淺談集成式變電站的推廣與應(yīng)用

陳勝利

（四川南充水利電力建筑勘察設(shè)計(jì)研究院，四川南充637000）

0 引言

我國(guó)智能變電站建設(shè)經(jīng)過十年發(fā)展取得了舉世矚目的成就，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息化、通信網(wǎng)絡(luò)化、高級(jí)應(yīng)用互動(dòng)化、信息標(biāo)準(zhǔn)化；實(shí)現(xiàn)了信息采集與傳輸、測(cè)量與計(jì)量、監(jiān)測(cè)與監(jiān)視、控制與保護(hù)等自動(dòng)功能；實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、與站外系統(tǒng)協(xié)同互動(dòng)等功能，其與先期的綜合自動(dòng)化變電站相比具有明顯的優(yōu)越性。

但隨著土地資源的日益稀缺、環(huán)保要求的不斷嚴(yán)苛、建設(shè)工期的不斷壓縮、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、新材料新設(shè)備新工藝的不斷出新、全壽命周期設(shè)計(jì)理念的踐行，現(xiàn)有傳統(tǒng)智能化變電站在規(guī)劃、選址、征地、設(shè)計(jì)、施工、周期、安防、環(huán)保、運(yùn)行維護(hù)等諸方面又顯現(xiàn)出許多缺陷與不足。為此，針對(duì)傳統(tǒng)智能變電站存在的問題，人們提出了集成式變電站的建設(shè)模式。本文就傳統(tǒng)智能化變電站建設(shè)存在的缺陷與不足作了剖析，對(duì)集成式變電站的主要優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了研究，并就其推廣應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，希望能為集成式變電站的推廣作些許貢獻(xiàn)。

1 傳統(tǒng)智能化變電站存在的缺陷與不足

經(jīng)過多年總結(jié)，傳統(tǒng)智能化變電站存在以下缺陷與不足：

（1）占地面積較大，浪費(fèi)土地資源。

（2）因占地較大，規(guī)劃及站址選擇較為困難，在城市繁華地帶矛盾尤為突出。

（3）難以深入負(fù)荷中心，供配電半徑長(zhǎng)，能耗大、電能質(zhì)量差。

（4）安全與防護(hù)功能不足；設(shè)備及元器件工作環(huán)境較差；檢修維護(hù)工作量大；耐候性弱，適應(yīng)面窄，不適用于污穢、地震頻發(fā)、高海拔等地區(qū)。

（5）集成度低，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝工作量大而繁雜，建設(shè)周期長(zhǎng)。

（6）設(shè)計(jì)工作量大，設(shè)計(jì)銜接任務(wù)多。

（7）存在大量裸露導(dǎo)電體及裸露電氣設(shè)備，有意外觸電風(fēng)險(xiǎn)。

（8）噪聲、電磁輻射等環(huán)保問題較為突出。

（9）變電站外體與周邊環(huán)境難以融為一體，在城市核心區(qū)或美麗鄉(xiāng)村顯得尤為突兀。

（10）工程投資較大。

2 集成變電站推廣與應(yīng)用的必要性

《全國(guó)土地利用總體規(guī)劃綱要（2006—2020）》是實(shí)行最嚴(yán)格土地管理的綱領(lǐng)性文件，集約節(jié)約用地、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)成為工程建設(shè)的必然要求。在此背景下，變電站土地征用難度日益加大，站址選擇及線路走廊落實(shí)日益困難，電網(wǎng)工程與城鄉(xiāng)其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的沖突日漸突出，用地成本不斷攀升，建設(shè)工期持續(xù)延誤。這種用地面積大、用地征用困難、用地成本昂貴、建設(shè)工期長(zhǎng)的傳統(tǒng)建設(shè)模式必然被新的集約節(jié)約用地理念所替代。

國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)苛，有可能造成環(huán)境污染的生產(chǎn)方式、設(shè)備、工藝、過程將被嚴(yán)厲查辦。傳統(tǒng)變電站安防功能不足、耐候性弱、適應(yīng)面窄，傳統(tǒng)的有污染的建設(shè)方式必將被無污染、少排放、可循環(huán)利用、安防功能強(qiáng)、耐候性強(qiáng)的新方式所替代。

傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)工作量大、廠家之間協(xié)調(diào)面廣而繁雜、設(shè)備集成度低、施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)多、安裝誤操作概率大、施工現(xiàn)場(chǎng)病險(xiǎn)診斷困難、后期維護(hù)工作量大，因此，其必然被設(shè)計(jì)工作量小、設(shè)備集成度高、施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)少、安裝簡(jiǎn)便、后期維護(hù)容易的模式所替代。

電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力引擎，電力建設(shè)必須與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，“資源節(jié)約與環(huán)境友好”建設(shè)理念必然淘汰現(xiàn)有變電站的建設(shè)模式而向資源及時(shí)間耗費(fèi)低（占地少、建設(shè)周期短）、技術(shù)水平高（設(shè)備集成化、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便）、環(huán)境污染?。ㄔO(shè)備及其運(yùn)行無污染、無毒害）、設(shè)計(jì)精細(xì)化且銜接工作量?。ň?xì)設(shè)計(jì)、工廠內(nèi)集成）、現(xiàn)場(chǎng)建安簡(jiǎn)便（工廠內(nèi)集成、出廠前檢驗(yàn)試驗(yàn)）的標(biāo)準(zhǔn)集成化配送式智能變電站模式轉(zhuǎn)變。

集成變電站是將傳統(tǒng)站的一次設(shè)備（主變、配電裝置、無功補(bǔ)償裝置、站用電系統(tǒng)、絕緣母線）、二次及通信設(shè)備（監(jiān)控、繼保、通信、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)量、直流等系統(tǒng)）按集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、安全化、智能化、易維護(hù)的原則集成安裝在一個(gè)隔熱、防火、防盜、防潮、防小動(dòng)物，五面通風(fēng)、全封閉、可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)。集成站以信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等基本功能，同時(shí)具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能。全站分為過程層、間隔層、站控層。過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端，完成電能分配、變換、傳輸及其測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等相關(guān)功能。間隔層包含繼保裝置、測(cè)控裝置等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。站控層包含自動(dòng)化、站域控制、通信、對(duì)時(shí)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向全站的測(cè)量和控制的功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。

集成變電站實(shí)現(xiàn)了“由建一座變電站的傳統(tǒng)模式向買一座集成變電站的跨越”，被譽(yù)為“21世紀(jì)變電站建設(shè)的目標(biāo)模式”，完全有必要大量推廣應(yīng)用。

3 集成變電站的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）占地較小，節(jié)約土地資源。

集成變電站占地面積較小，以110 kV變電站為例，傳統(tǒng)變電站若采用AIS設(shè)備全站占地約5～7畝，若采用GIS設(shè)備占地約4～6畝，但若采用集成式智能變電站全站占地僅需1畝左右。再以35 kV變電站為例，傳統(tǒng)變電站若采用AIS設(shè)備全站占地約2～4畝，但若使用集成變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)占地僅為228 m2。與傳統(tǒng)變電站相比，集成站可節(jié)省60%～80%占地面積，大大節(jié)約了土地成本和土地資源，完全符合國(guó)家集約節(jié)約用地原則。

（2）占地較小，規(guī)劃及站址選擇較為容易。

實(shí)行最嚴(yán)格土地管理制度以來，變電站土地征用難度加大，站址選擇及線路走廊落實(shí)越發(fā)困難，電網(wǎng)與城鄉(xiāng)其他基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的沖突日漸突出。占地較小的集成變電站在城鄉(xiāng)規(guī)劃中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別是在人口集聚的城市中心集成變電站極具優(yōu)勢(shì)。

（3）可深入負(fù)荷中心，供配電半徑短，能耗小。

由于傳統(tǒng)站占地大，選址困難，故往往難以布置在負(fù)荷中心。而集成站往往能深入負(fù)荷中心，減小供電半徑，從而減少能耗。

（4）設(shè)備及元器件工作環(huán)境優(yōu)良；安全與防護(hù)功能強(qiáng)大；檢修維護(hù)工作量??；耐候性強(qiáng)，適應(yīng)面寬。

