王世釗，宗玉萍

(1. 上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025；2. 國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200070)

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220 kV標準裝配式變電站二次設(shè)備模塊化

王世釗1，宗玉萍2

(1. 上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025；2. 國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200070)

2014年上海投運的220 kV沈磚變電站為國網(wǎng)公司2014年標準裝配式智能變電站模塊化建設(shè)第一批試點工程，對二次設(shè)備室內(nèi)二次屏柜按功能進行研究，并進行模塊化分割，將其分為多個不同模塊研究二次組合設(shè)備模塊的最優(yōu)化配置?？偨Y(jié)220 kV標準裝配式變電站二次設(shè)備模塊化實施的優(yōu)缺點，并提出了今后需繼續(xù)研究的問題。

標準裝配式；模塊化；變電站

開展標準裝配式智能變電站設(shè)計研究是國家電網(wǎng)公司基建領(lǐng)域全面深化標準化建設(shè)的重要內(nèi)容之一，是標準化設(shè)計工作向縱深拓展的重要舉措，是在全面推廣應(yīng)用“三通一標”基礎(chǔ)上的電網(wǎng)工程設(shè)計新模式。開展標準裝配式變電站設(shè)計有利于節(jié)能環(huán)保，有利于提高工程安全質(zhì)量和工藝水平、提高設(shè)備使用壽命、控制工程造價。通過標準裝配式設(shè)計，可以不斷提升電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量和效率，實現(xiàn)國家電網(wǎng)公司又好又快建設(shè)世界一流電網(wǎng)的目標。

某變電站位于上海郊縣，為國內(nèi)首座全戶內(nèi)220 kV預(yù)制裝配式模塊化建設(shè)的變電站，相較于常規(guī)變電站有較大不同和改進，對于二次系統(tǒng)，盡可能考慮減少現(xiàn)場安裝及調(diào)試工作量，故對于二次系統(tǒng)需進行整合。

1 220 kV二次屏柜模塊化分割方案

考慮到該220 kV變電站本站為全戶內(nèi)布置，故各電壓等級的保護、測控、計量設(shè)備以及主變保護及測控全部下放就地布置。根據(jù)220 kV及110 kV GIS匯控柜的實際情況，將過程層、間隔層設(shè)備與匯控柜進行合理整合。35 kV設(shè)備布置在開關(guān)柜二次倉內(nèi)。

站控層及全站公用二次設(shè)備集中布置于二次設(shè)備室內(nèi)。根據(jù)各自功能的不同，將二次設(shè)備室內(nèi)安裝的監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波、全站時間同步、智能輔助控制系統(tǒng)、一體化電源系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)等設(shè)備劃分為3大模塊，分別為監(jiān)控一體化模塊、交直流一體化電源模塊、通信一體化模塊。各系統(tǒng)的設(shè)備選型以及組柜安裝進行集中優(yōu)化，整體占地面積相較于其他工程大大減少；對于各系統(tǒng)屏柜對外接口回路(交直流電源輸入、信號輸入輸出)統(tǒng)一考慮，相較于分散屏柜回路也大大減少。此外，各系統(tǒng)屏柜進行整體生產(chǎn)調(diào)試、運輸及安裝，大幅減少了現(xiàn)場安裝調(diào)試工作量。

2 站控層及全站二次設(shè)備組屏方案

2.1 監(jiān)控一體化模塊

監(jiān)控一體化模塊包含監(jiān)控系統(tǒng)子模塊、PMU及同步時鐘子模塊、故障錄波子模塊和輔控系統(tǒng)子模塊。該模塊僅占用5 400×600(寬×深)屏位大小，并采用整體設(shè)計。

