劉 濤，劉明月

（沈陽電力勘測設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110003）

二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)

劉 濤，劉明月

（沈陽電力勘測設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110003）

結(jié)合220 kV變電站以及國家電網(wǎng)公司近2年來開展建設(shè)的模塊化變電站相關(guān)要求，介紹模塊化的概念及總體思路。采用模塊化二次組合設(shè)備最大程度地實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及工廠化，從而減少資源消耗和土地占用；提高工作效率；降低建設(shè)和運(yùn)營成本。

模塊化；預(yù)制式；預(yù)制艙

隨著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，能源需求越來越大，人力資源緊張、建設(shè)工期緊、電網(wǎng)工程質(zhì)量及工藝要求越來越高等矛盾日益突出，變電站現(xiàn)有的建設(shè)模式已無法適應(yīng)新要求。加快變電站建設(shè)進(jìn)度，提高工程質(zhì)量，變電站建設(shè)采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化模式成為必然。本文結(jié)合220 kV變電站以及國家電網(wǎng)公司近2年來開展建設(shè)的模塊化變電站相關(guān)要求，對變電站內(nèi)二次設(shè)備的模塊化方案進(jìn)行研究［1］。

1 模塊化簡介

1.1 模塊化概念

模塊化一般指使用模塊的概念對產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和組織。模塊是模塊化產(chǎn)品的基本組成元素，是一種實(shí)體概念，把模塊定義為一組同時(shí)具有相同功能和相同結(jié)合要求，具有不同性能或用途，甚至不同結(jié)構(gòu)特征，但能互換的單元［2－3］。

1.2 智能變電站二次設(shè)備模塊化總體應(yīng)用

智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)、測控裝置與智能組件均采用滿足國網(wǎng)要求的程序以及模型文件，按照功能分區(qū)的不同形成二次設(shè)備模塊化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及智能變電站的推廣應(yīng)用，二次設(shè)備模塊化的優(yōu)勢將更為明顯。

目前各廠家的自動(dòng)化系統(tǒng)、保護(hù)及智能組件設(shè)備均實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。根據(jù)二次設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)方案，結(jié)合建設(shè)規(guī)模、總平面布置、配電裝置型式大致分為預(yù)制式模塊化二次組合設(shè)備、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備及預(yù)制式智能控制柜。

2 預(yù)制式模塊化二次組合設(shè)備

當(dāng)變電站內(nèi)主廠房采用裝配式建筑物時(shí)，變電站二次設(shè)備布置方式采用模塊化二次組合設(shè)備，包括站控層設(shè)備模塊、公用設(shè)備模塊、通信設(shè)備模塊、一體化電源系統(tǒng)模塊、間隔設(shè)備模塊、主變間隔設(shè)備模塊等。

3 預(yù)制艙式二次組合設(shè)備

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備由預(yù)制艙體、二次設(shè)備屏柜（或機(jī)架）、艙體輔助設(shè)施等組成，在工廠內(nèi)完成制作、組裝、配線、調(diào)試等工作，以箱房形式整體運(yùn)輸至工程現(xiàn)場，就位安裝于基礎(chǔ)上。

3.1 典型模塊

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備宜按設(shè)備對象模塊化設(shè)置，以方便運(yùn)行、維護(hù)，變電站可根據(jù)需要設(shè)置公用設(shè)備預(yù)制艙、間隔設(shè)備預(yù)制艙、電源預(yù)制艙等模塊，可根據(jù)變電站具體建設(shè)規(guī)模、布置方式等進(jìn)行選擇調(diào)整組合。

a.公用設(shè)備預(yù)制艙。配置站控層設(shè)備、公用測控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備、通信設(shè)備、交直流一體化電源、時(shí)鐘同步系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等設(shè)備。

b.間隔層設(shè)備預(yù)制艙。配置變電站220 kV／110 kV電壓等級間隔層設(shè)備，包括220 kV／110 kV線路（母聯(lián)、分段）保護(hù)測控裝置、220 kV／110 kV母線保護(hù)、220 kV／110 kV故障錄波裝置、220 kV／110 kV線路電能表、220 kV／110 kV公用測控裝置及直流分屏等二次設(shè)備。

