配送式預(yù)制艙智能變電站技術(shù)

周 文 李 杰

（江蘇凌創(chuàng)電氣自動化股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009）

配送式變電站是全壽命理念與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)相融合的產(chǎn)物[1]。與傳統(tǒng)變電站相比，配送式變電站的二次系統(tǒng)主要技術(shù)突破有兩點(diǎn)：①建筑結(jié)構(gòu)上采用工廠預(yù)制設(shè)備（如預(yù)制艙、預(yù)制混凝土構(gòu)件）替代傳統(tǒng)的二次設(shè)備室或傳統(tǒng)的建筑物建設(shè)方案，現(xiàn)場僅進(jìn)行裝配式作業(yè)；②電氣接口標(biāo)準(zhǔn)化，由于智能變電站一次與二次主要采用光纖通信聯(lián)系，電纜使用大量減少，因此可采用電纜、光纜預(yù)制航空接頭替代傳統(tǒng)的端子排接線及光纜熔接，極大的提高施工效率。通過實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”，配送式變電站節(jié)約資源，節(jié)省投資，縮短施工周期，降低了全壽命周期成本。

本文擬從預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)及電氣接口上探討配送式智能變電站二次系統(tǒng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

1 預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)

1.1 預(yù)制艙的基本結(jié)構(gòu)

預(yù)制式二次組合設(shè)備艙由艙體、二次設(shè)備、暖通、照明、消防、安防、圖像等設(shè)備構(gòu)成，艙內(nèi)所有設(shè)備均在工廠內(nèi)完成相關(guān)接線及調(diào)試工作，并作為1個整體或2～3個單體運(yùn)輸至現(xiàn)場。

為了滿足變電站設(shè)備運(yùn)行的各種標(biāo)準(zhǔn)要求，以及需滿足戶外運(yùn)行的要求，預(yù)制艙整體均采用不銹鋼材料，艙體部分采用雙層不銹鋼，使得艙體滿足抗干擾等級要求，抗震強(qiáng)度大于8級以上。在預(yù)制艙頂部增加斜頂，對于南方地區(qū)，斜頂與箱頂保持50角，預(yù)防積水；對于北方地區(qū)，需要增大斜頂與箱頂?shù)慕嵌龋A(yù)防積水和積雪；同時斜頂還可以減少箱頂陽光照射；同時艙體表面還涂有三層船舶用防水涂料，大大提高預(yù)制艙的防水、防銹性能。

艙體端面設(shè)置雙開門，采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱結(jié)構(gòu)，主要目的用于設(shè)備安裝。在箱體側(cè)面呈對角方向開有兩個風(fēng)窗，風(fēng)窗設(shè)置雙向換氣扇，一個為進(jìn)風(fēng)口，一個為出風(fēng)口，工作狀態(tài)時可使箱體形成空氣對流；風(fēng)窗外設(shè)置窗罩，可以防雨、防塵及生物的進(jìn)入。依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)制艙的“寬度×高度”一般均為2438×2896mm，比較常用的長度主要有20英尺（6058mm）、30英尺（9125mm）、40英尺（12192mm）等（后文簡稱為20尺預(yù)制艙、30尺預(yù)制艙及40尺預(yù)制艙）。預(yù)制艙側(cè)壁厚度通常為44mm，端壁厚度為80mm。

圖1 預(yù)制艙外觀結(jié)構(gòu)圖

1.2 預(yù)制艙的內(nèi)部空間和結(jié)構(gòu)

艙體內(nèi)部由二次設(shè)備、暖通、照明、消防、安防、圖像等設(shè)備構(gòu)成，同時還需滿足設(shè)備運(yùn)行和檢修人員的工作需求，需對艙體內(nèi)部進(jìn)行裝修，裝修材料選用防火防水材料，可在裝修材料和艙壁之間添加隔熱材料，阻擋陽光照射，保證箱體隔熱功能。

艙內(nèi)的照明、暖通、可根據(jù)需求選擇不同的實(shí)現(xiàn)方式。為了有效的節(jié)約能源，可采用工作門狀態(tài)來開啟自動照明；艙內(nèi)安裝空調(diào)和排風(fēng)系統(tǒng)，并配置溫濕度控制單元，實(shí)時采集柜內(nèi)的溫度和濕度，調(diào)整艙內(nèi)的運(yùn)行環(huán)境；由于目前都采用無人值守方式，艙內(nèi)還需安裝安防、圖像監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

站用動力、照明、暖通、安防、圖像監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、插座等管線布置可以安裝在裝修材料墻板內(nèi)，也可以通過墻面明敷相應(yīng)的管線。橫向的管線宜集成安裝在裝配式建筑的主梁板架內(nèi)；豎向的管線可根據(jù)需要現(xiàn)場安裝。

