謝瑞，周興揚，楊衛(wèi)星，江香云，林斌，曹豐文

（1.中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，浙江杭州 310012；2.國網浙江省電力公司，浙江杭州 310008；3.蘇州市職業(yè)大學，江蘇蘇州 215600）

預制式二次組合設備模塊方案應用

謝瑞1，周興揚2，楊衛(wèi)星1，江香云1，林斌1，曹豐文3

（1.中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，浙江杭州 310012；2.國網浙江省電力公司，浙江杭州 310008；3.蘇州市職業(yè)大學，江蘇蘇州 215600）

基于“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的理念，針對現在變電站建設的問題，提出了預制式二級組合設備的方案。根據二次設備功能和間隔將二次設備模塊化，優(yōu)化了艙內屏柜尺寸，規(guī)范了艙內接線以及利用預制光/電纜的即插即用特性，減少了現場工作量。研究結果表明：預制式二次組合設備模塊化方案解決了傳統建設模式存在的現場施工量大、施工周期長、二次接線工作量大的問題。

二次組合設備；模塊化；智能變電站；預制式

隨著經濟的發(fā)展，社會對能源的需求越來越大，建設智能電網已成為全球共識，是當今國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略目標[1-2]。智能變電站作為電網建設的主要組成部分，建設總量巨大，傳統變電站的建設模式已無法適應新的要求，制約了智能變電站建設效率、工程安全質量和工藝水平的提升。為了全面提升變電站的建設能力，國家電網公司提出了“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的理念，大力推廣標準配送式變電站的建設。

變電站二次設備現場接線，調試工作量大，現場施工需等待土建、電氣一次等專業(yè)施工完畢后方可進行[3]，制約了工程的建設周期；另外，由于二次設備建設由不同廠家提供物資技術支持，在建設上沒有統一規(guī)范化標準，給檢修維護造成了一定的困難。標準配送式變電站二次設備主要采用預制式二次組合設備模式，由廠家整體生產、安裝、運輸，最大化實現工廠化集成加工，方便現場安裝、接線，便于檢修維護，同時也減小了工程實際占地面積。預制式二次組合設備以建設模塊化、標準化、工廠化變電站為目標，是未來智能變電站建設的必然要求。

1 智能變電站建設現狀

目前變電站的建設中，二次系統均要在現場進行安裝、接線、調試，存在以下問題[4]。

1.1 施工周期長

受施工工序的限制，二次設備必須等土建完成設計、場面平整、各種設備基礎制作后，才能運至現場安裝；二次設備的光/電纜接線、調試，只有在電氣一次完成設備安裝后方可進場進行[5-6]。施工工序的流程圖如圖1所示。二次系統調試受制于一、二次設備安裝及接線，嚴重制約了工程的建設周期。

圖1 施工工序流程圖Fig.1 Flow chart of construction process

1.2 現場工作量大

變電站常規(guī)建設方案中二次設備的布置均在二次設備室或繼電器小室內進行，需要土建專業(yè)完成設計、施工、安裝等工作；變電站調試項目多，技術復雜，現場的工作量大。

1.3 建設質量難以保證

變電站的施工是由不同的工隊完成的，再加上現場工作量大且繁雜、勞動強度高，因此質量難以保證。

1.4 二次設備接線工作量大

變電站內二次設備的安裝接線工作量較大，尤其是智能變電站中，屏柜間以光纜連接為主，而光纜較電纜相比更容易受損，導致二次設備在接線中任務更繁重。

2 預制式二次組合設備

2.1 基本含義

2.1.1 預制式二次設備艙

預制式二次設備艙是指能對人員和電子設備提供適宜的工作環(huán)境和安全防護，具有良好的電磁屏蔽能力和接地性能，且便于實施多種方式裝卸、運輸以及設備運行維護的工作間。

2.1.2 預制式組合二次設備

預制式二次組合設備由預制式二次設備艙、艙體輔助設施、二次設備屏柜和二次設備等組成。整套二次設備由廠家集成，并在工廠內完成屏柜間相關配線工作，然后作為一個整體運輸至工程現場，再與一次設備、土建設施完成對接[7-8]。預制式組合二次設備一般按二次系統特點及服務的一次對象進行模塊化組合配置。

