綠色環(huán)保變電站的設(shè)計(jì)

王政

[摘 ? ?要]全社會(huì)都在倡導(dǎo)綠色環(huán)保的背景下，變電站在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維的過(guò)程中也應(yīng)該按照這一思路來(lái)盡可能降低其資源消耗水平和管理成本。在具體實(shí)施環(huán)節(jié)應(yīng)該從土建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變配電設(shè)備選型、施工設(shè)計(jì)以及后期運(yùn)維等方面來(lái)提高綠色環(huán)保水平。本文主要從以上幾個(gè)方面來(lái)分析現(xiàn)代化的變電站應(yīng)該如何提高其綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)水平。

[關(guān)鍵詞]變電站;綠色環(huán)保;設(shè)計(jì)思路

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]Under the background of advocating green environmental protection in the whole society， the design， construction and operation and maintenance of substation should also follow this idea to reduce its resource consumption level and management cost as much as possible. In the specific implementation， we should improve the level of green environmental protection from the aspects of civil infrastructure design， power transformation and distribution equipment selection， construction design and later operation and maintenance. This paper mainly analyzes how to improve the green design level of modern substation from the above aspects.

[Keywords]substation; green environmental protection; design idea

1 變電站綠色設(shè)計(jì)概述

發(fā)電廠在完成發(fā)電之后需要通過(guò)變電站進(jìn)行電壓和電流的變換并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電力能源的輸送，變電站最主要的應(yīng)用場(chǎng)景之一就是通過(guò)升壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電力能源的長(zhǎng)距離、跨區(qū)域輸送。變電站在設(shè)計(jì)和建造的過(guò)程中需要根據(jù)不同的功能劃分出不同的分區(qū)且?guī)缀趺總€(gè)部分都在運(yùn)行一些具有特定功能的電氣設(shè)備[1]。例如高低壓配電室、變壓器室、電容器室、控制室等。

變電站的設(shè)計(jì)中包含了土建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備選型、新材料的應(yīng)用、節(jié)能控制以及經(jīng)濟(jì)環(huán)保等各個(gè)方面的內(nèi)容，在當(dāng)前的發(fā)展背景之下需要變電站利用節(jié)能環(huán)保的綠色發(fā)展理念來(lái)完成建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和各種電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)采取新型設(shè)備、新的工藝以及新型的節(jié)能環(huán)保材料來(lái)提升變電所的運(yùn)行穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)低能耗、低污染以及低運(yùn)營(yíng)成本的管理目標(biāo)，以上就是變電站綠色設(shè)計(jì)的核心涵義。

2 變電站綠色環(huán)保設(shè)計(jì)

2.1 土建設(shè)計(jì)

（1）選址。變電站在運(yùn)行過(guò)程中需要具備非常良好的穩(wěn)定性以及盡可能降低其發(fā)生故障的概率，一旦其出現(xiàn)故障就會(huì)對(duì)下游的電力輸送、企事業(yè)單位用電以及居民用電產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這些需要變電站在設(shè)計(jì)選址時(shí)應(yīng)該盡可能規(guī)避那些存在潛在地質(zhì)災(zāi)害或者環(huán)境危害的地塊。通過(guò)嚴(yán)格的地質(zhì)調(diào)查對(duì)地下水情況、軟土地層情況、地下設(shè)施以及變電站的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行綜合考慮，可以有效地降低其在建造和后期運(yùn)行過(guò)程中的成本以及提升變電站的整體穩(wěn)定性。例如，通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)勘察規(guī)避開(kāi)地下污水管道、電纜、光纜以及軟土地層等可以降低變電站的建造成本[2]。另外，施工區(qū)域周邊的交通條件對(duì)材料運(yùn)輸和節(jié)能施工等具有非常顯著的影響，在選址的過(guò)程中也需要考慮這一因素。

（2）節(jié)約土地。在這一方面需要變電站的設(shè)計(jì)人員通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)來(lái)減少占地面積、減少對(duì)施工區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響以及減少對(duì)耕地的占用，盡可能利用廢棄的土地或者廠房用地來(lái)提高土地資源的利用效率也是一種相對(duì)優(yōu)秀的方法。另外，在這一過(guò)程中還需要充分考慮作業(yè)區(qū)域的平整程度、地質(zhì)情況、排水施工的便捷性以及土方開(kāi)挖的工程量等因素。如果相關(guān)的作業(yè)區(qū)域需要進(jìn)行大量的基坑施工、邊坡支護(hù)以及軟土地基處理，就會(huì)極大地增加建造成本以及對(duì)相關(guān)區(qū)域土地資源和生態(tài)資源的影響。

