110kV預(yù)裝式變電站技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新

蔡 燕

（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山528200）

常規(guī)110kV變電站通常采用磚混結(jié)構(gòu)建筑物，磚混結(jié)構(gòu)變電站建設(shè)周期較長，而預(yù)裝式變電站則將10kV配電裝置、繼保、通信、蓄電池等設(shè)備均裝于預(yù)裝式箱體內(nèi)，在工廠完成設(shè)備組裝和室內(nèi)二次電纜敷設(shè)，待現(xiàn)場(chǎng)土建基礎(chǔ)完成后即將預(yù)裝式箱體及其內(nèi)部設(shè)備整體運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)一次性吊裝完成，這就在很大程度上減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量，提高了變電站的建設(shè)效率。佛山110kV朗沙變電站（圖1）和110kV智慧變電站作為廣東電網(wǎng)公司首例試點(diǎn)110kV預(yù)裝式變電站已順利建成投運(yùn)，創(chuàng)造了110kV變電站建設(shè)史上工期最短的奇跡。

圖1 110kV朗沙變電站鳥瞰

相比于國內(nèi)已建成的110kV預(yù)裝式變電站，本試點(diǎn)預(yù)裝式變電站在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了較多新技術(shù)、新思路，對(duì)110kV預(yù)裝式變電站做了大量的改進(jìn)與創(chuàng)新，使預(yù)裝式變電站更加環(huán)保節(jié)能、易于建設(shè)、方便運(yùn)行。

2 預(yù)裝式變電站綜合布線的改進(jìn)

預(yù)裝式變電站均在預(yù)裝式箱體正下方設(shè)一個(gè)約2m高的半地下電纜層，在箱體底板上開設(shè)2個(gè)人孔，作為施工及運(yùn)行人員進(jìn)出電纜層的唯一通道，箱體內(nèi)的一、二次電纜均在電纜層內(nèi)采用吊架敷設(shè)。此敷設(shè)方式存在如下缺陷：

（1）設(shè)半地下電纜層導(dǎo)致土建、消防、通風(fēng)、照明等投資增大。

（2）半地下電纜層的進(jìn)出通道僅為箱底的2個(gè)人孔，較狹窄，一旦發(fā)生消防事故，不利于運(yùn)行人員逃生。

（3）半地下電纜層將10kV箱體托起較高，后期更換開關(guān)柜設(shè)備時(shí)搬運(yùn)不方便，且箱體布置較高增加了全站防雷設(shè)施投資。

本項(xiàng)目取消箱體下方的半地下電纜層，直接將箱體安裝在土建地面基礎(chǔ)上，箱體兩邊外側(cè)設(shè)電纜溝，10kV電纜直接從開關(guān)柜柜底埋管至箱外電纜溝；同時(shí)在箱體本體底座內(nèi)設(shè)200mm高電纜夾層，箱內(nèi)二次電纜在本體夾層內(nèi)敷設(shè)，各箱體間聯(lián)絡(luò)電纜從箱體底座電纜層進(jìn)入電纜溝內(nèi)敷設(shè)；另在箱體內(nèi)天花板沿箱壁一周設(shè)半封閉式線槽，用于敷設(shè)箱體內(nèi)照明、動(dòng)力、暖通、消防等纜線，箱內(nèi)照明燈具、插座等引接纜線在箱體墻板及天花板內(nèi)穿管敷設(shè)。

此改進(jìn)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）取消半地下電纜層，節(jié)省了建筑投資費(fèi)用。

（2）消除了運(yùn)行人員在半地下電纜層內(nèi)不易逃生的安全隱患。

（3）10kV箱體采用地面基礎(chǔ)安裝，便于運(yùn)行人員進(jìn)出箱體，且站內(nèi)更加美觀整齊。

（4）箱內(nèi)二次電纜在箱體本體底座電纜層內(nèi)敷設(shè)，使箱體內(nèi)二次電纜可提前在工廠內(nèi)敷設(shè)完成，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高了變電站的建設(shè)效率。

3 預(yù)裝式設(shè)備箱體的改進(jìn)

預(yù)裝式變電站預(yù)裝式設(shè)備箱體內(nèi)屏柜前后操作及維護(hù)通道寬度均較小，不滿足規(guī)程對(duì)室內(nèi)配電裝置的布置尺寸要求，給運(yùn)行維護(hù)埋下了一定的安全隱患。在主變低壓母線橋的實(shí)施方案中，10kV箱體內(nèi)主變低壓進(jìn)線采用架空絕緣銅管母線，致使全站占地面積較大，且銅管母線穿過箱體墻板時(shí)，防火及防水封堵均較難滿足要求。