2.2 功能特點

預制式二次組合設備由設備廠家統一集成安裝完成后，整體運輸到施工現場，布置在配電裝置區(qū)，完成一、二次設備的光/電纜接線。預制式二次組合設備的主要特點有：

1）由廠家集成安裝，有利于二次設備功能的整合，提高了設備的集成度，大大提高了設備的運行維護效率。

2）在廠家生產時就完成了二次設備的安裝接線，減小了現場的接線工作量。

3）廠家生產時制定標準規(guī)格，產業(yè)規(guī)范化，有利于提高產品質量。

2.3 二次設備模塊化組合

2.3.1 模塊化原則

傳統變電站存在建設施工周期長，二次設備現場接線、調試工作量大等缺點，智能變電站通過二次設備模塊化組合，實現整套二次設備由廠家集成加工，減少設計、現場施工調試工作量，簡化檢修維護工作，縮短建設周期，達到減少土地占用，提高了工作效率。二次設備模塊化的劃分必須體現：安全性、獨立性、適應性、靈活性、先進性、經濟性相協調統一的原則[3]。

1）安全性。各模塊安全可靠，通過格式化拼接得到的技術方案安全可靠。

2）獨立性。各模塊應能獨立實現相應的功能。

3）適應性。二次系統的模塊劃分應該適應于已有的電氣一次模塊劃分。

4）靈活性。模塊劃分合理、接口靈活，建設規(guī)模的變化只引起模塊的簡單增減。

5）先進性。推廣應用電網新技術，設備選型合理，占地面積小，注重環(huán)保，各項技術經濟指標先進。

6）經濟性。綜合考慮模塊的組成，配置經濟合理。

2.3.2 二次組合設備功能模塊

模塊化設計是將同間隔或功能類似的設備組合為一個單元，以單元模塊組合的方式實現二次設備由單元到整體的轉變，提高了二次系統的集成度。按照功能及間隔對象的劃分理念，將二次設備以模塊為單元劃分為一體化監(jiān)控模塊、一體化電源模塊、間隔設備模塊、通信模塊[9-10]。各模塊內部模塊化組屏，降低工地裝屏、接線任務量，提高變電站的建設效率。

1）一體化監(jiān)控模塊。一體化監(jiān)控模塊包含監(jiān)控系統設備、調試數據網絡、二次系統安全防護設備等。模塊由設計好的對外接口現場實現模塊間的插拔。

2）一體化電源模塊。一體化電源模塊包含站用交流電源、直流電源、UPS、逆變電源、直流變換電源、蓄電池組等。

3）間隔設備模塊。間隔設備模塊包含母線測控裝置、線路保護測控裝置、主變低壓測控裝置、電度表和交換機等。

4）通信模塊。通信模塊包含光纖系統通信設備、站內通信設備等。

具體建設變電站工程時，要結合實際一次系統特點和模式，先按電壓等級劃分二次系統設備，然后以同間隔或功能相似為基礎設計二次系統子模塊，從設計、制造、運輸、調試等方面進行綜合組合設計。

3 預制式二次組合設備方案簡介

3.1 二次設備組屏尺寸和布置

目前，二次設備廠家生產的保護測控類屏柜的典型尺寸為2 260 mm×800 mm×600 mm（高×寬×深）；一體化電源柜的典型尺寸為2 260 mm×800 mm× 600 mm或2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）[4]。由于智能變電站二次柜內端子排數量比傳統變電站相比大大減少，因此采用預制艙布置時，可對二次屏柜進行優(yōu)化。保護測控類屏柜可取消柜內2側豎端子排、壓縮屏柜橫向尺寸，一體化電源類屏柜可采用搖架或減少每面屏內的回路數，橫排接線，相應的柜體尺寸可改為2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）。服務器類的屏柜尺寸可達到2 260 mm× 900 mm×900 mm（高×寬×深），可采用橫向布置，柜體采用正面和側面開門形式，并布置于端部，便于設備維護。

預制艙內二次屏柜布置形式可采用單列布置，也可采用雙列布置。對于保護測控類屏柜，由于前接線顯示技術的發(fā)展成熟，為了提高預制艙內的空間利用率，減少變電站的艙體數量，宜采用雙排布置方式；對于一體化電源柜，可根據實際接線情況選擇。