集成變電站采用全封閉鋼架結(jié)構(gòu)，外殼采用熱鍍鋅鋼板，框架采用標(biāo)準(zhǔn)H型鋼材料，具有良好的防腐性能，且抗震性能好。鋼架底部懸空，便于通風(fēng)散熱，利于防汛抗洪。外殼涂航空涂料，能保溫隔熱，保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度（可在-55～+70℃的外部環(huán)境中正常運(yùn)行）。

艙內(nèi)布置能充分保證設(shè)備及人員巡檢的安全，站四周設(shè)鋼制防盜門及防盜遙視報(bào)警系統(tǒng)，除門以外的所有對(duì)外部分均以金屬網(wǎng)封堵，能防止飛鳥及小動(dòng)物進(jìn)入。保溫層采用防火棉填充，梁柱表面覆蓋LG防火隔熱涂料，各配電室內(nèi)均設(shè)有相應(yīng)的防火設(shè)置，并配有遙視感應(yīng)探頭，可對(duì)煙霧和火災(zāi)情況及時(shí)報(bào)警。

艙內(nèi)所有電氣設(shè)備及元器件都受外層防護(hù)而永處封閉運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)受灰塵、風(fēng)沙、雨水、紫外線、霜雪、冰雹、凝露、酸雨、鹽霧等影響，可從根本上解決傳統(tǒng)站設(shè)備易損難題。集成站可實(shí)行狀態(tài)檢修，維護(hù)工作量小，運(yùn)維成本大大降低。

正是因?yàn)榧烧揪哂袕?qiáng)大的安防功能、優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境，故其具有超強(qiáng)的耐候性能、超廣的適應(yīng)地域，可無禁忌地應(yīng)用于電網(wǎng)、水電、火電、風(fēng)電、太陽能等各行業(yè)，適應(yīng)高原、峽谷、海岸、地震帶、污染區(qū)、高寒區(qū)、炎熱區(qū)等各類地域條件。

（5）集成度高，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝工作量少而簡(jiǎn)便，建設(shè)周期短。

集成變電站采用整體化的建設(shè)方案，集成度高，整體性強(qiáng)。各類方案都經(jīng)過設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行多次考驗(yàn)。建設(shè)方案可按現(xiàn)成的套用，局部調(diào)整量極少。各功能模塊（進(jìn)出線模塊、變壓器模塊、保護(hù)模塊）都在工廠內(nèi)生產(chǎn)，生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)前期準(zhǔn)備可同時(shí)進(jìn)行，最后到現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試即可。而大量的檢驗(yàn)、試驗(yàn)、裝配工作在廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)工作量少而簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)僅需完成箱體定位、出線電纜連接、保護(hù)定值校驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)及其他需調(diào)試工作，全站從訂貨到投運(yùn)只需90天時(shí)間，極大地縮短了建設(shè)工期。

（6）設(shè)計(jì)工作量大大減少，設(shè)計(jì)銜接簡(jiǎn)易。

傳統(tǒng)站設(shè)計(jì)工作量大而繁雜，且需銜接主變、開關(guān)、自動(dòng)化、監(jiān)控、通信、電容補(bǔ)償、直流、電纜、光纜、消防、視頻監(jiān)控等眾多廠商，需召開多次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)解決有關(guān)技術(shù)問題。而集成站推行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化組合，可實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備就地融合。設(shè)計(jì)選型或訂貨時(shí)，只需根據(jù)工程需求，提出一次接線圖和設(shè)備技術(shù)參數(shù)，就可以選擇廠商集成變電站的規(guī)格和型號(hào)。所有設(shè)備在制造基地預(yù)制，眾多廠商銜接協(xié)調(diào)在廠內(nèi)完成，真正實(shí)現(xiàn)了變電站建設(shè)工廠化，極大地減少了設(shè)計(jì)及銜接工作量。

（7）不存在裸露導(dǎo)電體及裸露電氣設(shè)備，無意外觸電風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)站內(nèi)存在大量裸露導(dǎo)電體及裸露電氣設(shè)備，存在一定的安全隱患。而集成站為全封閉、全絕緣結(jié)構(gòu)，安全性高。