監(jiān)控系統(tǒng)子模塊將原先監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備(1面監(jiān)控主機屏、1面服務(wù)器屏、3面網(wǎng)關(guān)機屏、1面公共測控屏、1面交換機屏)整合成1 800×600 mm的模塊，較常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)站控層設(shè)備占地面積節(jié)省近60%；PMU及同步時鐘子模塊將原先PMU主機及采集屏(3面)和GPS屏(1面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規(guī)設(shè)備占地面積節(jié)省近60%；故障錄波子模塊將原先故障錄波屏(2面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規(guī)設(shè)備占地面積節(jié)省近25%；輔控系統(tǒng)子模塊將原先遙視屏(1面)、技防屏(1面)、輔控屏(1面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規(guī)設(shè)備占地面積節(jié)省近50%。相較常規(guī)布置共計節(jié)省60%占地面積。

此外，間隔層設(shè)備全部采用就地化布置，與保護共同裝于智能控制柜內(nèi)，本期共可節(jié)省測控屏13面。

2.2 交直流一體化電源模塊

交直流一體化電源模塊按照交流直流分為兩個子模塊，該模塊僅占用8 000 mm×600 mm(寬×深)+800×600 mm(寬×深，事故逆變)屏位，并采用工業(yè)化設(shè)計理念設(shè)計。

交流系統(tǒng)子模塊將原先一體化電源中的交流進線柜(2面)、交流分段柜(1面)、交流饋線柜(4面)及UPS電源柜(2面)按母線段整合成兩面2 000×600 mm的屏柜，較常規(guī)交流系統(tǒng)占地面積節(jié)省30%。直流系統(tǒng)子模塊將原先直流充電柜(2面)、直流進線柜(1面)、直流饋線柜(4面)、48V通信電源柜(2面)同樣按母線段整合成兩面2 000×600 mm的屏柜，較常規(guī)直流系統(tǒng)占地面積節(jié)省近40%。此外，配電裝置室內(nèi)直流分屏亦進行整合，均在常規(guī)屏柜基礎(chǔ)上通過優(yōu)化節(jié)省近30%體積。

2.3 間隔層——以間隔為單位的模塊化二次組合設(shè)備

該220 kV變電站將所有間隔層二次設(shè)備全部下放，采用了“以間隔為單位的模塊化二次組合設(shè)備”的概念。其中35 kV保護測控裝置、主變低壓測控裝置及操作箱及母線測控裝置按間隔安裝在35 kV開關(guān)柜中，110 kV線路保護測控裝置按間隔安裝在110 kV線路GIS匯控柜中，110 kV主變中壓測控裝置及操作箱按間隔安裝在110 kV主變GIS匯控柜中，110 kV母線測控裝置按母線段安裝在110 kV母線設(shè)備間隔GIS匯控柜中，220 kV線路、母聯(lián)、分段、主變間隔保護裝置(包括母差保護等)、測控裝置、電度表、交換機等按間隔均安裝在220 kVGIS匯控柜中(見表1)。

本期該變電站220 kV GIS匯控柜采用模塊化整體設(shè)計，整合后的柜體采用整體柜的形式，在其內(nèi)部打通，大幅度減少柜內(nèi)及柜間接線。以220 kV線路匯控柜為例，中間一面柜下方布置GIS控制模擬接線圖，上方布置測控裝置、電度表、帶電顯示器控制器等設(shè)備；兩邊兩面柜與常規(guī)線路保護屏類似，均布置一臺操作箱一臺保護裝置。每面柜后面上部布置柜內(nèi)小空開，利于運行人員巡視；下部布置一只呼吸器供散熱使用。

此外，該變電站110 kV側(cè)采用保護測控一體化裝置，均下放至就地，線路、分段保護均布置于GIS匯控柜內(nèi)，線路間隔還預(yù)留遠景自愈裝置安裝位置，整合為1面600 mm×800 mm(寬×深)屏柜；35 kV側(cè)保護測控裝置均安裝于35 kV開關(guān)柜二次室內(nèi)。