3.2 二次設備柜內接線方案

二次設備室采用模塊化組屏方式，柜體通過一體化底座實現屏柜固定和預制線纜儲纖功能；通過屏間側壁開孔，完成內部走線，減少了現場接線。常規(guī)二次設備室內的線纜一般通過屏后走線槽從屏柜下方出線與其他柜體及其他一、二次設備連接。而且，由于柜內設備數量差異大，導致柜內線纜疏密不一，空間利用率不高。采用組合二次設備，按功能和間隔將設備模塊化組合，同時在柜體下方設置線纜室，走線集中有條理。 布置了一體化底座預制線纜，柜內走線采用設備—線纜室—設備方式。二次設備室采用活動地板，可在地板下空間內盤光纜或尾纜，減少了通道的線纜數量。廠家通過在屏間側壁開孔，在廠內完成內部走線，避免了電纜溝或架空地板的鋪設，減少了現場安裝接線。

柜外走線采用柜內設備—線纜室—線纜配線架—電纜溝或架空地板—柜外設備方式。其中柜內設備—線纜室—線纜配線架部分的線纜可由廠家在生產是完成，剩余部分根據現場實際設計完成。

3.3 預制式二次組合設備的即插即用方案

二次組合設備和模塊柜通過預制光/電纜實現二次設備間、一次設備與二次設備的標準化連接，航空插頭由廠家封閉，現場連接時能即插即用。

3.3.1 預制電纜

預制電纜分為單端預制電纜和雙端預制電纜。單端預制電纜是指電纜的一端預制航空插頭，另一端甩線用于現場連接端子排。雙端預制電纜是指電纜的兩端預制航空插頭。布置時，設備艙體之間的聯絡電纜、艙體至戶外匯控柜采用雙端預制電纜，戶外匯控柜至一次設備采用單端預制電纜，一次設備機構箱處采用傳統接線，即可實現二次電纜的即插即用。

3.3.2 預制光纜

預制光纜是指光纜端部根據不同的需要，預制了不同類型的光纜連接器。在進行設計時應考慮連接器的集成化、小型化，在同一個鏈路方向內集成更多的芯數，避免因多次布線帶來的施工難度。相對于傳統的光纜熔接工藝而言，預制式光纜無須現場熔接，消除傳統熔接操作帶來的多種質量風險，可以在大幅降低現場施工強度、縮短變電站建設周期的同時，提高系統長期運行可靠性。實現變電站二次光纜回路的即插即用功能。

4 經濟效益

采用預制式二次組合設備模塊方案，實現了二次規(guī)范化，集成化生產，具有顯著的經濟效益。

1）二次設備由廠家集成生產、安裝、接線，利于二次設備功能的整合和質量保證，提高設備集成度，減少了現場的工作量。

2）與傳統的二次設備室相比，減少了占地面積，由于二次設備艙就地化布置在配電間隔，減少了二次光/電纜的長度，降低了工程造價。

3）改變建設流程，將現行的串行施工模式改為并行施工模式，大大縮短了建設周期，并使現場安裝、調試量減小，提高了建設效率。預制式二次組合模型設備見圖2。

圖2 預制式二次組合模型設備Fig.2 Prefabricated twice-combined model equipment

5 結語

本文基于“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的理念提出了預制式二次設備組合模塊化的方案。按照二次設備功能類似或者間隔相同的原則，將二次設備模塊化組合，提高了變電站二次設備建設的集成度，提升了運行維護的效率；優(yōu)化了二次屏柜的尺寸，將二次組合設備的生產規(guī)范化。預制式二次組合設備采用了預制艙的形式，使二次設備在廠家完成了生產、接線、安裝，直接運往現場與土建、電氣一次完成對接，利用預制光/電纜實現現場即插即用功能，大大減少了現場的接線工作量。

預制式二次組合設備有利于二次設備的集成化、規(guī)范化、標準化建設，其應用理念改變了傳統變電站建設的模式，大大縮短了變電站的建設周期，減小了現場的工作量，同時也提高了施工質量，是未來智能變電站的建設方向，具備推廣應用的價值。

[1]陳興華，陳錦昌，宣筱青，等.數字化變電站安全自動裝置的幾項關鍵技術[J].南方電網技術，2013，7（6）: 104-107.CHEN Xinghua，CHEN Jinchang，XUAN Xiaoqing，et al.Several key technologies for the automatic-security device of digital substation[J].Southern Power System Technology，2013，7（6）:104-107（in Chinese）.

[2]馮秀賓.智能變電站的涵義及發(fā)展探討[J].高壓電器，2013，55（2）:116-119.FENG Xiubin.Discussion on intelligent substation[J].High Voltage Apparatus，2013，55（2）:116-119（in Chinese）.