2 預(yù)制艙的屏柜配置

2.1 預(yù)制艙的屏柜布局

艙內(nèi)部二次設(shè)備采用屏柜方式布置，預(yù)制艙的智能變電站屏柜的寬度通常按照800mm，為了節(jié)約空間也可采用600mm寬的屏柜設(shè)計(jì)。為滿足維護(hù)需求，預(yù)制艙內(nèi)屏背面的維護(hù)通道可考慮600mm寬，由于艙內(nèi)空間有限，屏后的空間相對較小，為了更好的方便維護(hù)，二次設(shè)備廠家可將二次設(shè)備改成前插式機(jī)箱結(jié)構(gòu)，從而可以正面的操作、調(diào)試設(shè)備，大大節(jié)約內(nèi)部空間；辦公通道按照1150mm寬設(shè)計(jì)，在屏前還可根據(jù)需求配置折疊式辦公桌，邊屏側(cè)壁距離艙體內(nèi)側(cè)端面也應(yīng)至少預(yù)留600mm的維護(hù)通道。結(jié)合預(yù)制艙的實(shí)際凈空尺寸，做出的20尺預(yù)制艙、屏位布置圖如圖2（俯視剖面）所示。

圖2 尺預(yù)制艙俯視屏位布置方案圖

由圖2可以看出，20尺預(yù)制艙內(nèi)比較合適的屏柜數(shù)量5面（屏寬800mm）或7面（屏寬600mm）。同樣原則依據(jù)20尺、30尺及40尺預(yù)制艙內(nèi)部的凈空尺寸計(jì)算出的適宜的屏柜數(shù)與除去艙體壁厚的兩端剩余空間總長度（簡稱為剩余凈空）見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 屏柜的安裝方式

控制柜采用并柜聯(lián)接，沿集預(yù)制艙長度方向放置。艙內(nèi)底板上部布置槽鋼兩根，與底板焊接作為控制柜安裝基礎(chǔ)，機(jī)柜底盤的地腳螺栓與槽鋼固定。為了保障屏柜在箱體內(nèi)運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性，可增加支架對屏柜背面進(jìn)行固定加強(qiáng)。如圖3所示。

在確保運(yùn)行方便的情況下，也可采用雙列靠墻布置方式，中間預(yù)留檢修過道。

圖3 內(nèi)部安裝示意

3 電纜、光纜配置及接線方案

3.1 電纜、光纜接口的標(biāo)準(zhǔn)化

針對智能變電站一次設(shè)備與二次設(shè)備間電纜連接特點(diǎn)及使用需求和二次設(shè)備間光纜連接特點(diǎn)及使用需求，可采用預(yù)制式電纜和光纜。

為實(shí)現(xiàn)模塊化、裝配式作業(yè)，預(yù)制式二次組合設(shè)備艙與外部設(shè)備之間的連接采用航空式插頭或圓形帶鎖緊式的光電連接器，實(shí)現(xiàn)了接口的標(biāo)準(zhǔn)化，艙內(nèi)設(shè)備與艙外設(shè)備之間通過表轉(zhuǎn)化接口轉(zhuǎn)接，轉(zhuǎn)接接口可安裝在艙體上，也可在艙內(nèi)設(shè)置專門的轉(zhuǎn)接屏柜，如圖4所示。與傳統(tǒng)變電站瑣碎的端子排接線相比，二次專業(yè)接線施工工作量的顯著減少，有效的減少施工公司，提高了可靠性。

圖4 內(nèi)部轉(zhuǎn)接屏示意圖

圖4中部是二次屏柜的背部面板，所有戶外設(shè)備進(jìn)出屏柜的光纜和電纜均通過該背板實(shí)現(xiàn)與屏內(nèi)裝置的連接，配送式變電站實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后，各類保護(hù)、測控屏柜的背部面板可采用通用尺寸、通用開孔，實(shí)現(xiàn)模塊化安裝。光電連接器本身的殼體應(yīng)具備多種材質(zhì)及鍍層，滿足不同環(huán)境下的應(yīng)用。外部預(yù)制纜與箱體以及箱體之間的設(shè)備連接器應(yīng)滿足外殼防護(hù)等級IP67，以防止雨水、雜物等進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，箱體內(nèi)部設(shè)備接口外殼防護(hù)等級IP65，具有優(yōu)秀的抗振動、耐沖擊性能，便于運(yùn)輸、安裝等環(huán)境下正常使用。

3.2 電纜光纜的走線方式

1）上進(jìn)線電纜橋架

電纜采用上部進(jìn)線方式，電纜從箱體后面中間位置上部引入，在進(jìn)線口外設(shè)置防雨結(jié)構(gòu)，電纜溝通過斜坡爬上，如圖5所示。

圖5 上進(jìn)線電纜接入

在箱頂設(shè)置兩根橫梁，通過橫梁將電纜橋架吊裝。電纜通過橋架從箱體后面中間位置上部引入后左右分流，通過垂直固線架自機(jī)柜頂部進(jìn)入機(jī)柜。電纜橋架到柜頂預(yù)留空間，方便線纜引入機(jī)柜。線纜入口采取密封措施，防止雨水、灰塵及小動物進(jìn)入。