本項(xiàng)目在滿足箱體運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)吊裝要求的前提下，改進(jìn)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增大箱內(nèi)屏柜前后通道寬度，箱體內(nèi)2列開關(guān)柜中間通道寬優(yōu)化為2．5m，柜后通道寬優(yōu)化為1m，此布置尺寸滿足2列開關(guān)柜之間通道大于2倍小車長加0．9m的運(yùn)行要求，柜后通道也滿足不小于1m的運(yùn)行要求，既便于運(yùn)行，也消除了因通道寬度不夠?qū)е碌陌踩[患。同時(shí)將架空絕緣銅管母線自開關(guān)柜柜頂進(jìn)線改為絕緣銅管母線在電纜溝內(nèi)敷設(shè)，從開關(guān)柜底部進(jìn)線，銅管母線不需穿箱體，不存在穿墻處的防火及防水處理問題。

4 預(yù)裝式變電站光導(dǎo)照明系統(tǒng)的應(yīng)用

預(yù)裝式配電箱體為滿足防潮、消防、恒溫恒濕等運(yùn)行要求，加上預(yù)裝式配電箱墻體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的特殊性且墻體較薄，實(shí)際制造工藝無法實(shí)現(xiàn)在配電箱墻體上開窗，因此即使在白天，箱體內(nèi)也十分黑暗壓抑，運(yùn)行人員在箱體內(nèi)巡視時(shí)，只能開啟交流電照明系統(tǒng)解決箱內(nèi)采光問題。110kV朗沙變電站、110kV智慧變電站項(xiàng)目中預(yù)裝式配電箱內(nèi)的照明在廣東電網(wǎng)中首次采用新型綠色照明技術(shù)：采用光導(dǎo)照明系統(tǒng)，使預(yù)裝式變電站更加環(huán)保、節(jié)能，積極響應(yīng)綠色電網(wǎng)的建設(shè)要求，并滿足充分利用天然光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。光導(dǎo)系統(tǒng)在預(yù)裝式變電站中的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 箱體光導(dǎo)照明系統(tǒng)應(yīng)用圖

光導(dǎo)照明系統(tǒng)直接利用太陽能，不需要像太陽能熱水器、光伏發(fā)電等那樣經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換再使用，只要是在白天，不管是晴天抑或是陰天都可通過安裝在預(yù)裝式配電箱箱頂?shù)墓鈱?dǎo)照明系統(tǒng)解決自然采光的問題，達(dá)到箱體內(nèi)外亮度同步。光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要由采光裝置、光導(dǎo)管、漫射裝置3部分組成，如圖3所示。

圖3 箱體光導(dǎo)照明系統(tǒng)安裝圖

通過室外采光裝置收集室外的自然光線并將其導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，再經(jīng)光導(dǎo)管傳輸后，由安裝于系統(tǒng)另一端的漫射裝置把自然光線均勻發(fā)散到室內(nèi)。此系統(tǒng)完全不需要電力，直接利用自然光照明，同時(shí)系統(tǒng)中空密封，具有良好的隔熱保溫性能，不會(huì)給室內(nèi)帶來熱負(fù)荷效應(yīng)。組成材料均屬綠色產(chǎn)品，無污染。透明的采光罩透光率高、抗老化、硬度高、抗沖擊、耐摩擦；半圓形的設(shè)計(jì)使得在室外不容易積聚灰塵，同時(shí)表面帶有UV涂層的采光裝置會(huì)隔絕90%以上的紫外線，使少量紫外線能進(jìn)入室內(nèi)，起到殺菌除臭的作用。裝在室外的采光裝置通過安裝高強(qiáng)度、耐腐蝕、易與建筑結(jié)合的防水裝置，保證屋頂?shù)闹旅苄裕乐孤┧F(xiàn)象的發(fā)生。導(dǎo)光管按形狀可分為直光導(dǎo)管和彎管2種，彎管可以有不同的彎曲角度，彎曲角度變化范圍為0°～90°，能滿足室內(nèi)安裝的美觀布局要求；導(dǎo)光管重量輕、耐腐蝕，內(nèi)壁多層特殊反光膜確保了光線的高效傳輸性和穩(wěn)定性，材料全反射率達(dá)到98%以上，保證了室內(nèi)外亮度一致。室內(nèi)通過漫射器漫射自然光，無頻閃，不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。漫射器外觀看上去就像家庭安裝的吸頂燈，但具有高透光、高擴(kuò)散、顯色性好、光線柔和、無眩光的特點(diǎn)。光導(dǎo)照明系統(tǒng)所傳輸?shù)墓鉃樽匀还猓洳ㄩL范圍為380～780nm，顯色性Ra為100，且經(jīng)過系統(tǒng)底部的漫射裝置進(jìn)入室內(nèi)的光為漫射光，光線柔和，照度分布均勻，實(shí)現(xiàn)了箱體內(nèi)外亮度同步，為變電站運(yùn)行人員創(chuàng)造了良好的室內(nèi)環(huán)境。

