电力工程变电站模块化建设的探究

电力工程变电站模块化建设的探究

刘岩 娜菲莎 .艾山 朱继勋

国网昌吉供电公司 新疆 昌吉 831100

摘要：随着国家电网公司持续推进输变电工程“两型三新一化”的建设理念，变电站的功能定位和配置要求越来越突出产业化。基于模块化设计理念，分析了智能变电站的模块化设计理念，提出了电气一次模块化集中布置、二次系统集约化集成布置、二次系统集中布置的方法，并利用三维数字化技术对变电站的结构形式和立面组合进行模块化设计，从而达到城市智能变电站整体优化的效果。

关键词：电力工程；变电站；模块化建设；探究

1 模块化智能变电站在工程设计中的应用

1.1 模块化智能变电站的设备选型

对于设备容量、额定电流等常规设备参数，模块化智能变电站的设备选型与传统变电站相差不大，可根据系统要求进行配置。为了实现模块化设备的“即插即用”功能，需要对主变压器模块的接线端子进行修改，并使用可插拔电缆附件与进线模块连接；对于220kV开关模块和110kV开关模块，工程设计中将气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）作为模块的基本形式，高压设备如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器高度集成，结合设备厂家工厂预制工艺，进、出线采用可插拔整体式电缆套管和电缆连接器，充分体现模块化变电站的特点，便于维护检修；10kV开关模块可选用金属铠装移动式开关柜或固定式开关柜。为缩短施工时间，可在工厂提前预制成组装式开关室，并在现场组装，但应同时考虑开关室的运输和吊装。综合自动化模块主要包括继电保护系统、调度自动化系统、智能监控系统和变电站通信系统。10kV保护系统可在厂内提前在10kV开关模块内预制，其余可在预制好的中控室内安装。

1.2模块化智能变电站总平面布置图

变电站总平面布置应符合《总图标准》（GB/T 50103-2010）和《变电站总平面设计技术规范》（DL/T 5056-2007）的规定。总平面布置必须树立总体概念，因地制宜采用成熟的新材料、新工艺、新布局，满足可持续发展的要求。此外，还要遵守国家土地政策，合理利用土地，提高土地利用率，通过各种方案的技术经济比较，不断优化设计方案，尽可能降低工程造价，缩短建设周期。

根据上述原则，结合本工程地理环境特点，以南部地区为例，变电站各功能模块应尽量避免大面积长期日照。每个配电室可按从北向南的方向布置，即配电室的长边朝北向南，可有效减少阳光的影响。此外，还应考虑当地的水文和气象条件。沿海地区应考虑台风的影响，适当调整变电站总体布局，减少受风面积。目前，人们对城市环境的要求越来越高。在模块化变电站的设计中，各模块的立面可结合当地的历史文化条件进行设计，使变电站的整体立面与周围环境相结合，实现与周围环境的有机结合和整体协调统一。您可以参考周围大型建筑的立面设计，并咨询当地规划部门。

总之，在设计模块化变电站总体布局时，不仅要考虑变电站的土地利用、地理气候条件和当地文化条件，同时结合变电站的整体节能要求，合理布置变电站的总体走向和各功能模块的位置。

2模块化智能变电站的节能分析

如上所述，模块化变电站主要根据各功能模块在工厂预制，现场组装。为了满足变电站的节能要求，需要考虑预制轿厢的结构、材料和立面颜色。

为保证预制舱室的抗震防风性能，舱室承重框架主要采用高强度型钢组成的框架。在轿厢顶部、底部和墙壁上可设置适量的通风口，以确保轿厢内的空气可与外部空气交换。应根据内外环境温度的变化对通风口进行修改，以交换空气，以保持客舱内外空气压力的平衡。当轿厢内部温度升高（降低）至制冷设备的启动温度时，通风口将自动关闭，在轿厢内形成一个封闭的空气隔热体。