2）艙體底部進(jìn)線方式

在預(yù)制艙底部空腔中設(shè)置走線槽，在靠近屏柜雙開門一側(cè)的集裝箱箱壁上開孔并安裝標(biāo)準(zhǔn)大小安裝面板，將柜內(nèi)多芯連接器插頭尾部的光纜和電纜通過線槽引至集裝箱箱壁，并通過線槽引至安裝面板，線纜端部端接多芯連接器插座，將插座固定于安裝面板上，將集裝箱外部線纜溝槽內(nèi)預(yù)制有連接器插頭的光纜和電纜同樣引至集裝箱安裝面板處，此時通過通過頭座對接即可在集裝箱外部即可完成互連，如圖6所示。

圖6 底部走線方式示意圖

4 預(yù)制艙及二次設(shè)備的配置

本文以一個典型的220kV變電站為例探討預(yù)制艙的配置，該220kV變電站主變兩臺；220kV采用雙母線接線，出線4回；110kV采用雙母線接線，出線8回；10kV采用戶內(nèi)開關(guān)柜，單母線分段接線。

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備預(yù)制艙

按照國家電網(wǎng)科（2012）143號文的要求，監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備應(yīng)配置監(jiān)控主機(jī)兩臺、數(shù)據(jù)服務(wù)器兩臺、綜合應(yīng)用服務(wù)器兩臺、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)4臺、圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)兩臺，共組5面屏柜。站控層設(shè)備還包括按照雙平面建設(shè)的兩面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備屏、1面火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制屏及1面智能輔助系統(tǒng)設(shè)備屏，加上兩面時間同步系統(tǒng)柜及為兩面為服務(wù)器供電的UPS系統(tǒng)屏柜，站控層預(yù)制艙的屏柜數(shù)量可達(dá)到13面屏左右，故可考慮為站控層設(shè)備設(shè)1只40尺預(yù)制艙。

4.2 220kV間隔層預(yù)制艙

220kV間隔層設(shè)備包括線路保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、間隔測控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置，電能計(jì)量表等設(shè)備，按照本文案例的變電站規(guī)模，220kV部分屏柜數(shù)量在20面左右，220kV間隔層設(shè)備可考慮配置兩只40尺預(yù)制艙，其中各間隔公用的設(shè)備，如母線保護(hù)、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置可布置在該預(yù)制艙內(nèi)，其他各間隔的保護(hù)及電能表屏等可平均分配在2只預(yù)制艙內(nèi)。

4.3 110kV間隔層預(yù)制艙

110kV線路保護(hù)目前多采用保護(hù)、測控一體化裝置，每個間隔的保護(hù)測控一體化裝置組1面屏，按照本文案例，110kV間隔層設(shè)備屏柜在13面左右，可配置1只40尺預(yù)制艙，用于容納該電壓等級所有間隔層屏柜，也可配置兩只30尺預(yù)制艙，將各間隔屏柜平均分配于兩只預(yù)制艙內(nèi)，公用設(shè)備布置在其中任一預(yù)制艙內(nèi)。

一個典型的220kV變電站內(nèi)可能布置有6～8個預(yù)制艙，為了兼顧變電站總平面布置的規(guī)整、美觀及層次性，預(yù)制艙應(yīng)采用按照電壓等級或?qū)I(yè)類別分開布置的方式，同時，為了簡化預(yù)制艙布置時的統(tǒng)籌考慮的難度，一個變電站內(nèi)的預(yù)制艙，其尺寸種類應(yīng)盡量少，有條件時，宜將同一尺寸、同一專業(yè)功能的預(yù)制艙集中布置。

隨著新一代智能變電站規(guī)范的提出，智能變電站二次設(shè)備的功能將更加集成，因此二次設(shè)備的數(shù)量將來還能進(jìn)一步減少，艙體的數(shù)量也會相應(yīng)減少。

5 結(jié)論

配送式變電站由于其特殊的建筑結(jié)構(gòu)與電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了工廠化加工與裝配式建設(shè)，縮短施工周期，降低了全壽命周期成本，是一個非常具有前景的方案。在其試運(yùn)行階段，應(yīng)盡快完成配送式變電站的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，以推動其有序發(fā)展，如：

1）預(yù)制艙配置標(biāo)準(zhǔn)與屏柜布置規(guī)程。傳統(tǒng)的屏柜布置方式難以適用于預(yù)制式二次組合設(shè)備艙方案，而目前并無新的規(guī)程規(guī)范指導(dǎo)配送式變電站的建設(shè)，因此預(yù)制艙布置方案對與屏柜布置相關(guān)的二次設(shè)備規(guī)程的編制提出了要求。

2）電氣接口標(biāo)準(zhǔn)。配送式變電站對二次屏柜提出了新的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求，航空插頭和光電連接器的使用要求二次屏柜從傳統(tǒng)的端子排標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娺B接器接口板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。由于使用預(yù)制接口連接，光纜和電纜的長度需要去現(xiàn)場測量具體長度后定制。

3）隨著智能變電站的推廣，一次設(shè)備的智能化將有很大提高，過程層網(wǎng)絡(luò)也會越來越安全可靠，因此二次設(shè)備和一次設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化連接即一二次設(shè)備之間只需簡單的網(wǎng)絡(luò)光纜接口，可大大減少光纜的使用。