智能变电站模块化二次组合设备机架式预制舱方案研究

智能变电站模块化二次组合设备机架式预制舱方案研究

闫晋1曹效霞2张延辉3权海亮2郭亚昌2

（1山西汾西重工有限责任公司山西太原030027）

（2中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原030001）

（3国网山西省电力公司山西太原030001）

摘要：描述了以屏柜为载体的二次设备预制舱的优点与不足，提出了一体化设计、安装的机架式结构二次设备预制舱，介绍了舱内二次设备以功能不同组成的不同类型子模块以及舱内、外模块设备之间连接方式，实现二次设备预制舱的“即插即用”，提高了现场施工效率。最后结合某500kV智能变电站给出了机架式预制舱内模块化组合二次设备的配置方案。

关键词：智能变电站；二次设备预制舱；机架式；模块化；即插即用

0引言

2013年国家电网公司两会提出加快建设特高压和各级电网，提高电网智能化水平，全面提高电网建设能力。随着智能变电站发展，变电站设备智能化程度不断提高，现有设备运行方案已经无法满足目前智能变电站的建设要求。

本文在基于“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”全新理念的基础上，针对智能变电站传统以屏柜为载体的二次设备预制舱安装接线工作量大，施工周期长，质量难控制等问题，提出了一体化设计、安装的机架式结构屏柜概念，并对舱内二次设计进行模块化整合，实现占地面积减小、现场安装方便，现场施工效率提高等目的。

1二次设备预制舱模式简介

根据国家电网公司Q/GDW11152-2014《智能变电站模块化建设技术导则》，变电站预制舱式二次组合设备舱体外形尺寸为：

2传统二次设备预制舱布置方案

目前，预制舱内二次设备屏柜双列靠墙布置方式使用最为广泛，与2013年首批试点工程的预制舱内屏柜单列布置方式相比，舱内容纳屏柜的数量成倍增加。

预制舱内所有二次设备屏柜内设备的生产、安装、接线、调试均在厂家完成，再运送至二次设备预制舱进行屏柜之间的接线与调试。预制舱抵达变电站现场后只需要与一次设备、户外智能控制柜进行连接、通信。该方式有利于二次设备功能的整合，提高设备集成度，保证设备之间的连接可靠性，大量节省了现场施工、调试的工作量，简化检修维护工作，大大缩短建设周期。

上述以屏柜为载体的二次设备预制舱虽与传统建筑物二次设备室有明显优势，但仍存在舱体与屏柜重复防护处理，屏柜内空间利用率低，屏间连线多且复杂，屏柜内设备尚未形成模块化安装等问题。

3机架式二次设备预制舱布置方案

针对传统二次设备预制舱存在的问题，本文提出了在二次设备预制舱内采用一体化设计、安装的机架式屏柜。

预制舱内采用机架式结构，采用机架外廓部分与舱体合成制造的方案，增加机架的强度，解决单独安装机架存在的装配精度不高的问题，机架内的设备采用标准化设计、工厂化加工的快速装配模式。预制舱内采用模块化整体布线的方案，将整个机架视为一个大型机柜，在机架内布置以走线槽为主题的行线网络。在机架下部设置一根公用走线槽盒，在机架内实现走线地面化。图2为机架式结构的整体框架，图3为一体化设计的机架式结构预制舱。

图3一体化设计的机架式结构预制舱

现有预制舱内二次设备屏柜尺寸为2260mm×800mm×600mm，机架设计的预制舱内设备机架的尺寸为2260mm×700mm×600mm（两个机架间留有线缆的安装维护通道），且在此基础上改变舱门位置，取消屏门，使预制舱内释放出更多的空间布置设备且舱内过道宽度由传统1390mm增大为1500mm，增加了舱内人员活动空间。