c.主變間隔設(shè)備預(yù)制艙。配置主變壓器間隔層設(shè)備，包括主變保護(hù)裝置、主變測控裝置、主變故障錄波裝置、主變電能表及直流分屏等。

d.電源預(yù)制艙。交直流電源預(yù)制艙配置交流配電屏，直流充電柜、直流饋線屏、蓄電池組等設(shè)備。

3.2 布置方案

3.2.1 公用設(shè)備預(yù)制艙（Ⅲ型）

艙內(nèi)二次設(shè)備劃分為4個(gè)模塊化二次組合設(shè)備：

a.站控層設(shè)備模塊包括監(jiān)控主機(jī)及操作員站柜、綜合應(yīng)用服務(wù)器柜、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)柜、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)柜［4］；

b.公用設(shè)備模塊包括公用測控柜、時(shí)鐘同步柜、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析系統(tǒng)柜；

c.通信設(shè)備模塊包括SDH光傳輸設(shè)備柜、綜合配線柜等；

d.電源系統(tǒng)模塊包括智能電池組件柜、直流饋出柜、交流進(jìn)線柜、交流饋出柜、逆變電源柜、通信電源柜。

設(shè)備屏柜尺寸為2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）。屏柜采用前接線、前顯示裝置，雙列靠墻布置，屏正面開門，屏后面不開門，具體見圖1。

3.2.2 間隔設(shè)備預(yù)制艙（Ⅱ型）

艙內(nèi)二次設(shè)備劃分為4個(gè)模塊化二次組合設(shè)備：

a.主變間隔設(shè)備模塊包括主變保護(hù)柜、主變測控柜、關(guān)口計(jì)量柜；

b.220 kV／110 kV間隔設(shè)備模塊包括220 kV母線保護(hù)柜、110 kV母線保護(hù)柜；

c.公用設(shè)備模塊包括對時(shí)擴(kuò)展時(shí)鐘柜；

d.電源系統(tǒng)模塊包括直流饋出柜、智能電池組件柜。

設(shè)備屏柜尺寸為2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）。屏柜采用前接線、前顯示裝置，雙列靠墻布置，屏正面開門，屏后面不開門，具體見圖2。

3.3 預(yù)制艙艙體技術(shù)條件

3.3.1 預(yù)制艙結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)

艙體宜采用輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)，主鋼架采用等截面實(shí)腹鋼架，柱間支撐間距應(yīng)根據(jù)箱房縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。當(dāng)不允許設(shè)置交叉柱間支撐時(shí)，可設(shè)置其它形式的支撐；當(dāng)不允許設(shè)置任何支撐時(shí)，可設(shè)置縱向鋼架。在鋼架轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂和屋脊）應(yīng)沿艙體全長設(shè)置鋼性系桿。

艙體宜采用雙坡屋頂結(jié)構(gòu)，屋面坡度不小于5%，北方地區(qū)可適當(dāng)增大屋面坡度，預(yù)防積水和積雪。

當(dāng)運(yùn)輸條件受限時(shí)，預(yù)制艙尺寸也可根據(jù)實(shí)際工程情況適當(dāng)調(diào)整，具體尺寸見表1。

圖1 公用二次設(shè)備預(yù)制艙（Ⅲ型）布置圖

圖2 間隔二次設(shè)備預(yù)制艙（Ⅱ型）布置圖

表1 艙體尺寸mm

3.3.2 預(yù)制艙與外部線纜接口方式

預(yù)制艙內(nèi)推薦采用集中配線方案，將外部線纜統(tǒng)一引入到預(yù)制艙內(nèi)一處，從該處至艙內(nèi)其他設(shè)備的接線預(yù)先已經(jīng)完成，該接線端作為預(yù)制艙與艙外連接的唯一接口，具體見圖3。

4 預(yù)制式智能控制柜

預(yù)制式智能控制柜經(jīng)優(yōu)化整合后柜體尺寸為800 mm×600 mm×2 000 mm（寬×深×高）。

將傳統(tǒng)模擬屏取消，以觸摸液晶屏替代。對開關(guān)本體采用預(yù)制光／電纜來取代端子排方式，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化接線。柜內(nèi)二次設(shè)備均采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。