（3）建筑節(jié)能設(shè)計(jì)。變電站在運(yùn)行過(guò)程中還需要為管理人員提供必需的室內(nèi)照明、通風(fēng)以及保暖等基本的保障條件，同時(shí)變電站的各種電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中也需要具備一定的溫度和干燥度，這些因素綜合在一起要求變電站在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須兼顧節(jié)能環(huán)保與實(shí)現(xiàn)各種建筑功能之間的平衡。

①在采光設(shè)計(jì)中應(yīng)該通過(guò)合理地朝向來(lái)盡可能利用太陽(yáng)光并在此基礎(chǔ)上減少電能的消耗。②變電室的門窗設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)保溫、防塵、防雨以及密閉性等具有非常重要的作用，減少窗戶的面積以及增加其閉合部位的密閉性可以減少室內(nèi)熱量的流失，變電所內(nèi)一般會(huì)采用具有良好密閉性和耐火性能的門，這一點(diǎn)只需要按照相關(guān)的規(guī)范來(lái)進(jìn)行防火等級(jí)的控制即可[3]。③墻體設(shè)計(jì)。墻體的保溫性能、抗裂性能以及防滲漏性能對(duì)變電所的后期運(yùn)行和管理具有重要的作用，墻體材料使用不佳可能會(huì)造成變電所在后期的運(yùn)行中產(chǎn)生各種或大或小的質(zhì)量通病并增加運(yùn)維的成本。使用新型的墻體施工材料可以有效地克服傳統(tǒng)材料的各種缺陷并提高以上各個(gè)方面的性能。例如，可以使用新型的砌體材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磚材。④室內(nèi)裝修。變電所的室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)通常應(yīng)該采用極簡(jiǎn)的風(fēng)格，重點(diǎn)從防火、防靜電以及防滲漏等層面做好室內(nèi)裝修工作且避免使用可污染室內(nèi)外環(huán)境的材料。

（4）暖通及水工設(shè)計(jì)。①暖通設(shè)計(jì)。變電站內(nèi)部的變壓器、配電柜以及其他設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中需要做好散熱以及防凍工作，而且變電所的值班管理人員也需要暖通空調(diào)設(shè)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案來(lái)提升關(guān)鍵部位的暖通效果并盡可能減少不必要的能耗。②節(jié)水設(shè)計(jì)。在給水和排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要按照節(jié)約用水量以及提高廢水回收利用率的思路來(lái)開(kāi)展工作。例如，在給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以采用具有水量自動(dòng)調(diào)節(jié)功能和變頻功能的水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)，也就是說(shuō)給水系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際的用水情況來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量以及能源消耗量。在變電站排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要將其與污水回收系統(tǒng)進(jìn)行有效地連接。

2.2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）站區(qū)設(shè)計(jì)。在完成選址工作之后還需要根據(jù)變電站的施工要求合理地規(guī)劃出場(chǎng)地布局、交通線路以及出線條件等，在充分考慮變電站運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對(duì)其遠(yuǎn)期的擴(kuò)建需求以及運(yùn)維需求進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)相關(guān)作業(yè)區(qū)域面積比較狹小時(shí)可采用全室內(nèi)的布置形式來(lái)提高空間利用率。若采用敞開(kāi)式的配電裝置布置形式則應(yīng)該采用管型的高壓電母線配置形式。垂直斷口類的各類開(kāi)關(guān)以及懸臂式阻波器具有占地面積小、空間利用率高的優(yōu)勢(shì)，因而在站區(qū)設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡可能采用這種電氣裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地資源的目標(biāo)?？傊緟^(qū)設(shè)計(jì)是根據(jù)變電站的功能需求來(lái)合理的選擇配電裝置并實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地以及提高空間利用率的目的[4]。

（2）設(shè)備選型。變電站中的各種電氣設(shè)備在其后期的運(yùn)行中對(duì)可靠性、故障率、能耗水平以及使用壽命等都具有非常重要的影響。選用低能耗且高可靠性的先進(jìn)設(shè)備型號(hào)對(duì)其綠色環(huán)保設(shè)計(jì)效果具有非常顯著的作用。①在變電站的室內(nèi)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該采用光伏電池、節(jié)能燈具來(lái)實(shí)現(xiàn)電力能源的開(kāi)源節(jié)流，利用太陽(yáng)能系統(tǒng)為變電站提供部分電力能源供應(yīng)可以有效地減少傳統(tǒng)電力的消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目標(biāo)。②在變壓器的選擇方面，應(yīng)該通過(guò)低阻抗的設(shè)備型號(hào)來(lái)降低絕緣油進(jìn)和鋼材消耗，這樣就可以間接地減少鋼材和絕緣油制造消耗的各種物資和人力。③變壓器設(shè)備的技術(shù)水平隨著社會(huì)的發(fā)展得到了持續(xù)性的改進(jìn)和提高，早期的鐵芯變壓器在空載的情況下具有較高的能耗水平，而后期出現(xiàn)的非晶合金變壓器則具有較低的能耗[5]。

