童學勝， 謝 成

(安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230022)

模塊化智能變電站與常規(guī)智能變電站技術經(jīng)濟差異化分析

童學勝， 謝 成

(安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230022)

國家電網(wǎng)公司自2009年提出智能變電站建設理念后，專家們在技術領域做了大量的理論研究和試點工程建設，使得智能變電站建設取得重大突破，在一次設備智能技術、數(shù)據(jù)采集標準化、二次設備集成優(yōu)化、全站信息流數(shù)字化、信息傳輸網(wǎng)絡化等方面取得了一系列研究成果。模塊化智能變電站更是在現(xiàn)有智能變電站的基礎上經(jīng)過梳理、整合和改進后的突破性創(chuàng)造，對解決當下電網(wǎng)建設的弊端和提高電網(wǎng)建設水平具有重大意義。

智能;重大突破;模塊化

1 概 述

由于當前電網(wǎng)建設過程中，土地征用難度增加，電網(wǎng)建設對周邊生態(tài)環(huán)境的不利影響，電力設施與其他基礎設施建設之間的矛盾日趨凸顯，項目建設周期被迫不斷延長等諸多問題，已經(jīng)成為制約電網(wǎng)進一步快速發(fā)展的“瓶頸”。未來變電站的建設必將走向資源耗費低、技術含量高、標準化設計[1-2]和工業(yè)化建造、環(huán)境友好型的發(fā)展模式。

模塊化建設理念正是在這種嚴峻的外部環(huán)境和內部的迫切需求相結合的形勢下產(chǎn)生的，它在現(xiàn)有智能變電站的基礎上，進一步梳理、整合、完善、挖掘和提升功能性要求；從設計到施工全階段遵循“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設”的管理理念，通過電氣一、二次集成設備，最大程度實現(xiàn)工廠內規(guī)模生產(chǎn)、集成調試、模塊化配送，減少現(xiàn)場安裝、接線、調試工作；建筑物采用模塊化結構，工廠預制、現(xiàn)場機械化安裝，按工業(yè)建筑實現(xiàn)標準化設計；統(tǒng)一建筑結構、材料、模數(shù)等，實現(xiàn)設計、建設標準化，有效提高建設質量、效率，提升電網(wǎng)建設能力。

模塊化變電站的技術方案正在不斷積累，目前國內對模塊化變電站的造價投資分析案例較少，沒有針對各項費用進行全面分析，不能給決策者一個全面的造價指標作為參考。本文通過對模塊化智能變電站與常規(guī)智能變電站的特征進行全方位、專業(yè)化的分析對比，得出相應的技術經(jīng)濟指標，為今后模塊化變電站設計、施工、運行及投資提供參考。

2 研究方法

本文選擇《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計110(66)kV智能變電站模塊化建設(2105年版)》中的一個典型方案[1]，依托安徽蚌埠光彩110 kV變電站工程110-A2-4方案，與對應的常規(guī)智能變電站做差異化比較分析，得出相應的技術經(jīng)濟指標。

3 智能變電站間技術經(jīng)濟差異化分析

3.1 對比方案概況

安徽光彩110 kV變電站采用模塊化建設通用設計110-A2-4 方案。遠期規(guī)模：50 MVA主變壓器3臺；110 kV出線2回；10 kV出線36回；10 kV側裝設6組(3 600+4 800)kvar并聯(lián)電容器裝置。本期規(guī)模：50 MVA主變壓器2臺；110 kV出線2回；10 kV出線 24回；10 kV側裝設2組(3 600+4 800)kvar并聯(lián)電容器裝置。