[3]莊文柳，蔣傳文.智能變電站二次設備的整合方案[J].電力與能源，2013，34（2）:167-169（in Chinese）.ZHUANG Wenliu，JIANG Chuanwen.Integrated scheme of smart substation secondary equipment[J].Power and Energy，2013，34（2）:167-169（in Chinese）.

[4]趙冬一，胡淑慧，王蘭義，等.智能變電站用金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測技術的研究發(fā)展[J].電瓷避雷器，2013（5）:66-72.ZHAO Dongyi，HU Shuhui，WANG Lanyi，et al.Research and development of on-line monitoring technology of metal oxide surge arresters for smart substation[J].Insulators and Surge Arresters，2013（5）:66-72（in Chinese）.

[5]高志遠，曹陽，朱力鵬.智能變電站未來發(fā)展的分析方法研究[J].電網與清潔能源，2013，29（2）:11-18.GAO Zhiyuan，CAO Yang，ZHU Lipeng.Research on the analysis method of the future development of smart substation[J].Power System and Clean Energy，2013，29（2）: 11-18（in Chinese）.

[6]李瑞生，李燕斌，周逢權.智能變電站功能架構及設計原則[J].電力系統保護與控制，2010，38（21）:24-27.LI Ruisheng，LI Yanbin，ZHOU Fengquan，The functional frame and design principles of smart substation[J].Power System Protection and Control，2010，38（21）:24-27（in Chinese）.

[7]王銳，曹麗璐，楊東海，等.數字化變電站網絡化二次系統研究與應用[J].電力系統保護與控制，2010，38（12）:59-64.WANG Rui，CAO Lilu，YANG Donghai，et al.Research and application of network secondary systems in digital substation[J].Power System Protection and Control，2010，38（12）:59-64（in Chinese）.

[8]曹程杰.全壽命周期設計理念在智能變電站設計中的應用[J].電力科學與工程，2014（2）:46-51.CAO Chengjie.Application of total-life-cycle-design idea in design of smart substation[J].Electric Power Science and Engineering Electr Power，2014（2）:46-51（in Chinese）.

[9]韓云，周興揚，王濤，等.10 kV集成式無功補償裝置智能終端的研制[J].電力電容器與無功補償，2015，36（2）:61-65.HAN Yun，ZHOU Xingyang，WANG Tao，et al.Development of intelligent terminal for 10 kV integrated reactive power compensation device[J].Power Capacitor and Reactive Power Compensation，2015，36（2）:61-65（in Chinese）.

[10]王計林，黃曉雨.智能變電站信息提取的研究與實現[J].電力信息與通信技術，2014，12（1）:17-21.WANG Jilin，HAUNG Xiaoyu.Research on information extraction in intelligent substations and it simplementation[J].Power Information and Communication Technology，2014，12（1）:17-21（in Chinese）.

（編輯 董小兵）

Application of Prefabricated Secondary Modular Equipment

XIE Rui1，ZHOU Xingyang2，YANG Weixing1，JIANG Xiangyun1，LIN Bin1，CAO Fengwen3
（1.China Energy Engineering Group Zhejiang Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310012，Zhejiang，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；3.Suzhou Vocational University，Suzhou 215600，Jiangsu，China）

Basedontheconceptionof“standardized design，factory processing and assembly-styled construction”，this paper proposes the application of the prefabricated secondary modular equipment to deal with the troubles existing in the substation construction.This project modularizes the secondary equipment according to the function and interval.In this way，the sizes of the cabinets and the connection modes are improved and standardized.The prefabricated secondary modular equipment can solve many problems in the construction of traditional substations，which include large amount of site construction work，long construction period and heavy wiring workload.

secondary combination device；modularization；intelligent substation；prefabricated

2016-07-21。

謝 瑞（1979—），男，博士，高級工程師，主要研究方向為智能變電站電氣工程設計和電力電子技術研究；

周興揚（1962—），男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統分析研究、電網項目建設管理工作；

楊衛(wèi)星（1978—），男，高級工程師，主要研究方向為智能變電站電氣工程設計；

江香云（1982—），女，高級工程師，主要研究方向為智能變電站電氣工程設計；

林 斌（1990—），男，碩士，主要研究方向為智能變電站電氣工程設計。

國家自然科學基金（51377112）。

Project Supported by the National Nature Science Foundation of China（51377112）.

1674-3814（2016）12-0047-04

TM02；TM05

A