（3）智能設(shè)計(jì)。信息技術(shù)、光纖通信以及自動(dòng)化技術(shù)可以極大地提高互感器、高壓開(kāi)關(guān)以及變壓器等變電站設(shè)備的智能化水平，采用這些技術(shù)進(jìn)行變電站的設(shè)計(jì)和建造可以極大地降低其運(yùn)維的難度并提高設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。智能變電站的設(shè)計(jì)中要求使用智能變壓器和智能開(kāi)關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于其具有完善的故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警機(jī)制且可以依據(jù)配電系統(tǒng)的功率及電壓等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，智能變電站在管理過(guò)程中大量依靠先進(jìn)的信息化平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種日常操作、信息共享，對(duì)人力資源的消耗更少且管理成本也更低。圖1為變電站的演進(jìn)和發(fā)展過(guò)程，當(dāng)前新建的變電站應(yīng)該采用最先進(jìn)的智能變電技術(shù)來(lái)提高節(jié)能環(huán)保的水平?，F(xiàn)代化的智能變電站在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中應(yīng)用IEC61850協(xié)議和具有數(shù)字式特點(diǎn)的電子互感器和斷路器智能接口結(jié)束，在通信方面使用了具有網(wǎng)絡(luò)化功能的高速工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因而其整體的節(jié)能管理水平也大幅度提高。

2.3 綠色施工及運(yùn)維設(shè)計(jì)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化。在設(shè)計(jì)變電站的過(guò)程中還需要從施工便捷性的角度出發(fā)來(lái)控制各種設(shè)備的選型，盡量減少個(gè)性化、特殊性設(shè)備的使用，并且盡量使用一些具有標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)的設(shè)備或者材料。因?yàn)楹笳咴谑┕て骶?、施工方法以及人員培訓(xùn)方面的成本往往更小，進(jìn)而可以更好地實(shí)現(xiàn)變電站的節(jié)能施工管理目標(biāo)。

（2）采用綠色施工方法。變電站在施工過(guò)程中需要消耗大量的鋼筋、混凝土、電纜、電力能源、水資源以及其他各種類型的物資，與此同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一些設(shè)備包裝垃圾、施工材料包裝垃圾、廢水以及廢渣等可能污染環(huán)境的物質(zhì)。因此，變電站在施工準(zhǔn)備階段需要從節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā)制定綠色環(huán)保的作業(yè)和管理方案。例如，在施工現(xiàn)場(chǎng)的管理中應(yīng)該對(duì)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的各種垃圾進(jìn)行分類處理和及時(shí)清理，通過(guò)精細(xì)化的管理措施來(lái)提高變電站施工質(zhì)量，減少各種物資的浪費(fèi)以及提高其使用壽命。

（3）綠色運(yùn)維。在進(jìn)行變電站的設(shè)計(jì)時(shí)還需要從運(yùn)維的角度出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)室內(nèi)的用電、用水以及設(shè)備操作管理規(guī)程。例如，在用電管理方面應(yīng)該做到“人走燈滅”的管理要求，在變電站房間外的照明中可以采用聲控設(shè)備來(lái)減少電力資源的浪費(fèi)。變電站的值班管理人員需要根據(jù)用電負(fù)荷、電壓以及其他類型的影響因素來(lái)合理地控制各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并盡可能減少能源消耗。采用信息化的運(yùn)維管理平臺(tái)可以在很大程度上減少變電站的管理難度并提高工作效率。

3 案例分析

某變電站的變壓器設(shè)備中有一部分是在2000年前后生產(chǎn)的老舊型號(hào)，其中包括1993年生產(chǎn)的SFZ9_40000/110型變壓器，這種設(shè)備的技術(shù)相對(duì)比較落后且在長(zhǎng)期的使用后產(chǎn)生了較大的耗損，該變電站的四臺(tái)該型變壓器的耗損值分別達(dá)到了2.675%、2.420%、1.643%以及1.125%。這種技術(shù)過(guò)時(shí)且已經(jīng)老化的變壓器在運(yùn)行過(guò)程中造成了較高的能耗水平，因此，該變電站從綠色環(huán)保的角度出發(fā)對(duì)各種老舊設(shè)備逐步進(jìn)行更換，全面地提高節(jié)能環(huán)保水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

建設(shè)變電站的過(guò)程中需要占據(jù)一定的土地資源、消耗大量的物質(zhì)資源以及產(chǎn)生一定的環(huán)境污染。通過(guò)綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)方案來(lái)減少能耗、降低物資消耗以及降低投產(chǎn)后的運(yùn)維成本具有非常重要的節(jié)能環(huán)保意義，在具體實(shí)施過(guò)程中需要科學(xué)選址、合理選用變配電設(shè)備以及采取綠色施工技術(shù)等。

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