模块化智能变电站的装配式设计研究

模块化智能变电站的装配式设计研究

姚晓林

中石化中原石油工程设计有限公司  河南郑州 450018

摘要：随着我国社会的迅速发展，人们生活水平的提升，对于电力需求的增加，促进了电力企业的进步。智能变电站是坚强智能电网的重要组成部分，关系电网安全、质量和效益。智能变电站模块化建设是一种新的智能变电站建设模式，具有标准化设计、模块化组合、工厂化生产、集约化施工的特点，能全面提升电网工程的设计、建设和管理水平。推行智能变电站模块化建设，是应用模块化思想推进智能变电站高效建设的重要途径。

关键词：模块化；智能变电站；装配式；设计研究

引言

变电站在化工等很多行业都有应用，电力供应关乎国计民生及能源安全，为国家提供安全可靠、高质量的电能是电力行业的责任。近年来智能电网已经成为电力行业发展的主要趋势，也已经逐渐成为未来低碳经济需求的关键性战略。其中，装配式的模块化智能变电站是未来发展的主要类型之一。装配式的智能变电站将变电站的土建设计和电气设计有机的结合，最大限度的提高变电站的施工效率和设计的整体性，提高项目的整体效益。

1模块化智能变电站的构成

模块化智能变电站是一种新型的适应时代的变电站，以220kV变电站为例，通常分为主变模块、220kV断路器模块、110kV断路器模块、10kV断路器模块等八个主要功能模块、电容器模块、反应器模块、变电站变模块、地变模块，以及完整的自动化模块。220kV和110kV主变模块部分套管主要采用分体方式与引入电缆进行有效电气连接，10kV部分主要采用全绝缘封闭母线桥或多芯电缆连接方式与10kV开关模块连接。220kV断路器模块、110kV断路器模块主要是气体绝缘封闭式断路器（GIS）设备，预装在综合断路器室，可现场组装，通过可拆卸方式，与输入电缆进行高效电气连接。10kV投切模块采用组合电器，预装在综合断路器室内，可现场组装，也可选择箱式投切室与主变模块采用全绝缘封闭母线桥或多芯电缆连接。电容模块、电抗器模块、变站模块、变地模块为工厂预制，可与10kV开关模块拼装或独立安装。集成自动化模块采用集成预制舱室样式，通过控制和通信电缆连接到其他模块。

2装配式变电站特点及建筑模式

装配式变电站典型设计是与施工工艺息息相关的。不同的施工工艺对装配式变电站典型设计的成本、施工周期、运行管理能力等多个方面起决定性作用，因此对施工工艺的清楚、细致的剖析有利于装配式变电站典型设计的发展。随着施工工艺的发展，典型设计也不断地改进，但目前在施工的过程中，装配式变电站典型设计还是存在一定的缺点。建设单位、设计单位以及管理单位意见不统一导致项目冗余、施工复杂。建设单位期望利用更低的造价，创造出更方便使用的产品，而设计单位则要统筹考虑，既要满足规范要求，又要成为技术先进的标杆工程。同时，典型设计建设需要先进行土建施工，然后进行电气设备的安装调试，因此存在建设周期长，用工量大等缺点。由于各个设计都是在典型设计的基础上进行改进、同时根据地区温度环境的不同进行调整设计的，所以经常会造成管理上的不便。不同的设计方案也会影响使用单位的合理性与方便性。模块化设计是装配式变电站的精髓。

模块化的设计可以通过统一的技术规范进行生产、安装、调试，同时管理起来也比较方便，能够实现变电站全寿命周期的技术管理。装配式变电站的设计由于采用模块化的思想，前期不断改进，可以使技术成果不断成熟，减少设计理解不足、设计遗漏等问题。装配式变电站采用模块化设计，配件的生产、设备的组装以及部分设备的大部分调试工作在生产厂家内部即可完成，因此通过不同功能模块的机械组合就可完成大部分的工作，只需现场进行整体联调。