3 二次設(shè)備模塊化特點

3.1 節(jié)省二次設(shè)備占地面積

二次設(shè)備的二次整合，極大地縮小了二次繼保室的面積，二次設(shè)備屏柜數(shù)量見表2。在表2中，由于本站屏柜均為模塊化設(shè)計，試點方案屏柜數(shù)量為本期方案折算成普通屏柜大小的數(shù)值。

3.2 增強二次設(shè)備抗干擾能力

電磁干擾的產(chǎn)生原因多種多樣，必須采取一些技術(shù)措施將干擾降低到最低程度，從而保證裝置的安全運行。

傳統(tǒng)站從一次設(shè)備就地放至保護屏一般為長電纜，受干擾風(fēng)險較大，易造成保護誤動。本期沈磚站二次設(shè)備均實現(xiàn)就地布置，站內(nèi)保護無使用長電纜，除主變保護外其余保護電纜均在一個房間內(nèi)。此外，由于站內(nèi)很多模塊柜內(nèi)打通，柜間電纜形式改為柜內(nèi)接線，減少了電纜數(shù)量，從一方面提高了抗干擾能力。

本站除從減少二次電纜長度及數(shù)量方面著手提高抗干擾能力外，本站大部分二次電纜采用預(yù)制式電纜，電纜兩端采用航空插頭，航空插頭適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜惡劣的環(huán)境，抗干擾能力強，屏蔽性能良好；現(xiàn)場好操作，施工方便，節(jié)省空間。

表1 以間隔為單位的模塊化二次組合設(shè)備使用情況

3.3 信息一體化及高級應(yīng)用

根據(jù)國網(wǎng)最新發(fā)布的《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW679-2011)要求，按信息安全的重要程度分區(qū)對站控層設(shè)備進行整合，建設(shè)智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)。按照全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化的基本要求，通過系統(tǒng)集成優(yōu)化，實現(xiàn)全信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一展示，實現(xiàn)運行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運行管理和輔助應(yīng)用等功能。

除此之外，該變電站本期含有很多高級應(yīng)用，主要包含：智能告警及分析決策、智能故障信息綜合分析決策、設(shè)備狀態(tài)可視化、遠方修改和核查定值、繼電保護設(shè)備遠方操作、一體化保護及故障信息子站與一體化平臺集成、站端 DL/T860(IEC 61850) 與調(diào)度端 IEC 61970信息協(xié)調(diào)實現(xiàn)源端維護等方面。通過高級應(yīng)用，能使后臺更便捷的了解本站的運行狀態(tài)，減少了運行人員的工作量。

4 需進一步深入研究的問題

4.1 間隔層設(shè)備下放后柜內(nèi)空間布置問題

間隔層設(shè)備下放至一次設(shè)備匯控柜，容易造成匯控柜內(nèi)空間緊張。以220 kV線路匯控柜為例，中間一面柜下方布置GIS控制模擬接線圖，上方布置測控裝置、電度表、帶電顯示器控制器等設(shè)備；兩邊兩面柜與常規(guī)線路保護屏類似，均布置一臺操作箱一臺保護裝置。每面柜后面上部布置柜內(nèi)小空開，利于運行人員巡視；下部布置一只呼吸器供散熱使用。由于原保護屏寬為800 mm，現(xiàn)保護屏壓縮至600 mm，故柜內(nèi)接線較密集，尤其中柜，由于設(shè)備過多，柜內(nèi)還布置很多GIS本體繼電器、本體航空插頭，故柜內(nèi)布置充分利用柜內(nèi)空間，以橫向?qū)к壭问胶凸駜?nèi)側(cè)壁布置等空間方式來減少體積。

表2 二次設(shè)備屏柜數(shù)量對比

本期柜內(nèi)端子排緊湊設(shè)計，并且在不影響現(xiàn)場接線的情況下，盡量減少柜內(nèi)端子排，并且一側(cè)端子排布置疊成兩列；將GIS本體至匯控柜的航空插頭固定在柜內(nèi)底部，兩側(cè)布置；外接線的航插布置于柜內(nèi)橫向?qū)к壣希阌诮泳€。

