全壽命周期管理理念在變電站設(shè)計中的應用

黃少雄

（茂名市粵能電力股份有限公司，廣東 茂名 525000）

1 變電站全壽命周期設(shè)計

1.1 變電站設(shè)計的安全可靠性

變電站對電網(wǎng)的正常運行影響非常重要，它的可靠性和安全性是設(shè)計時應該考慮的首要問題。

（1）主接線應重點考慮可靠、靈活、節(jié)約和便于擴建的要求。

（2）嚴格執(zhí)行有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，重點考慮大風、覆冰、高溫、低溫、安裝、檢修、短路、地震等各種情況下建筑物基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、連接的受力性能。

（3）接地設(shè)計應保證變電站內(nèi)發(fā)生接地故障時人身安全不受威脅；事故照明應滿足全站停電時人員的行動安全的要求。

（4）計算機監(jiān)控采用分層分布結(jié)構(gòu)，充分保證當?shù)乇O(jiān)視操作和遠傳可靠性。

1.2 運行維護檢修設(shè)置

設(shè)計階段應考慮運行時維護檢修所面臨的各種問題，設(shè)計方案要使變電站運行時易于維護檢修，以保證運行的可靠性。

（1）總平面布置應充分考慮運行維護的需求，配電裝置四周設(shè)置環(huán)形道路，內(nèi)部設(shè)置檢修道路和巡視小道，保證車輛、機械設(shè)備、人員在運行檢修時，可以在電氣設(shè)備附近進行操作。

（2）高壓配電裝置的設(shè)計考慮必要的運行維護要求，在滿足電氣設(shè)備正常運行的前提下，設(shè)備彼此間距的設(shè)定要滿足單臺設(shè)備檢修和就地試驗，以及與其他設(shè)備的距離要求。

（3）部分設(shè)備附近設(shè)置操作平臺，方便運行維護人員登高操作。

（4）盡可能選擇成熟定型的電氣設(shè)備產(chǎn)品，減少維護工作量。

1.3 滿足施工設(shè)計

變電站項目的可施工性設(shè)計盡可能使用預制構(gòu)件，以滿足“建筑工業(yè)化”的要求，同時還要考慮材料、設(shè)備的可供性和施工的便捷性。

（1）設(shè)計時分析所需物資的可供性，對當?shù)氐慕ㄖ牧?、土源、水源、運距等進行調(diào)查，提高設(shè)計對自然環(huán)境的適應性。

（2）采用通用的典型設(shè)計方案，執(zhí)行兩型一化變電站設(shè)計要求。將專業(yè)內(nèi)容和專業(yè)協(xié)作要求最大程度的標準化。

（3）主變壓器消防采用安全可靠且施工周期短的方式。（4）變電站通風采用分體空調(diào)，安裝簡便，施工周期短，安裝成本低。

1.4 擴建的可能性設(shè)計

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，地區(qū)的用電量必將增加，必須考慮到變電站建設(shè)規(guī)模的擴展。

（1）進行所區(qū)規(guī)劃和總平面布置時，預留遠景擴建的場地，不堵死擴建的可能。配電裝置皆留出備用間隔，各電壓等級的配電裝置均留出擴建端，以備將來進行超規(guī)模破圍墻擴建。

（2）建筑物預留遠景屏柜等電氣設(shè)備的房間，預設(shè)留孔埋件。

（3）設(shè)備導體參數(shù)選擇時考慮擴建裕速度，同時不明顯增加額外的成本。

（4）由于變電站的接地網(wǎng)很難更換，在一期工程設(shè)計時嚴格按照遠景系統(tǒng)最大短路電流進行接地體截面選擇計算，以保證在遠景年也能滿足設(shè)計要求。

2 全壽命周期設(shè)計的一些措施

根據(jù)全壽命周期成本最優(yōu)化設(shè)計理念：

Lcc＝C1＋C0＋CM＋CF

式中：Lcc：全壽命周期成本；

C1：投入成本；

C0：運行成本；

CM：維護成本；

CF：停運成本，亦稱懲罰成本。通過各項成本的協(xié)調(diào)，以達到Lcc最小的目標。

2.1 電氣主接線

擴建間隔或母線時，要特別注意選擇合適的擴建時間，避免停電或減少停電時間；節(jié)約征地及設(shè)備投資，滿足節(jié)約性要求。

具體事項如：主接線形式的可靠性計算與L 最低主接線的選用，擴建時的停運成本與先期投入的利息的協(xié)調(diào)，站用變與接地變的合并設(shè)置等。

2.2 主要電氣設(shè)備選型

在設(shè)備參數(shù)滿足項目需要的前提下應用通用設(shè)計成果，如：

2.2.1 根據(jù)項目特點合理選用主變壓器的冷卻形式

（1）強迫油循環(huán)風冷，其噪音較大，冷卻系統(tǒng)能耗較大。（2）自然油循環(huán)自冷，設(shè)備投資高，占地面積大。

（3）自然油循環(huán)風冷。目前該形式產(chǎn)品技術(shù)成熟，噪音及冷卻系統(tǒng)能耗、設(shè)備投資、占地面積指標適中，符合設(shè)備可靠性、安全性、節(jié)約性以及全壽命周期成本最優(yōu)化設(shè)計理念。

2.2.2 隔離開關(guān)地刀操動機構(gòu)的選用

充分考慮項目的發(fā)展趨勢，戶外隔離開關(guān)的地刀可考慮選配電動（可手動）機構(gòu)，其較好的可擴展性為將來實現(xiàn)完全的遠方操作創(chuàng)造條件。