4机架式预制舱二次设备模块化装配方案及线缆连接

模块化设计就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。

预制舱的二次设备模块化装配就是将舱内各个模块要素组合安装在一起，构成新的、有特定功能的二次设备预制舱。各个机架单元内的模块要素包括：基础安装、空开模块、设备模块、辅助模块、线缆插接及门板安装。

变电站二次设备本着“安全性、独立性、适应性、灵活性、通用性、先进性、经济型”原则，按照不同功能，以模块为单位划分为监控模块，公用设备模块、间隔层设备模块、通信模块和交直流模块。

预制舱内模块化二次设备采用框架下方进线的方式，将整体框架式模块化二次设备各模块中的装置通过电缆、光缆及其他线缆根据图纸实现互联。光缆采用预制接头、电缆采用航空插头，在现场直接通过屏柜背面下放的集中转接模块与其他模块或室外一次设备、智能汇控柜进行标准化连接，实现“即插即用”。户内预制式二次组合设备接线实现全部厂内加工，实现施工现场预制舱内“0敷设”，舱内屏柜“0光配、0端子排”。

5工程应用情况

天津某500kV变电站主变建设规模4×750MVA，本期2×750MVA，500kV终期出线规模10回，本期出线4回；220kV终期出线规模16回，本期出线9回。按工程规模，站内二次设备预制舱设置有1个II型主变预制舱、2个II型500kV系统预制舱、2个II型220kV系统预制舱。

主变二次模块“以主变单元为单位”进行模块化设计，主变预制舱内二次模块共包含4中机架子模块：主变测控机架+主变保护机架组成的主变间隔设备子模块；主变网络分析及故障录波器机架+主变公用测控及对时装置机架组成的公用设备子模块；直流分屏组成的电源设备子模块；备用子模块。

500kV二次模块“以串为单位”进行模块化设计，500kV系统二次舱内共包含有5种机架子模块：500kV串断路器测控装置机架+500kV串断路器保护装置机架+500kV串线路保护装置机架组成的500kV间隔层设备子模块；500kV网络分析及故障录波器机架+500kV公用测控及对时装置机架组成的公用设备子模块；直流分屏组成的电源设备子模块；500kV母线保护机架组成的母线设备子模块；备用子模块。500kV采用3/2接线，第一串至第三串、第四串至第七串二次设备子模块分别布置于两个II个预制舱。

220kV二次模块“以间隔为单位”进行模块化设计，220kV系统二次舱内共包含有4机架子模块：220kV线路保护测控机架组成的220kV间隔层设备子模块；220kV网络分析及故障录波器机架+220kV公用测控及对时装置机架组成的公用设备子模块；直流分屏组成的电源设备子模块；备用子模块。

6结论

本文分析了传统以屏柜为载体的预制舱的优点与不足，在此基础上提出了一体化设计的机架式结构二次设备预制舱。该模式的预制舱内二次设备以功能不同划分为不同模块，机架与舱体一体化设计、安装，舱内、外模块设备之间可以实现“即插即用”，提高了现场施工效率，缩短了施工周期。最后以某500kV变电站为例，介绍了模块化设备为单元的机架式二次设备预制舱在工程中的应用，符合国网公司提出的智能变电站“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”的设计理念。

参考文献：

[1]张文亮，刘壮志，王明俊等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009,33（13）。

[2]樊陈，倪益民，杨宇等.智能变电站二次设备集成方案[J].电力系统自动化，2014,38（3）。

[3]苏麟，石慧，王爱民等.预制光缆在智能变电站应用技术研究[J].中国电业（技术版），2014,（9）。

[4]郑玉平.智能变电站二次设备与技术[M].北京：中国电力出版社，2014。

作者简介：闫晋（1967-），男，山西大同人，毕业于太原理工大学，从事电气技术工作；曹效霞（1987-），女，山西河津人，毕业于太原理工大学，从事变电站二次设计工作；张延辉（1980-），男，山西太原人，毕业于太原理工大学，从事电力系统研究工作。权海亮（1988-），男，山西祁县人，毕业于太原理工大学，从事线路电气工作。