臺(tái)監(jiān)控室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙內(nèi)情況，且具備視頻保存功能。艙體配備門禁系統(tǒng)由維護(hù)門進(jìn)入艙內(nèi)需經(jīng)過身份確認(rèn)。（）艙門上設(shè)有緊急逃生鎖，以防艙內(nèi)人員被誤鎖在艙內(nèi)，同時(shí)艙內(nèi)有明顯的逃生標(biāo)識(shí)。（）為艙體配備由排風(fēng)扇和排氣口組成的通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備一鍵式開關(guān)當(dāng)人員進(jìn)入艙體前可開啟開關(guān)，對(duì)艙內(nèi)空氣進(jìn)行更新并進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)告為維護(hù)人員提供適宜人類活動(dòng)的操作環(huán)境。（）為使艙體內(nèi)部維持恒溫恒濕，艙內(nèi)配置冷暖空調(diào)臺(tái)對(duì)內(nèi)部溫濕度進(jìn)行控制。臺(tái)空調(diào)形成冗余備份工作狀態(tài)按一定

13、的邏輯程序控制保證艙體內(nèi)始終有臺(tái)空調(diào)正常運(yùn)行當(dāng)臺(tái)空調(diào)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)切換至另臺(tái)空調(diào)運(yùn)行同時(shí)發(fā)出故障警報(bào)保障柜內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定基于預(yù)制艙的配送式智能變電站應(yīng)用實(shí)例江蘇某智能變電站由預(yù)制艙和智能一次設(shè)備組成全站配置了個(gè)二次設(shè)備預(yù)制艙并在預(yù)制艙端和智能一次設(shè)備端加裝了航空插頭、預(yù)制光纜組件等標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)了變電站建設(shè)的工廠化調(diào)試和配送式安裝，成為先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的新型智能變電站建設(shè)典范。該站投運(yùn)后運(yùn)行情況良好由于變電站結(jié)構(gòu)清晰、接口精簡，大大減少了運(yùn)維工作量。該站為戶外氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（謝）變電站，具體設(shè)計(jì)方案及實(shí)施效果如下。二次設(shè)備預(yù)制艙全站設(shè)置個(gè)二次預(yù)制艙均為尺標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙，采用單列布置方案每

14、個(gè)預(yù)制艙布置面屏全站共計(jì)面屏均采用尺寸××的屏江蘇電機(jī)工程柜。站控層設(shè)備、交直流電源、蓄電池及通信設(shè)備布置于預(yù)制艙及主變保護(hù)、測(cè)控等間隔層設(shè)備布置于預(yù)制艙。預(yù)制艙內(nèi)外接線該站預(yù)制艙內(nèi)外接線均采用底部走線方式結(jié)合艙內(nèi)屏柜單列布置方案在屏柜底部前面設(shè)置個(gè)光纜槽盒后面設(shè)置個(gè)電纜槽盒槽盒規(guī)格為×。艙內(nèi)屏柜間的光電纜分別通過這個(gè)槽盒走線由預(yù)制艙廠家在工廠內(nèi)完成接線及調(diào)試：艙內(nèi)設(shè)備與艙外智能一次設(shè)備間的光電纜則分成兩部：在預(yù)制艙的一端設(shè)置光電纜轉(zhuǎn)接屏同時(shí)在智能一次設(shè)備和轉(zhuǎn)接屏預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)接口艙內(nèi)與艙外需連接的光電纜先接至轉(zhuǎn)接屏（第一部分視為艙內(nèi)接線并在工廠完成），再由轉(zhuǎn)接屏通過預(yù)

15、制光纜、電纜連至智能一次設(shè)備（第二部分，現(xiàn)場插接即插即用）。預(yù)制艙與艙外電纜溝通過電纜隧道連通。艙內(nèi)環(huán)境該站預(yù)制艙進(jìn)行了必要的消防、通風(fēng)、照明、防雨、防潮、防雷、防腐、防紫外線及防靜電設(shè)計(jì)，為艙內(nèi)提供良好的人機(jī)環(huán)境。另外還進(jìn)行了緊急逃生、視頻監(jiān)控及溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。艙體內(nèi)出口方向設(shè)自帶蓄電池的疏散及安全通道指示標(biāo)志：在艙體長度方向兩端按照消防要求設(shè)置安全門內(nèi)部可無障礙開啟以防艙內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等緊急事故時(shí)工作人員方便逃生。預(yù)制艙內(nèi)條通道方向各設(shè)置個(gè)攝像頭達(dá)到對(duì)艙內(nèi)情況的全天候監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方后臺(tái)供調(diào)用。預(yù)制艙內(nèi)溫濕度傳感器采集預(yù)制艙內(nèi)溫度和濕度數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)主機(jī)進(jìn)行分析處理當(dāng)艙內(nèi)溫度

