編制研究變電站通用設(shè)備推進(jìn)設(shè)備通用互換

國家電網(wǎng)公司基建部 葛兆軍 李錫成 高克力 張強(qiáng) 郭艷霞 李鵬 和彥淼

一、項目背景

國家電網(wǎng)覆蓋地域廣闊，各地區(qū)設(shè)備選型受運(yùn)行習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素影響較大，全國范圍電氣設(shè)備制造廠商眾多，技術(shù)來源及工裝水平存在很大差異，變（配）電站設(shè)備型式繁多、訂貨周期長、備品備件通用性差、重復(fù)性設(shè)計工作多、設(shè)備生產(chǎn)制造成本高、運(yùn)行維護(hù)困難等問題，制約了工程建設(shè)的進(jìn)度和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時限制了我國裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。

為實施集約化管理，發(fā)揮集團(tuán)化運(yùn)作的規(guī)模優(yōu)勢，提高電網(wǎng)工程的建設(shè)和管理效益，推進(jìn)變電站設(shè)備通用互換，2006年以來，國家電網(wǎng)公司組織開展了輸變電工程通用設(shè)備研究編制工作，優(yōu)化、歸并設(shè)備參數(shù)，規(guī)范電氣一次、二次、土建接口。建立滾動修編機(jī)制，根據(jù)技術(shù)進(jìn)步和工程需求，不斷豐富完善，形成了國家電網(wǎng)公司系列化、標(biāo)準(zhǔn)化成果，涵蓋各電壓等級變電站、換流站，在國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)推廣應(yīng)用，在工程設(shè)計、招標(biāo)采購、運(yùn)行維護(hù)、電網(wǎng)安全、設(shè)備制造等方面發(fā)揮積極作用，為建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

二、詳細(xì)內(nèi)容

（一）研究思路

通用設(shè)備是集約化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基礎(chǔ)性工作，其研究工作層次可劃分為：分析需求，收集參數(shù)；合理取值，規(guī)范參數(shù)；積極引導(dǎo)，集中參數(shù)；科技創(chuàng)新，專用參數(shù)。

1.分析需求，收集參數(shù)

廣泛了解智能電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，收集現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備參數(shù)，掌握分布情況，結(jié)合智能電網(wǎng)發(fā)展需求和設(shè)備制造水平，綜合開展設(shè)備參數(shù)需求分析與統(tǒng)計匯總。

2.合理取值，規(guī)范參數(shù)

通過對繁雜、離散的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行分析，立足工程建設(shè)，按照科學(xué)合理、符合需求的原則，優(yōu)化取值范圍，使設(shè)備參數(shù)搭配合理，更加規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化。

3.積極引導(dǎo)，集中參數(shù)

經(jīng)過科學(xué)論證，在規(guī)范的參數(shù)范圍內(nèi)對參數(shù)進(jìn)行相對集中(離散化)，引導(dǎo)并應(yīng)用參數(shù)性能相對集中和統(tǒng)一的設(shè)備。

4.科技創(chuàng)新，專用參數(shù)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司的系統(tǒng)規(guī)劃、工程建設(shè)實際需要，以及未來的發(fā)展，專門提出適合于國家電網(wǎng)公司需要的創(chuàng)新性設(shè)備及參數(shù)，形成性能優(yōu)良、安裝方便、運(yùn)行可靠的一系列智能變電站通用設(shè)備。

（二）研究范圍及內(nèi)容

通過深入研究變電站各類設(shè)備電氣接口、二次接口及土建接口特征，綜合比較，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，最大程度的規(guī)范一次設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)接口。

通用設(shè)備主要內(nèi)容包括關(guān)鍵參數(shù)索引表、適用條件說明、參數(shù)一覽表、電氣一次接口、電氣二次接口、土建接口等。

1.關(guān)鍵參數(shù)索引

按照工程中的關(guān)鍵參數(shù)對智能變電站一次設(shè)備進(jìn)行劃分歸類，以簡要形式表示出每種設(shè)備的基本信息，明確該種類型的設(shè)備編號。以800kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備為例，其關(guān)鍵參數(shù)索引如表1。