模块化设计以灵巧、便捷、智能、高效的方式解决了传统设计中的问题。也大大缩短了建设施工周期，用工量小，节约成本。对于管理方而言，模块化设计是按照统一的技术规范进行管理，也使得管理起来相对简单许多。

模块化变电站模式采用装配式技术和应用模块化设备，主要包含土建部分和电气部分。模块化变电站的建设模式应用在电网中已初见成效，比如在缩短建造时间、经济效益、环保以及检修管理方面具有很好的优势。

3装配式变电站设计

3.1装配式变电站结构体系设计

装配式变电站和传统变电站在结构体系上区别较大，装配式变电站的电气设备采用集中配置以节省占地空间，因此在结构设计上要求要高。装配式变电站的结构形式主要有混凝土与钢结构组合结构、轻型门式钢架结构、钢框架等。

（１）混凝土与钢结构组合结构：一般采用预制混凝土制成结构柱，难点在节点处理，工艺要求高，难度较大，导致标准化程度较低，难以规模化生产，若采用叠合钢梁则需大量浇注，若采用焊接来连接构件则需在构件内预埋连接件，从而增大现场施工工作量，导致整体建设工期延长。基于以上情况，这种结构形式现在使用较少。

（２）轻型门式钢架结构：构架简单，构件标准化程度高，适于工厂化规模生产，组装方便，在户外ＡＩＳ、ＨＧＩＳ等变电站结构设计中应用广泛。但由于该结构占用面积较大，不宜应用在户内ＧＩＳ和占地面积小的变电站。

（３）钢框架：主要分为空腹量支撑钢构架、钢构架和压型组合楼盖结构体系，区别是楼盖系统，空腹量支撑钢构架通过螺栓将构架柱、斜撑、梁柱等构件组合一体，可实现结构的分层安装，使得装配变得方便。结合设计经验，钢结构使用较多，它具有良好的抗震抗灾能力，同时建设周期较短，可进行标准化施工。

3.2主要电气设备的选择

根据计划用电负荷及负荷未来发展趋势，合理计算总负荷，确定变压器的容量，结合变电站的额定电压等参数要求进行变压器的型号选择，再通过短路条件进行验证，校验其动、热稳定性是否满足要求；根据变电站规划的进出线数量进行线路间隔电气设备的配置，按照正常条件额定电压、额定电流等进行选择，再按照短路情况对设备进行动、热稳定性校验，确保设备满足使用条件；根据一次设备的配置情况选择合适的二次设备，重点考虑设备之间的通信匹配性、接口连接的方便性、功能实现的齐全性；还应从变电站的整体布局考虑，选择结构合理、性能佳、使用寿命长、经济性强的电气设备。

3.3电气设备的电气设计

电气设备选择好后，首先应设计变电站的主接线图，根据主接线图对电气设备进行再次核对，确定电气设备无遗漏，设计电气主接线时应保证必要的供电可靠性、良好的电能质量、一定的灵活性和方便性、一定的经济性；再确定电气设备的空间布置，根据电气设备的实际尺寸、安全净距、物理联系等方面综合考虑，合理布局电气设备，保证设备运行的安全，减少设备之间的连接电缆长度，同时方便运行维护；最后进行电气一次接线图和二次接线图的设计，认真严谨的完成设备的连接线设计、二次接线端子或连接端口设计，这将对后面的设备安装、功能调试起着很关键的作用，设计错误将直接影响施工、调试的进度，严重时将造成变电站不能正常投运。

结语

装配式变电站不同于传统变电站建设模式，它采用模块化设计，是变电站设计的一种全新的理念，具有智能化、环保、施工周期短、成本高、简洁便利等优点。在新建变电站中得到越来越多的应用，特别适合于供电规模小、１１０ｋＶ及以下供电网络不复杂的变电站。有效提高了变电站的建设效率，取得了良好的经济和社会效益。为模块化智能变电站的装配式设计提供相关参考，促进该设计模式的广泛应用。

参考文献

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