基于預制艙的配送式智能變電站設(shè)計講解

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

2、益分析為今后基于預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：預制艙；配送式；智能變電站；即插即用；建設(shè)效率中圖分類號：文獻標志碼：文章編號：（）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)水平促進電網(wǎng)發(fā)展的同時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)濟及社會發(fā)展相適應要節(jié)約用地、保護生態(tài)環(huán)境對變電站建設(shè)工地的環(huán)保措施要求愈來愈嚴格：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)人員不能很快適應無

3、法滿足建設(shè)進度要求：變電站設(shè)備精細化程度不斷提高，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)束才能進行，造成大量時間浪費降低建設(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，一大批基于預制建筑物【、圍墻、電纜溝、防火墻、構(gòu)支架的全預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，實現(xiàn)“標準化設(shè)計、工廠化加工、配送式建設(shè)”的設(shè)計建設(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制艙的概念伴隨著配送式變電站應運而生。文中提出一種基于預制艙的配送式智能變電站建設(shè)方案并詳細闡述了其具體實施方案?；陬A制艙的配送式智能變電站框架總體框架基于預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、智能組件和標準接口構(gòu)成集成二次設(shè)備的預制艙由各種保護、測控裝置及為這些裝置提供保護和標準接口的預制艙構(gòu)成，智能一次設(shè)備和預制艙之間通過預制光纜”、電纜連接?；陬A制艙的配送式智能變

5、電站框架如圖所示。智能一次設(shè)備預制光纜預制光纜圖基于預制艙的配送式智能變電站框架主要特點基于預制艙配送式智能變電站具有如下主要特點：（）大規(guī)模采用預制式二次設(shè)備。預制式二次設(shè)備即將二次設(shè)備集中布置在預制艙內(nèi)由設(shè)備廠家統(tǒng)一集成安裝后，整體運輸?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外配置標準的預制光纜、電纜接口。（）即插即用的光纜、電纜連接方案。通過對變電站各設(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，進而將其接口標準化，分別在智能一次設(shè)備端和預制艙端預制標準接口現(xiàn)場采用預制光纜、電纜連接，實現(xiàn)即

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

7、管理規(guī)定，預制艙橫向尺寸不宜超過長度不宜超過并盡量采用標準集裝箱尺寸。目前主要選擇的尺寸如表所示種。表標準預制艙規(guī)格（）艙體材料。艙體一般采用不銹鋼材料強度高、結(jié)構(gòu)牢、焊接性和水密性好，通過采取超重防護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附著保溫材料（如巖棉等）材料的防火性能應不低于級。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)?？紤]風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艙體整體性。預制艙一端設(shè)標準雙開門，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，預防積水減少箱頂陽光照射。智能變電站預制式二次設(shè)備布置方案根據(jù)標準預制艙尺寸大小，有種布置方式：（）單列布置。屏柜布置于艙體中間屏前預留距離作為操作維護通道屏后距離為檢修更換插件的空間（如圖所示）。以尺預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)柜體中間預留作為操作維護通道（如圖一卜卜圖屏柜單列布置俯視圖所示）。以尺預制艙為例，可布置尺寸為××的屏柜面。圖屏柜雙列布置俯視圖預制艙內(nèi)外接線設(shè)計預制艙外部光電纜接入站內(nèi)光電纜通過電纜溝到達預制艙所在位置進入預制艙主要有種形式：（）從預

9、制艙底部接入。預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)置的開口進入艙室內(nèi)部而后分散到各個屏柜。（）從預制艙側(cè)板接人。預制艙側(cè)板開設(shè)光電纜口。用矩形管框架形式加強，如圖所示。電纜進入后可通過電纜橋架在艙室內(nèi)部走線。圖外部線纜從預制艙側(cè)板接入預制艙內(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柜頂部進入機柜（如圖所示）。底部走線方式是在艙體底部預留屏柜底座安裝槽，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：基于預制艙的配送式智能變電站設(shè)計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采用（如圖所示）。圖上下組合走線方式（）站內(nèi)照明、通風、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：對于“前開門”類型的屏柜，可在機柜底（頂）部固定多芯預制插頭并完成至屏柜內(nèi)部的光電纜連接的預制外部預制電纜經(jīng)由預制艙進入后在屏柜底（頂）部實現(xiàn)與屏柜的快速對接：對于“后開門”類型的屏柜可在機柜背部固定多芯預制插頭，并完成至屏柜內(nèi)部的電纜連接的預制：外部預制光電纜經(jīng)由預制艙進人后在屏柜背

11、部實現(xiàn)與屏柜的快速對接。（）屏柜間光電纜的連接：在屏柜側(cè)門開設(shè)過線孑實現(xiàn)柜間光電纜連接，也可以考慮取消屏間的側(cè)門。預制艙內(nèi)的運行環(huán)境設(shè)計針對預制艙無人值守的運行要求需對艙內(nèi)的照明、消防、安防、逃生、通風及溫濕度控制系統(tǒng)等輔助設(shè)施的布局、實施方案進行設(shè)計，使預制艙內(nèi)部環(huán)境系統(tǒng)具備“自維持”能力。詳細設(shè)計方案如下：（）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)置煙霧報警裝置，自動檢測艙內(nèi)是否存在火災同時設(shè)置人工火災報警按鈕，防止自動火災報警裝置失靈或不及時動作。艙體配備預制式七氟丙烷自動滅火柜，與火