采用雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)層密閉，夾層通風(fēng)。柜內(nèi)具有散熱和加熱除濕裝置，在溫濕度傳感器達(dá)到預(yù)設(shè)條件時(shí)啟動(dòng)。智能控制柜內(nèi)部環(huán)境能夠滿足二次元件的長年正常工作溫度、電磁干擾、防水防塵條件，不影響其運(yùn)行壽命，具體見圖4。

圖4 預(yù)制式智能控制柜外形布置圖

5 二次設(shè)備模塊間標(biāo)準(zhǔn)化接口

每個(gè)模塊的屏柜整體配置均采用一體化底座，模塊內(nèi)裝置一次上齊，內(nèi)部接線由設(shè)備廠內(nèi)完成，方便運(yùn)行維護(hù)管理。

本次方案采用的模塊化與傳統(tǒng)意義上的屏柜安裝不同，每個(gè)模塊在出廠時(shí)一次建成，按遠(yuǎn)期規(guī)模預(yù)留安裝位置，模塊內(nèi)配線廠內(nèi)完成，以主變間隔模塊為例，見表2。

表2 主變間隔模塊配置

主變間隔模塊按遠(yuǎn)期9面柜一次建成，需要從以下方面對模塊化設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化接口：

a.裝置尺寸要求統(tǒng)一。經(jīng)過分析，本、遠(yuǎn)期只有主變模塊設(shè)備數(shù)量不同，目前二次設(shè)備廠家裝置尺寸基本相似，即保證測控裝置的安裝統(tǒng)一；

b.裝置對外接口要求統(tǒng)一。在智能變電站中保護(hù)、測控等裝置接口均采用光口，但光口類型有LC圓口，ST方口，為考慮遠(yuǎn)期預(yù)留設(shè)備安裝方便，接線簡單，采用統(tǒng)一LC接口。

采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)接口，考慮遠(yuǎn)期、一次建成方案，可以有效提高現(xiàn)場工作效率，有利于生產(chǎn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。

6 屏前接線標(biāo)準(zhǔn)化

為實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備在柜內(nèi)能通用化、模塊化的安裝，各廠家“前接線、前顯示”式二次裝置安裝固定及裝置前面板（液晶面板）位置統(tǒng)一。二次設(shè)備裝置安裝（固定）處與裝置前面板距離為130 mm，安裝（固定）處至裝置后部應(yīng)不大于350 mm，裝置前面板必須為一平面，裝置前面板寬度統(tǒng)一為447 mm，裝置前面板與柜門距離為85 mm。

7 結(jié)束語

綜上所述，一、二次設(shè)備智能化的集成整合［5］，設(shè)備廠家設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、整體調(diào)試、整合效果將大大提高，對內(nèi)具備完善控制、保護(hù)、診斷等功能，對外具有數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化信息接口，并發(fā)揮不同功能作用。這些智能體能夠在智能化電網(wǎng)控制決策系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，既相對獨(dú)立又友好合作，共同完成智能電網(wǎng)的運(yùn)行目標(biāo)。

［1］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)方案［J］.電力建設(shè)，2012，33（11）：1－5.

［2］柳國梁，張新育，胡兆明.變電站模塊化建設(shè)研究綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（12）：36－38.

［3］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術(shù)應(yīng)用研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（5）：12－14.

［4］黃少雄，黃太貴，程 羽.智能變電站信息一體化平臺(tái)建設(shè)方案研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（2）：32－34.

［5］王 冰，徐明宇，穆興華.智能變電站二次裝置整合測試方法研究［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（1）：11－13.

Secondary Equipment Modular Design

LIU Tao，LIU Ming?yue
（Shenyang Electric Power Survey＆Design Institute，Shenyang，Liaoning110003，China）

Combining relevant requirements in state grid corporation of China based on 220 kV substation，the concept of module and the general idea are introduced.Modular two combined equipment to maximize the realization of the substation construction standard is adopted，factory construction achieves the reduction of resources consumption and land use，it can improve work efficiency，reduce the cost of construction and operation.

Modularization；Prefabricated；Prefabricated cabin

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）05－0035－04

劉 濤（1982—），男，工程師，從事220 kV及以下變電站電氣一、二次設(shè)計(jì)工作。

2015－01－22）