2.3 電氣布置

電氣布置上主要考慮以下幾方面：

（1）總布置綜合考慮節(jié)約線路投資與變電站安全可靠運行的需要。在實際輸變電工程中，各電壓等級出線往往相互交織。設(shè)計時以最終出線相互交叉次數(shù)為依據(jù)，采用正反出線相結(jié)合等方式，保證高電壓等級的線路出線基本順暢，同時避免線路穿越集中開發(fā)區(qū)或規(guī)劃區(qū)。

（2）配電裝置型式的合理采用。根據(jù)全壽命周期成本最優(yōu)化理念，結(jié)合當?shù)氐匦蔚孛蔡攸c，合理選用配電裝置型式。下面以某基地110 kV支持管母線半高型為例說明這一情況，該方案布置緊湊合理，在國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計評審中被審定為III－2類特色模塊。

該方案突出的優(yōu)點是：①占地面積小，節(jié)約資源。配電裝置為雙母線，采用雙柱水平開起式隔離開關(guān)，其中2組母線隔離開關(guān)布置于7 m層；斷路器、電流互感器布置于母線下方0 m層，其間隔寬度為8 m，縱向尺寸為19.5 m，出線構(gòu)架每兩個間隔一跨。該配電裝置特點是占地少、構(gòu)架簡單、布置整齊、投資較小，但由于母線隔離開關(guān)位于7 m層，維修此隔離開關(guān)時，不如隔離開關(guān)布置于0 m層方便；②可靠性與安全性：廣東地區(qū)十余年數(shù)十個220 kV變電站的運行經(jīng)驗表明，該方案與常規(guī)110 kV中型配電裝置比較，具有同等的可靠性和安全性；③可施工性：與常規(guī)110 kV中型配電裝置比較，7 m層隔離開關(guān)的吊裝需采取更多的保護措施，但不影響設(shè)備安裝；④可擴展性：與常規(guī) 110 kV中型配電裝置相當；⑤節(jié)約性：與常規(guī)110 kV中型配電裝置比較，可顯著節(jié)約土地資源，實際設(shè)計中可將出線構(gòu)架按每兩個間隔一跨設(shè)置，進一步節(jié)約混凝土及鋼材耗量。

2.4 電氣二次

電氣二次設(shè)計主要考慮以下問題：

（1）變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布結(jié)構(gòu)，雙重化網(wǎng)絡(luò)，站控層配置主機兼操作員工作站、兩組遠動工作站，充分保證當?shù)剡\行監(jiān)視操作和遠動信息遠傳的可靠性。

（2）二次設(shè)備屏柜統(tǒng)一采用2 260×800×600 mm，安裝采用螺栓連接，方便施工和安裝。

（3）主控及繼電器室預留遠景屏柜等電氣設(shè)備的位置，預設(shè)埋件及留孔；計算機監(jiān)控屏上對預留的遠景裝置進行結(jié)構(gòu)預留。

（4）取消微機“五防”工作站及電氣硬接點閉鎖回路，減少控制電纜的長度，減少電能損耗。

（5）對變電站內(nèi)直流系統(tǒng)用蓄電池組、系統(tǒng)通信用蓄電池組、UPS用蓄電池組進行整合、歸并，減少設(shè)計配置，保證運行、維護的經(jīng)濟性。

（6）站用直流系統(tǒng)和系統(tǒng)通信直流系統(tǒng)整合配置。

（7）綜合自動化系統(tǒng)的集成設(shè)計。

（8）防火災設(shè)計嚴格執(zhí)行防火規(guī)范，采用封堵加阻燃的綜合措施。

3 變電站全壽命周期設(shè)計理念的實現(xiàn)

3.1 將全壽命周期設(shè)計理念細化為各專業(yè)的目標

變電站設(shè)計工作涉及到系統(tǒng)一次、系統(tǒng)二次、系統(tǒng)通信、變電一次、變電二次、土建及技術(shù)經(jīng)濟等專業(yè)。各專業(yè)在設(shè)計過程中應根據(jù)全壽命周期設(shè)計理念對其專業(yè)設(shè)計工作目標進行考慮，從而制定出各專業(yè)的可執(zhí)行的目標。

3.2 按照各專業(yè)目標制定各專業(yè)工程設(shè)計要求

在制定出各專業(yè)的可執(zhí)行目標后，設(shè)計單位制定各專業(yè)工程的設(shè)計要求，指導設(shè)計工作達到可執(zhí)行的目標。

3.3 加強設(shè)計團隊全壽命周期理念建設(shè)

依據(jù)全壽命周期設(shè)計理念指導設(shè)計工作，構(gòu)建全壽命周期理念設(shè)計團隊。以設(shè)計團隊進行設(shè)計工作，保證各專業(yè)之間的有效溝通，加強各專業(yè)的配合，保障全壽命周期目標的實現(xiàn)。

3.4 業(yè)主和施工方參與設(shè)計工作

設(shè)計單位在設(shè)計過程中應充分聽取業(yè)主和有施工經(jīng)驗的施工單位的意見，以提高方案的可施工性。

3.5 施工階段，設(shè)計單位與施工單位的保持溝通

施工過程實際上是實現(xiàn)全壽命周期設(shè)計理念的過程。在施工過程中，設(shè)計單位要與施工單位有效溝通，保證施工單位在施工中實現(xiàn)全壽命周期設(shè)計理念。

4 結(jié)束語

全壽命周期管理是一種先進的管理理念，是今后變電站建設(shè)的發(fā)展方向。將全壽命周期管理措施引入工程設(shè)計環(huán)節(jié)，符合可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展觀。設(shè)計單位應提高認識、轉(zhuǎn)變觀念、注重長期的費用節(jié)省和效益提高。

1 林 輝、陳 巍、張 穎.全壽命周期成本分析在變電站設(shè)計建設(shè)中的應用研究［J］.中國科技信息，2009（23）