2.參數(shù)一覽表

針對每種確定的設(shè)備型式，給出對應(yīng)的設(shè)備詳細(xì)參數(shù)，特別是與電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)的重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范。

3.電氣接口

規(guī)范智能變電站一次設(shè)備的安裝要求，統(tǒng)一各類設(shè)備的安裝圖。以110kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備為例，通用電氣接口規(guī)范了間隔尺寸以及吊裝空間、開孔位置及大小、套管（電纜筒）布置定位、接地安裝方式等，如圖1。

4.二次接口

規(guī)范智能變電站一次設(shè)備的二次接口和智能化配置通用要求，統(tǒng)一各類設(shè)備的二次接線端子排和智能化配置。

5.土建接口

規(guī)范設(shè)備安裝基礎(chǔ)、安裝孔位置及大小，統(tǒng)一各類設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖。以550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)為例，其設(shè)備本體、套管及埋件基礎(chǔ)圖（以完整串“Z”字布置）如圖2。

三、特點和技術(shù)創(chuàng)新點

（一）特點

通用設(shè)備將各電壓等級設(shè)備根據(jù)主要參數(shù)進(jìn)行種類歸并和參數(shù)優(yōu)化，最大程度的規(guī)范技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)接口，改變了以往變電站設(shè)備參數(shù)分散、品種繁多、運(yùn)行維護(hù)困難的狀況。其研究成果具有以下四個特點：

1.體現(xiàn)科學(xué)性、合理性和先進(jìn)性

吸收了大量先進(jìn)適用的科研成果，并組織召開了上百次各種形式專題調(diào)研、專家研討會議，代表了目前國內(nèi)工程設(shè)計和技術(shù)經(jīng)濟(jì)先進(jìn)水平。

2.覆蓋面廣，適應(yīng)性強(qiáng)

涵蓋了交流1000kV及以下各類變、配電工程及±800kV特高壓換流站電氣設(shè)備，能滿足國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)絕大部分變工程建設(shè)需要。

3.實用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)、社會效益明顯

針對工程建設(shè)實際情況，可直接應(yīng)用于具體工程建設(shè)，時間短、見效快。

4.減少設(shè)備種類，增強(qiáng)設(shè)備通用性

適當(dāng)兼顧區(qū)域特點和運(yùn)行習(xí)慣，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析，優(yōu)先采用性能價格比高的技術(shù)和設(shè)備精簡設(shè)備種類，規(guī)范設(shè)備選型。

（二）創(chuàng)新點

通用設(shè)備工作在國內(nèi)處于開拓性地位，全面科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使用方便，對工程設(shè)計、設(shè)備選型、安裝施工、產(chǎn)品制造具有指導(dǎo)意義。具體創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾方面：

1.提出電氣設(shè)備“四統(tǒng)一”原則，推進(jìn)設(shè)備通用互換

提出統(tǒng)一技術(shù)參數(shù)、統(tǒng)一電氣接口、統(tǒng)一二次接口、統(tǒng)一土建接口，有利于引導(dǎo)廠家統(tǒng)一電氣土建接口，實現(xiàn)相同運(yùn)行條件下不同廠家同類設(shè)備通用互換。

2.注重通用互換和經(jīng)濟(jì)適用的協(xié)調(diào)統(tǒng)一

對變電站電氣一次設(shè)備規(guī)范參數(shù)、接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化、完善，形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)成果，研究成果充分考慮電網(wǎng)發(fā)展需要和設(shè)備制造水平。

3.接口要求達(dá)到施工圖深度

土建接口反映設(shè)備安裝尺寸等重要參數(shù)，滿足設(shè)備支架及基礎(chǔ)等土建設(shè)計要求；電氣接口明確設(shè)備安裝方式、安裝材料，滿足電氣設(shè)備安裝要求。