16、和濕度數(shù)據(jù)超出設(shè)定的上限和下限時(shí)動(dòng)力環(huán)境主機(jī)發(fā)出操作空調(diào)控制器開啟對(duì)空調(diào)溫度進(jìn)行控制使艙內(nèi)溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益（）二次設(shè)備預(yù)制艙提高建設(shè)效率改善設(shè)備建設(shè)環(huán)境。該站二次設(shè)備預(yù)制艙吊裝時(shí)間為普通變電站控制室內(nèi)設(shè)備安裝受不同設(shè)備廠家供貨時(shí)間限制。即使在設(shè)備齊全的情況下普通變電站控制室設(shè)備安裝通常也需節(jié)約工期。二次設(shè)備預(yù)制艙通過工廠生產(chǎn)預(yù)制，整體運(yùn)輸，現(xiàn)場吊裝，避免了常規(guī)變電站電土交叉作業(yè)帶來的二次污染。（）即插即用技術(shù)縮短建設(shè)周期，提升建設(shè)質(zhì)量。預(yù)制式光電纜工廠化加工在施工中直接放置。即插即用。免除了現(xiàn)場熔接、接線，節(jié)省了施工時(shí)間，大大縮短了配送式變電站的建設(shè)周期。普通變電站光電纜敷設(shè)

17、和接線需要現(xiàn)在縮短至。節(jié)約工期。由于預(yù)制光電纜集成度高節(jié)約了光電的數(shù)量，并且預(yù)制光纜光纖平均損耗較小比現(xiàn)場制作可靠性高在日后的運(yùn)行和檢修中即使有損壞也可以直接更換光纜。維護(hù)方便。（）基于預(yù)制艙的配送式智能變電站建設(shè)模式綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。根據(jù)國家電網(wǎng)公司管理要求。結(jié)合江蘇省電力公司以往工程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和資料分別對(duì)常規(guī)變電站方案和配送式變電站方案在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)的成本費(fèi)用進(jìn)行測(cè)算。設(shè)備設(shè)計(jì)壽命周期按折現(xiàn)率按計(jì)殘值率暫按考慮，常規(guī)變電站方案為萬元基于預(yù)制艙的配送式變電站方案為萬元?？梢姟Ｔ撜救珘勖芷诔杀緝裟曛担ǎ┹^常規(guī)站方案減少約萬元。雖然就目前預(yù)制式構(gòu)件尚未形成大規(guī)模工程化建設(shè)規(guī)模的前提下預(yù)制構(gòu)件

18、成本較高初期成本分析結(jié)果高于常規(guī)站方案但標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站在確保建設(shè)進(jìn)度、大幅減縮建設(shè)周期、節(jié)約施工成本方面的效果則非常顯著減少建設(shè)周期幅度高達(dá)，將產(chǎn)生較可觀的相對(duì)效益，從項(xiàng)目綜合價(jià)值效益角度分析采用標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站方案占優(yōu)。結(jié)束語基于預(yù)制艙的配送式智能變電站總體來講是依托裝配式變電站的物理技術(shù)構(gòu)架，融入二次設(shè)備預(yù)制艙、預(yù)制光電纜及智能一次設(shè)備的綜合體通過提高變電站設(shè)備工廠預(yù)制化程度及接口的標(biāo)準(zhǔn)化程度實(shí)現(xiàn)智能變電站從“建造”模式提升到“制造”模式的目標(biāo)。該方案可實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)效率的提升和建設(shè)質(zhì)量的提高，為今后變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了參考與借鑒。參考文獻(xiàn)：，仃“咖”詛，（）：一柳國良張新育胡兆明變電站模塊化建設(shè)研究綜述電網(wǎng)技術(shù)，（）：何紅艷變電站建設(shè)綜合開發(fā)研究建筑電氣，（）：瞪寸，仃】，（）：朱文博張蕓全預(yù)制裝配式變電站考察情況簡述能源與節(jié)能，（）：一肖向東，司為國，戴陽，等預(yù)制裝配式變電站設(shè)計(jì)和建造技術(shù)研究建筑技術(shù)，）：彭鵠，田娟娟，陳燕，等重慶大石新一代智