模塊化變電站的建設(shè)與應(yīng)用

王欣

變電站模塊化的技術(shù)發(fā)展過程九十年代末，國內(nèi)一些廠家開始將10kV開關(guān)設(shè)備及二次裝置在工廠里就安裝在預(yù)制的箱體內(nèi)，其余設(shè)備，仍按常規(guī)布置。這就是變電站模塊化的第一階段即10kV箱式變電站階段。由于多選用常規(guī)開關(guān)柜，體積較大，導(dǎo)致箱體內(nèi)操作走廊小，維護(hù)不便，安全性較低，整體運(yùn)輸和吊裝不便，而且外層鋼板選用金屬材料，使箱體的保溫、隔熱、防潮不夠。

2000年后，35kV、10kV的開關(guān)設(shè)備開始分別在工廠安裝在預(yù)制箱體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了變電站模塊化的第二階段即35kV變電站的兩側(cè)箱式階段，實(shí)現(xiàn)了局部模塊化，箱體內(nèi)仍選用常規(guī)開關(guān)柜，體積大、運(yùn)輸和吊裝不便、操作走廊小、維護(hù)不便等問題仍然存在。

2006年開始提出全封閉、全絕緣的模塊化變電站思路。高壓開關(guān)選用封閉式組合電器，進(jìn)出線用拔插式電纜接頭連接，中壓設(shè)備及二次設(shè)備都在預(yù)裝式箱體內(nèi)，在工廠內(nèi)完成設(shè)計(jì)、制造、安裝和內(nèi)部電氣接線，出廠前整組調(diào)試合格后再通過現(xiàn)場整體調(diào)試即可完成變電站的建設(shè)，這樣形成了變電站模塊化的第二階段即66～110kV模塊化變電站階段。

2011年實(shí)現(xiàn)了35kV變電站除主變壓器放置戶外，其它所有設(shè)備箱式化，并且各模塊在設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行整合。各模塊分別在工廠內(nèi)預(yù)制、調(diào)試完成，現(xiàn)場安裝時(shí)只需將一二次電纜簡單連接即可完成變電站建設(shè)，這樣實(shí)現(xiàn)變電站模塊化的第四階段即35kV箱式模塊化變電站。

模塊化變電站總體概述

模塊化變電站提出了一種變電站建設(shè)的新模式，它可將變電站劃分為高壓開關(guān)、主變壓器、中壓開關(guān)、綜合自動(dòng)化、中壓配套設(shè)備五個(gè)主要功能模塊。

高壓開關(guān)功能模塊為進(jìn)出線采用拔插式電纜接頭連接的氣體絕緣封閉式組合電器；主變壓器模塊的變壓器高壓進(jìn)線采用拔插式電纜接頭結(jié)構(gòu)，中壓出線采用多股電纜或全絕緣封閉母線橋架方式；中壓開關(guān)模塊內(nèi)采用一體化預(yù)裝式開關(guān)室或戶外絕緣全封閉組合電器；綜合自動(dòng)化模塊采用一體化預(yù)裝式控制室；中壓配套裝置模塊包括無功補(bǔ)償裝置、接地變壓器、消弧線圈等配套設(shè)備。中壓開關(guān)柜、綜合自動(dòng)化、中壓配套設(shè)備等模塊中的主要設(shè)備均安裝在非金屬箱體。

以上各功能模塊在工廠中預(yù)制并調(diào)試完成，現(xiàn)場安裝時(shí)只需將高壓開關(guān)、主變壓器、中壓開關(guān)及中壓配套設(shè)備等模塊采用一次電纜進(jìn)行連接，綜合自動(dòng)化模塊與其它模塊采用二次電纜及通訊線路進(jìn)行連接，最后進(jìn)行整體調(diào)試即可完成變電站的建設(shè)。

模塊化變電站的技術(shù)特點(diǎn)

高壓開關(guān)模塊。110kV及以上電壓等的各種封閉式組合電器可以作為高壓進(jìn)出線模塊的基礎(chǔ)，此類設(shè)備集成化程度高，可配置電壓互感器、電流互感器、避雷器等多種設(shè)備。如果進(jìn)出線采用工廠預(yù)制的整體式電纜套管及可插拔式電纜插接頭將更能體現(xiàn)模塊化的特點(diǎn)，可更方便于安裝及運(yùn)行中的維護(hù)。

變壓器模塊。主變壓器仍采用戶外常規(guī)布置，為了減少現(xiàn)場接線工作量，變壓器模塊需要對(duì)變壓器的進(jìn)出線端子進(jìn)行改進(jìn)，一次側(cè)采用可拔插的電纜附件或油氣套管與進(jìn)線模塊相連，二次側(cè)可以考慮電纜或架空兩種出線方式，但需采取絕緣封閉措施。