（8）幾乎無噪聲、電磁輻射等環(huán)保問題。

傳統(tǒng)站電氣設(shè)備往往露天布置，施工及運(yùn)行不可避免地會(huì)帶來揚(yáng)塵、噪聲、電磁輻射等環(huán)境污染。而集成站主要采用預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，土建施工量非常少，施工過程可開展施工工藝創(chuàng)新，推行機(jī)械化施工，減少人工濕法作業(yè)，減輕環(huán)境污染。運(yùn)行過程中的噪聲及電磁輻射都屏蔽在金屬層內(nèi)，故集成站對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響。

集成站外殼是金屬構(gòu)件，使用壽命比磚混及水泥結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)得多，且所有部件都可以回收再利用。而傳統(tǒng)站常用的水泥結(jié)構(gòu)件只能成為永久性的建筑垃圾，影響生態(tài)環(huán)境，浪費(fèi)礦產(chǎn)資源。集成站采用減量化、再利用理念，符合國(guó)家政策要求。

（9）集成變電站外體與周邊環(huán)境易融為一體。

集成變電站外殼色彩可任意選擇，外形美觀，易與環(huán)境協(xié)調(diào)。

（10）工程投資較小。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，集成站投資較傳統(tǒng)站節(jié)省5%～20%，再綜合建設(shè)周期、后期運(yùn)維、材料再利用等因素，集成站全壽命周期建設(shè)成本比常規(guī)站大幅降低。

4 集成變電站推廣應(yīng)用前景

2009年，國(guó)網(wǎng)提出了智能變電站發(fā)展“三大階段”的戰(zhàn)略：第一階段為規(guī)劃試點(diǎn)階段（2009—2011年）；第二階段為全面建設(shè)階段（2012—2015年）；第三階段為引領(lǐng)提升階段（2016—2020年），第三階段主要任務(wù)是要實(shí)現(xiàn)新建重要變電站智能化率100%，對(duì)原有重要變電站智能化改造率達(dá)到30%～50%，同時(shí)對(duì)原有5 000座左右變電站進(jìn)行智能化改造。

目前國(guó)網(wǎng)變電站智能化建設(shè)正處于引領(lǐng)提升階段，根據(jù)《中國(guó)智能變電站行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻》分析，未來我國(guó)智能變電站將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。而集成式變電站符合國(guó)網(wǎng)對(duì)智能變電站提出的“四化”要求：集成一體化（一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成，二次設(shè)備功能集成，一、二次設(shè)備有機(jī)集成）、信息標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同互動(dòng)化、生成調(diào)試工業(yè)化，因此集成變電站在我國(guó)具有廣泛的推廣與應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

集成式變電站實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、緊湊型布置、裝配式建設(shè)，顯著減少了占地面積，節(jié)約了土地資源；可深入負(fù)荷中心，配網(wǎng)能耗??；安防功能強(qiáng)大；設(shè)備及元器件工作環(huán)境優(yōu)良；檢修維護(hù)工作量??；耐候性強(qiáng)，適應(yīng)面寬；現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝工作量少而簡(jiǎn)便，建設(shè)周期短；設(shè)計(jì)工作量少，設(shè)計(jì)銜接簡(jiǎn)易；不存在裸露導(dǎo)電體及裸露電氣設(shè)備，無意外觸電風(fēng)險(xiǎn)；全過程綠色環(huán)保；降低了全壽命周期成本。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性出發(fā)全面分析，集成式變電站是一個(gè)技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)安全的方案；從國(guó)網(wǎng)規(guī)劃及市場(chǎng)分析，集成式變電站具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

但集成式變電站畢竟是一個(gè)才試運(yùn)行數(shù)年的新型產(chǎn)品，目前仍存在一些待改良、改善、改變的環(huán)節(jié)，應(yīng)盡快優(yōu)化以推動(dòng)其有序發(fā)展，如：關(guān)于集成站有關(guān)設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)維的規(guī)程規(guī)范的制定工作滯后；二次屏柜與航空插頭和光電連接器的接口未能標(biāo)準(zhǔn)化；一、二次設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)光纜接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后。