光導(dǎo)照明系統(tǒng)可以取代箱體內(nèi)白天的電力照明，至少提供10h的自然光照明，無能耗，節(jié)約能源。10kV朗沙變電站光導(dǎo)照明系統(tǒng)一次性投資十幾萬元，無需維護(hù)，既不產(chǎn)生維護(hù)費(fèi)用，又減少了變電站工作人員日常維護(hù)工作量。光導(dǎo)照明系統(tǒng)使用年限≥25年，可與電氣設(shè)備設(shè)計(jì)使用年限一致，遠(yuǎn)高于一般照明產(chǎn)品。

光導(dǎo)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，可解決傳統(tǒng)預(yù)裝式變電站的自然采光問題，而且節(jié)能環(huán)保，大大減少了能源損耗，使用壽命長，在預(yù)裝式變電站中具有廣闊的推廣前景。

5 預(yù)裝式變電站恒溫恒濕系統(tǒng)的應(yīng)用

預(yù)裝式變電站中的10kV配電裝置建筑箱體及繼電器室建筑箱體空間狹小，墻體不開窗，無法自然通風(fēng)降溫。傳統(tǒng)的通風(fēng)降溫采用大風(fēng)量風(fēng)機(jī)及高冷負(fù)荷空調(diào)實(shí)現(xiàn)，無法自動(dòng)控制且能耗大。本項(xiàng)目在預(yù)裝式箱體內(nèi)設(shè)置基站智能新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)及機(jī)房精密空調(diào)進(jìn)行通風(fēng)降溫，新風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)分級(jí)聯(lián)動(dòng)控制：基站外溫度比較低，濕度滿足設(shè)定條件，同時(shí)基站內(nèi)溫度達(dá)到新風(fēng)開啟點(diǎn)，新風(fēng)才開啟，進(jìn)行換熱節(jié)能工作；當(dāng)新風(fēng)換熱能效比較低的時(shí)候（站內(nèi)溫度持續(xù)上升），若站內(nèi)溫度達(dá)到空調(diào)開啟點(diǎn)，則開啟外部空調(diào)運(yùn)行，新風(fēng)關(guān)閉。機(jī)房精密空調(diào)系統(tǒng)在夏天溫度較高時(shí)持續(xù)運(yùn)行，通過溫濕度設(shè)定，可以將溫濕度浮動(dòng)控制在1℃和1%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)恒溫恒濕，保證了電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)具有高效節(jié)能特性，能效比高達(dá)10．0～18．0（普通空調(diào)能效比為2．6左右）；同時(shí)高效的智能節(jié)能控制邏輯協(xié)調(diào)空調(diào)運(yùn)行，確保節(jié)能。使用本系統(tǒng)一般可以節(jié)能35%～80%。

6 結(jié)語

上述改進(jìn)成果已在佛山110kV朗沙變電站和110kV智慧變電站成功實(shí)施應(yīng)用，效果顯著，節(jié)省了預(yù)裝式變電站的整體投資，大大減少了變電站現(xiàn)場(chǎng)的土建及電氣安裝工作量，使工地現(xiàn)場(chǎng)更易于管理，同時(shí)也較大程度地縮短了變電站的建設(shè)時(shí)間，創(chuàng)造了110kV變電站建設(shè)周期最短的記錄。改進(jìn)技術(shù)成果的應(yīng)用獲得廣東電網(wǎng)公司頒發(fā)的“技術(shù)改進(jìn)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”三等獎(jiǎng)和廣東電網(wǎng)公司佛山市供電局頒發(fā)的“技術(shù)改進(jìn)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。

［1］GB50034—2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］GB50033—2001 建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［3］GB50053—94 35～110kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［4］GB50053—94 10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］GB50168—2006 電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］