雖本站實現(xiàn)了設(shè)備完全就地化，但是在實際工程中發(fā)現(xiàn)由于柜內(nèi)空間有限造成有些柜內(nèi)繼電器無法牢固固定、小空開操作困難、觀測柜內(nèi)元件數(shù)據(jù)較困難等情況，故需在以后工程中仔細考慮，盡量避免此類問題的發(fā)生。

4.2 保護及測控就地布置后屏柜散熱問題

由于本期保護及間隔層測控設(shè)備均就地布置，一次GIS設(shè)備室內(nèi)未配置空調(diào)等設(shè)備，溫度較二次設(shè)備室高，一次設(shè)備室運行環(huán)境較二次設(shè)備室較惡劣，故二次設(shè)備布置于就地需充分考慮屏柜散熱濕度等因素。以220 kV設(shè)備為例，每面就地屏柜底部配置一只呼吸器，柜頂配置風(fēng)扇，柜內(nèi)配置溫濕度控制器控制風(fēng)扇，當柜內(nèi)50℃時啟動風(fēng)扇進行通風(fēng)降溫。通過夏季某日現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，此配置能滿足二次保護設(shè)備在允許的環(huán)境溫度下正常運行的相應(yīng)要求。

但隨著保護設(shè)備的越來越密集安放，柜體散熱需在今后的工程中結(jié)合實際情況得到重視，柜體散熱方案也需結(jié)合柜內(nèi)設(shè)備布置、柜內(nèi)設(shè)備散熱量、設(shè)備運行環(huán)境等進行相應(yīng)研究，選擇合適的散熱方式才能確保變電站安全運行。

5 結(jié)語

“以間隔為單位的模塊化二次組合設(shè)備”這一概念的提出，將所有保護設(shè)備均下放至一次設(shè)備就地，全站完全取消間隔層保護測控屏、主變保護屏以及交換機屏，徹底實現(xiàn)了一二次設(shè)備整合。最大程度上節(jié)約了二次電纜投資和建筑施工費用，為一二次設(shè)備的進一步整合開創(chuàng)了條件；另外還加強了一次與二次設(shè)備間的聯(lián)系、間隔清晰明確、實現(xiàn)一二次設(shè)備的集成化、模塊化，并能夠大幅減少現(xiàn)場施工和調(diào)試的工作量、縮短了變電站的建設(shè)周期。

間隔層設(shè)備全部下放至就地并且一一對應(yīng)，公共部分及站控層設(shè)備集中整合于繼保室中，繼保室就像一個大腦，控制著整站的二次系統(tǒng)運行。此種二次屏柜模塊化分割方案不僅節(jié)省了電纜，也方便了今后的運維人員對于設(shè)備的巡視。

[1]鄭瑞忠，陳國華. 預(yù)制艙式二次組合設(shè)備布置方式探討[J]. 能源與環(huán)境,2014(1):32-38.

[2]傅宇航.淺談電氣二次設(shè)備配置、組柜及布置優(yōu)化[J]. 民營科技,2012(11):51-53.

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(本文編輯：趙艷粉)

Secondary Equipment Modularization for 220 kV Standardly Assembled Substation

WANG Shi-zhao1， ZONG Yu-ping2

(1. Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China;2. State Grid Shibei Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 200070, China)

The 220 kV Shen-zhuan Substation put into operation in Shanghai in 2014 is the SGC first batch of pilot project for modularization construction of standardly assembled intelligent substations. This project researched the interior secondary screen cabinets of secondary equipment according to the functions and made the modular division to study the optimization configuration of the secondary equipment module. The advantages and disadvantages of modularization implementation are summarized and the research direction to be continued in the future is suggested.

standard assembly; modularization; substation

10.11973/dlyny201506012

王世釗(1987)，男，工程師，從事變電站設(shè)計工作。

TM63

A

2095-1256(2015)06-0797-04

2015-08-24