4.創(chuàng)新提出通用性強(qiáng)的設(shè)備編號方案

圖1　110kV戶內(nèi)GIS布置圖

表1　800kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)索引

提出了通用性強(qiáng)、反映設(shè)備核心參數(shù)的設(shè)備編號方案，編號包括功能分類、技術(shù)條件、適用范圍等信息，全面反映出設(shè)備最主要性能特征參數(shù)，與生產(chǎn)廠家無關(guān)聯(lián)，通用性強(qiáng)，簡單易懂，可方便的應(yīng)用于初步設(shè)計、招標(biāo)采購等環(huán)節(jié)。

四、應(yīng)用情況

為保證通用設(shè)備全面深化應(yīng)用于工程設(shè)計、設(shè)備采購、施工、運(yùn)行等環(huán)節(jié)，國家電網(wǎng)公司制定《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計通用設(shè)備管理辦法》，建立通用設(shè)備全過程應(yīng)用管理機(jī)制，制定全過程應(yīng)用大綱，明確各環(huán)節(jié)主體責(zé)任和工作要求，有效提高了通用設(shè)備應(yīng)用的廣度、深度。

通用設(shè)備已廣泛應(yīng)用于國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)輸變電工程設(shè)計、招標(biāo)、建設(shè)、運(yùn)行各階段，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.可研及初步設(shè)計階段

參照通用設(shè)備的要求參數(shù)進(jìn)行設(shè)備選型，形成設(shè)計方案，大大提高了設(shè)計成品質(zhì)量和設(shè)計水平，同時，利于方案評審和確定，大大縮短了設(shè)計和評審周期。

2.設(shè)備選型階段

原則上設(shè)備選型應(yīng)按照典型規(guī)范指導(dǎo)原則的要求，結(jié)合工程實際情況，在通用設(shè)備的參數(shù)系列中合理選用，否則應(yīng)專題論證，并經(jīng)批準(zhǔn)后執(zhí)行。

3.設(shè)備招投標(biāo)階段

按照通用設(shè)備要求編制招投標(biāo)技術(shù)文件，并根據(jù)安裝要求對設(shè)備安裝尺寸、標(biāo)準(zhǔn)接口等提出要求。

4.施工圖設(shè)計階段

按照設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)接口繪制圖紙。通用設(shè)備中已有設(shè)備安裝基礎(chǔ)要求、尺寸和設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以提前開展施工圖設(shè)計，改變了設(shè)計模式，縮短了工程建設(shè)周期。

5.工程施工階段

各設(shè)計施工單位嚴(yán)格按照施工圖紙開展施工，安裝施工與典型規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)工藝一致。

6.變電站運(yùn)行管理階段

通用設(shè)備經(jīng)過合理優(yōu)化，可以減少備品備件數(shù)量，減少物資儲備，有利于管理和維護(hù)。

7.對設(shè)備制造廠家的指導(dǎo)

制造廠按照通用設(shè)備要求生產(chǎn)設(shè)備，可減少設(shè)備制造商的重復(fù)設(shè)計和研發(fā)，而將更多精力投入到優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和提高制造水平上來。

圖2　550kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備本體、套管及埋件基礎(chǔ)圖（“Z”字布置）

五、經(jīng)濟(jì)和社會效益

（一）經(jīng)濟(jì)效益

研究編制通用設(shè)備，推進(jìn)設(shè)備通用互換，其經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.減少設(shè)備廠商的重復(fù)設(shè)計和研發(fā)，降低設(shè)備制造加工成本，提高制造效率

表2以66～750kV變電站通用設(shè)備為例，給出了應(yīng)用前后66～750kV變電站12類主要電氣設(shè)備種類及電氣接口數(shù)量，表中數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)備種類減少了58%。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，各制造單位的產(chǎn)品規(guī)格種類大幅減少而總的年供貨量均有不同程度的增加，從而有效地減少了設(shè)備廠家的重復(fù)設(shè)計，減少零部件種類。因此，通用設(shè)備規(guī)范參數(shù)使得設(shè)備種類減少，使得設(shè)備生產(chǎn)廠家設(shè)備及零部件種類相應(yīng)減少，從而減少設(shè)備廠商的重復(fù)設(shè)計和研發(fā)，降低了設(shè)備制造加工成本。