中壓開關(guān)模塊。35kV及10kV進(jìn)出線模塊有兩種模式：拼裝式和戶外箱式。拼裝式最初是采用常規(guī)的手車式或固定式戶內(nèi)開關(guān)柜，由于常規(guī)開關(guān)柜體積大而造成整體模塊的體積龐大，運(yùn)輸、吊裝困難，箱體內(nèi)的維護(hù)通道也比較狹窄，廠家和用戶都感到不便；近幾年來，進(jìn)出線模塊開始采用以永磁機(jī)構(gòu)真空開關(guān)為基礎(chǔ)的緊湊型開關(guān)柜或氣體絕緣封閉式開關(guān)柜，由于體積小、重量輕、維護(hù)少、吊裝和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，提高了這種模式的可行性，已應(yīng)用于35kV及110kV變電站。這種模式將以上類型的開關(guān)柜拼裝到一個(gè)預(yù)制的箱體內(nèi)，箱體采用覆鋁鋅板等雙層金屬材料或金邦板等非金屬材料，中間填充隔熱材料，同時(shí)箱體內(nèi)設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)系統(tǒng)，并且安裝空調(diào)設(shè)備，使箱體具有防潮、隔熱、防凝露等性能。另一種模式是戶外共箱式，將開關(guān)設(shè)備裝在充氣箱體內(nèi)，電纜接頭作為進(jìn)出線連接，并兼隔離斷口功能，外邊再加防護(hù)殼體。這種模式相當(dāng)于使用35kV戶外型封閉式組合電器或10kV戶外環(huán)網(wǎng)柜。這些設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，維護(hù)少，布局簡捷，使變電站的建設(shè)和運(yùn)行更加簡化，工廠化特點(diǎn)更加突出，其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是開關(guān)設(shè)備的免維護(hù)，二是大電流參數(shù)的電纜接頭。由于35kV電壓等級(jí)較少有戶外型封閉式組合電器產(chǎn)品，模塊化變電站的中壓進(jìn)出線模塊主要采用的仍是拼裝式。

變電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

綜合自動(dòng)化模塊。綜合自動(dòng)化模塊主要包括變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、交直流電源設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備、圖像監(jiān)控設(shè)備、故障錄波設(shè)備及微機(jī)五防設(shè)備等。其中35kV及10kV保護(hù)設(shè)備在一體化預(yù)裝式開關(guān)室中分散安裝，其余部分放置在一體化預(yù)裝式控制室內(nèi)。

中壓配套裝置模塊。無功補(bǔ)償和消弧線圈可以敞開式布置加頂罩，也可采用戶內(nèi)成套設(shè)備安裝在箱體內(nèi)，小容量變電站也可與出線模塊合并為一個(gè)模；接地變壓器、站用變均采用干式電氣設(shè)備放置于箱體內(nèi)。

其余輔助設(shè)備。輔助設(shè)備中包括變電站消防系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等。

模塊化變電站與35kV常規(guī)變電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

主變壓器：變電站最終建設(shè)2臺(tái)三相雙繞組自冷式全密封有載調(diào)壓變壓器，容量為5000kVA，電壓等級(jí)為35/10.5kV。

35kV側(cè)：主變壓器進(jìn)線2回，采用單母分段線接線，進(jìn)出線4回，本期1回，配電裝置按31.5kA短路電流水平設(shè)計(jì)。

310kV側(cè)：主變壓器進(jìn)線2回，采用單母分段線接線，出線8回，本期4回，配電裝置按25kA短路電流水平設(shè)計(jì)。

無功補(bǔ)償：配置1組600+600=1200kvar無功補(bǔ)償并聯(lián)電容器組。

從以上比較數(shù)據(jù)可知，模塊化變電站整體投資與常規(guī)戶內(nèi)站相當(dāng)，略高于全戶外建站方式。由于采用了小型化開關(guān)柜（充氣柜及永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)）設(shè)備費(fèi)高于常規(guī)建站方式，但在土建筑工程費(fèi)（地基、圍墻、場平、電纜溝道等）、安裝工程費(fèi)（電氣一、二次設(shè)備安裝、接地等）及其它費(fèi)用（征地、人工、管理費(fèi)等）節(jié)省了大量費(fèi)用，由此可見，采用模塊化變電站不僅可提高設(shè)備的整體運(yùn)行性能，而且能大量的節(jié)省占地面積，簡化了建設(shè)步驟，減少了現(xiàn)場施工量，縮短了施工周期，為工程盡早送電，創(chuàng)造了必要條件。

模塊化變電站的應(yīng)用及發(fā)展方向

模塊化變電站的采用改變了傳統(tǒng)變電站的建站模式，使變電站的建設(shè)具備了科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染小、過程精細(xì)化等特點(diǎn)。隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，根據(jù)模塊化變電站的自身特點(diǎn)，它將會(huì)更多的應(yīng)用在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)（由其是改造項(xiàng)目中）及城網(wǎng)終端站上；對(duì)相對(duì)負(fù)荷較少、地勢復(fù)雜，對(duì)設(shè)備絕緣要求較高的特殊環(huán)境及高原地區(qū)也有非常巨大的應(yīng)用空間。另外，模塊化變電站的發(fā)展需要進(jìn)一步提高其設(shè)備的技術(shù)含量，降低設(shè)備成本和運(yùn)行成本，才能滿足競爭激烈及發(fā)展迅速的電力市場需求。