12、災報警設(shè)備相連在發(fā)生火災險情時，可實現(xiàn)自動滅火且對設(shè)備及人員不造成損害。（）安防系統(tǒng)在艙體大門相對側(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)域后臺監(jiān)控室實時監(jiān)測艙內(nèi)情況，且具備視頻保存功能。艙體配備門禁系統(tǒng)由維護門進入艙內(nèi)需經(jīng)過身份確認。（）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)，同時艙內(nèi)有明顯的逃生標識。（）為艙體配備由排風扇和排氣口組成的通風系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備一鍵式開關(guān)當人員進入艙體前可開啟開關(guān)，對艙內(nèi)空氣進行更新并進行自動檢測及報告為維護人員提供適宜人類活動的操作環(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)臺對內(nèi)部溫濕度進行控制。臺空調(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)始終有臺空調(diào)正常運行當臺空調(diào)出現(xiàn)故障時及時切換至另臺空調(diào)運行同時發(fā)出故障警報保障柜內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定基于預制艙的配送式智能變電站應用實例江蘇某智能變電站由預制艙和智能一次設(shè)備組成全站配置了個二次設(shè)備預制艙并在預制艙端和智能一次設(shè)備端加裝了航空插頭、預制光纜組件等標準接口實現(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、可靠、集成、低碳、環(huán)保的新型智能變電站建設(shè)典范。該站投運后運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)計方案及實施效果如下。二次設(shè)備預制艙全站設(shè)置個二次預制艙均為尺標準預制艙，采用單列布置方案每

14、個預制艙布置面屏全站共計面屏均采用尺寸××的屏江蘇電機工程柜。站控層設(shè)備、交直流電源、蓄電池及通信設(shè)備布置于預制艙及主變保護、測控等間隔層設(shè)備布置于預制艙。預制艙內(nèi)外接線該站預制艙內(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)置個光纜槽盒后面設(shè)置個電纜槽盒槽盒規(guī)格為×。艙內(nèi)屏柜間的光電纜分別通過這個槽盒走線由預制艙廠家在工廠內(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：在預制艙的一端設(shè)置光電纜轉(zhuǎn)接屏同時在智能一次設(shè)備和轉(zhuǎn)接屏預制標準接口艙內(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

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)境該站預制艙進行了必要的消防、通風、照明、防雨、防潮、防雷、防腐、防紫外線及防靜電設(shè)計，為艙內(nèi)提供良好的人機環(huán)境。另外還進行了緊急逃生、視頻監(jiān)控及溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計。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)生火災等緊急事故時工作人員方便逃生。預制艙內(nèi)條通道方向各設(shè)置個攝像頭達到對艙內(nèi)情況的全天候監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h方后臺供調(diào)用。預制艙內(nèi)溫濕度傳感器采集預制艙內(nèi)溫度和濕度數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳到后臺主機進行分析處理當艙內(nèi)溫度

16、和濕度數(shù)據(jù)超出設(shè)定的上限和下限時動力環(huán)境主機發(fā)出操作空調(diào)控制器開啟對空調(diào)溫度進行控制使艙內(nèi)溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。技術(shù)經(jīng)濟效益（）二次設(shè)備預制艙提高建設(shè)效率改善設(shè)備建設(shè)環(huán)境。該站二次設(shè)備預制艙吊裝時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)備預制艙通過工廠生產(chǎn)預制，整體運輸，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。由于預制光電纜集成度高節(jié)約了光電的數(shù)量，并且預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行和檢修中即使有損壞也可以直接更換光纜。維護方便。（）基于預制艙的配送式智能變電站建設(shè)模式綜合經(jīng)濟效益顯著。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)計數(shù)據(jù)和資料分別對常規(guī)變電站方案和配送式變電站方案在設(shè)計壽命周期內(nèi)的成本費用進行測算。設(shè)備設(shè)計壽命周期按折現(xiàn)率按計殘值率暫按考慮，常規(guī)變電站方案為萬元基于預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)站方案但標準配送式變電站在確保建設(shè)進度、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，將產(chǎn)生較可觀的相對效益，從項目綜合價值效益角度分析采用標準配送式變電站方案占優(yōu)。結(jié)束語基于預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)備預制艙、預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)備工廠預制化程度及接口的標準化程度實現(xiàn)智能變電站從“建造”模式提升到“制造”模式的目標。該方案可實現(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)計和建設(shè)提供了參考與借鑒。參考文獻：，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，等預制裝配式變電站設(shè)計和建造技術(shù)研究建筑技術(shù)，）：彭鵠，田娟娟，陳燕，等重慶大石新一代智