2.規(guī)范安裝要求、安裝尺寸和二次標(biāo)準(zhǔn)接口，實現(xiàn)通用互換，提高建設(shè)效益

設(shè)備通用互換，能夠有效地減少設(shè)計人員在工程設(shè)計初期對不同設(shè)備廠商相關(guān)設(shè)備尺寸和安裝要求的依賴性，統(tǒng)一了電氣一次、二次接口以及土建接口的要求，在初設(shè)階段即可確定安裝接口參數(shù)，實現(xiàn)與施工圖設(shè)計的無縫鏈接，提前開展安裝和土建基礎(chǔ)施工圖設(shè)計，建設(shè)單位相應(yīng)提前進(jìn)場開展工作，使整個變電工程的設(shè)計、設(shè)備生產(chǎn)、工程建設(shè)等各方面效率得到了顯著提升，有效地縮短了工程建設(shè)周期，節(jié)約工程建設(shè)成本，從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。僅變電站的設(shè)計、設(shè)備安裝調(diào)試等方面，采用通用一、二次設(shè)備的工程，平均可以減少設(shè)計聯(lián)絡(luò)會5～6次，可以節(jié)約10%左右的工期。

表2　66～750kV變電站通用設(shè)備應(yīng)用前后設(shè)備種類及電氣接口數(shù)量

3.減少設(shè)備種類和備品備件品種，便于運(yùn)行管理，降低運(yùn)行成本

通過合理優(yōu)化、科學(xué)配置設(shè)備技術(shù)參數(shù)，推進(jìn)設(shè)備通用互換，可以顯著地減少變電站內(nèi)設(shè)備裝置的種類，利于后期運(yùn)行維護(hù)。同時，變電站設(shè)備種類的減少以及設(shè)備的通用，可以大大降低變電站備品備件的數(shù)量，利于物資儲備倉庫的建設(shè)，從而降低運(yùn)行維護(hù)的成本。

（二）社會效益

大力推廣變電站通用設(shè)備，是推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的客觀需要；是發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，提高變電站工程建設(shè)質(zhì)量和管理效率的有效措施；是大力提高集成創(chuàng)新能力，促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)的重要體現(xiàn)。其社會效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.提高電網(wǎng)整體技術(shù)水平，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步

通過輸變電工程通用設(shè)備引導(dǎo)設(shè)備廠家開展技術(shù)創(chuàng)新，提高設(shè)備技術(shù)含量，提高工程整體技術(shù)水平，推進(jìn)技術(shù)的不斷進(jìn)步。

2.提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和電網(wǎng)運(yùn)行整體效益

設(shè)備技術(shù)參數(shù)合理、配置科學(xué)，保障裝置的運(yùn)行可靠性，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；減少備品備件數(shù)量，提高設(shè)備通用性，降低運(yùn)營成本，減少因設(shè)備故障造成的停電時間，提高企業(yè)社會效益。

六、小結(jié)

研究編制變電站通用設(shè)備，推進(jìn)設(shè)備通用互換，為建設(shè)、設(shè)計、施工、生產(chǎn)、運(yùn)行和設(shè)備制造廠提供一個溝通交流的平臺，融合電力行業(yè)及設(shè)備制造行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，統(tǒng)一設(shè)備電氣接口、二次接口及土建接口，避免智能變電站設(shè)備型式繁多、訂貨周期長、備品備件通用性差、重復(fù)性設(shè)計工作多、設(shè)備生產(chǎn)制造成本高、運(yùn)行維護(hù)困難等問題。

通用設(shè)備成果充分體現(xiàn)先進(jìn)性、適用性，并實現(xiàn)向施工圖深度延伸。統(tǒng)一了國家電網(wǎng)公司輸變電工程設(shè)計技術(shù)理念和設(shè)計技術(shù)原則，貫徹實施集約化管理要求，統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一設(shè)備規(guī)范。改變了以往變電站設(shè)備參數(shù)分散、品種繁多的狀況，最大程度的實現(xiàn)了相同條件下同類設(shè)備的通用互換提高設(shè)備質(zhì)量，加快建設(shè)進(jìn)度，提高電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平。發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢，符合全壽命周期最優(yōu)理念提高電網(wǎng)企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)整體效益。