舱壁主要由（由外向内）纤维水泥外墙挂板、换气层、防潮防潮膜、定向结构刨花板、保温材料、方管或其他钢结构组成，防水，耐火防潮纸面石膏板等材料。这种墙体具有优良的隔热性和气密性，能有效防止室内结露，不用担心长期使用会导致箱体的腐烂。同时具有防尘、防腐、防潮、防火等性能。外墙采用的金邦板材料具有绿色环保、轻质高强、隔音、防水、防火、耐候、抗冻等特点，保证了预制舱的节能效果。研究数据表明，不同的颜色吸收不同的太阳热量。浅色系的太阳热吸收系数远低于深色系。以白色和黑色为例，黑色吸收的热量占太阳辐射热量的85%，而白色仅占20%。在工程设计中，应根据当地气候条件，合理选择预制舱外立面的颜色。在中国南方，冬季气候温暖，夏季气候炎热。预制舱外立面建议以白色为主色调，其他浅色设计；在北方，冬季气候寒冷，夏季气候炎热。为考虑夏季隔热性能，建议采用白色为主色调，其他深色设计预制舱外立面。

3 模块化设计中新技术和设备导致的问题及建议

3.1 成套设备运行环境方面

高度集成的模块化成套设备本身需要消耗大量电能。同时，监控设备的装置也会在运行过程中提高集成部分的温度，使整个设备的主控部分处于高温环境中。整套设备的电路板上有锡连接点。暴露在高温下可能导致电路板熔断，并增加设备运行期间的故障率。因此，在成套设备的应用和模块化设计中，设备布局和散热设备配置将与传统方式有很大不同[11]。以智能控制柜的湿气驱动和散热问题为例，合并单元和智能终端一般安装在智能控制柜内，而智能控制柜通常安装在断路器和变压器附近。如果变电所采用室内GIS，控制柜的运行环境相对较好，控制柜的除湿散热基本没有问题。但是，如果控制柜安装在室外，则需要配置额外的制冷设备和通风设备，并且需要实时监控柜内的环境。

3.2信息收集和数据安全

模块化变电站广泛采用成套设备和集成采集装置，提高了工作效率，但也带来一定的风险。例如，光变压器具有非常敏感的特性，并且容易受到其他因素的影响，导致效率损失或数据采集精度降低，这可能导致系统误判。智能变电站中的电子变压器等设备在运行时，受磁场力的影响，成套设备不能正常工作或稳定性降低，影响系统的安全性和可靠性。模块化智能变电站在传输过程中通常采用点对点通信。由于操作和实施的复杂性，在设计中需要考虑更高的标准。智能变电站通常结合各种辅助工具来实现信息的传输和交换。模块化设计将进一步结合信息和数据交互单元，同时实现接口标准化。集中式信息交换模式在受到攻击或故障时会扩大影响范围，甚至导致整个变电站瘫痪。

3.3功能模块调试

模块化过程是变电站一、二次系统的集成、组装模块化、建设过程产业化、建设简化的过程。光纤和数字信息通信极大地改变了智能变电站的系统设计和调试思路和方法。模块化智能变电站调试主要针对智能元件和系统功能，分为两部分：一是各智能元件的功能调试，包括计量、测量、控制、监控、保护等；二是智能组件的整体调试，包括检查各组件与站控层网络、过程层网络的信息交互是否满足设计要求。不同于传统的变电站，只有现场调试，模块化变电站设计通常不能完全考虑操作和维护，所产生的变电站配置容易出错。有必要考虑进站系统的联合调试，避免现场发生重大变化，减少现场调试过程中的影响。

结束语

目前，城市智能变电站的建设应基于模块化设计理念。电气一次设备因地制宜采用模块化集中布置，二次系统采用集约化集成布置，实现设备分区的整体模块化设计，通过室内功能的模块化调整，充分提高室内空间利用率。同时，基于BIM技术对钢结构进行模块化设计，合理优化建筑立面形式，实现建筑整体结构模块化和建筑拼装。综上所述，使变电站实现设备模块化、信息数字化、功能集成、结构组装等智能化运营和标准化建设水平，是对国家电网公司持续推进输变电工程“两型三新一化”建设理念的积极响应，在突出其工业化功能定位方面尤具意义。

参考文献

[1]新一代智能变电站概念设计[J]. 宋璇坤,沈江,李敬如,肖智宏,李震宇,邹国辉,黄宝莹. 电力建设. 2019(06)

[2]新一代智能变电站整体设计方案[J]. 宋璇坤,李敬如,肖智宏,林弘宇,李震宇,邹国辉,黄宝莹,李勇. 电力建设. 2021(11)

[3]智能变电站建设方案的研究[J]. 刘娇,刘斯佳,王刚. 华东电力. 2020(07)