110 kV電氣主接線遠期采用擴大內橋接線，本期采用內橋接線。

10 kV電氣主接線遠期采用單母線四分段接線，本期采用單母線三分段接線。

110 kV采用戶內GIS設備，10 kV采用金屬鎧裝移開式封閉開關柜。

全站設置1間二次設備室。站控層設備、公用設備、通信設備、交直流電源系統(tǒng)布置于二次設備室。

全站采用預制光纜。除電流、電壓互感器外，一次設備本體與智能控制柜之間采用預制電纜。

3.2 模塊化智能變電站與常規(guī)智能站技術差異

本文選取了規(guī)模及出線方式相同的同期常規(guī)智能變電站——采石路110 kV變電站，與模塊化的光彩110 kV智能變電站進行對比。

3.2.1 土建部分技術差異分析

光彩變電站建筑采用鋼結構型式單層建筑[3-4]，結構采用鋼框架結構，屋面采用鋼筋桁架樓承板現(xiàn)澆板體系，外墻采用壓型鋼板復合墻板[2]，內墻采用防火石膏板；基礎采用柱下獨立鋼筋混凝土基礎形式[5]，建筑面積為1 111.5 m2。外墻板采用標準尺寸設計，在工廠集成制造完成，運抵現(xiàn)場直接吊裝，免去濕作業(yè)及現(xiàn)場開孔分割。成品壓型鋼板復合板可廣泛應用于建筑物的非承重、隔墻，采用扣件直接掛板，縮短墻體施工周期。壓型鋼板復合墻板是以兩層、中間填充無毒無污染的保溫巖棉板，其保溫隔熱、隔音、防水、耐火、抗凍、抗?jié)B性能優(yōu)于混凝土和磚砌建筑。這種作業(yè)法不會受寒冷天氣環(huán)境影響，適合寒冷地區(qū)施工，同時又具有裝飾性好、無環(huán)境污染、施工簡單等優(yōu)點。

采石路變電站布置一棟生產(chǎn)綜合樓，為鋼筋混凝土框架結構，屋面為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板結構[6]，填充墻采用蒸壓灰砂磚，基礎采用筏板基礎[5]，建筑外墻采用面磚飾面，建筑面積為2 395.2 m2。建筑為常規(guī)施工方案，為現(xiàn)場濕作業(yè)施工，沿用了就地采購建筑材料，現(xiàn)場施工的傳統(tǒng)模式。這種作業(yè)因建造隊伍的技術水平參差不齊而使工程質量很不均衡，同時施工周期較長，現(xiàn)場濕作業(yè)，文明管理難度較大?，F(xiàn)場施工情況對比見圖1～圖4所示。

圖1 模塊化建筑鋼框架

圖2 常規(guī)變電站建筑框架

圖3 模塊化建筑外墻施工

圖4 常規(guī)建筑外墻施工

3.2.2 電氣二次部分技術差異分析

常規(guī)智能站設置一間二次設備室，總面積為13.2×9 m2，屏位按46面考慮，采用常規(guī)接線形式分四行布置，全站二次屏柜除直流分電屏外均布置于二次設備室內，屏柜布置集中。

模塊化變電站二次設備實現(xiàn)工廠規(guī)模生產(chǎn)、集成調試、模塊化配送，二次接線“即插即用”，有效減少現(xiàn)場施工，提高建設質量、效率。110 kV及主變一次設備至智能控制柜間電纜使用預制航空插頭，實現(xiàn)二次標準接口。預制電纜采用圓形高密度航空插頭，體積小，密度高，單端預制。

3.3 主要工程量對比分析

根據(jù)以上技術方案的比較，模塊化智能變電站與常規(guī)智能變電站具體工程量的差異如表1所列。

表1 模塊化智能變電站與常規(guī)智能站工程量差異對比

由表1可見：變電站方案選取及站區(qū)平面布置方案直接影響站區(qū)建筑和安裝主要工程量的差異大小。

(1) 模塊化智能變電站方案采用單層鋼構架結構，取消了常規(guī)智能站的雙層建筑及地下電纜半層，建筑面積減少53.5%，平面布置較緊湊，占地面積較常規(guī)智能變電站減少約21%。

(2) 由于模塊化智能變電站平面布置較緊湊，電纜等工程量減少18%～20%；模塊化智能變電站使用預制電纜、預制光纜，實現(xiàn)“即插即用”，常規(guī)控制電纜、光纜工程量均略有減少。

3.4 工程費用差異對比分析

依據(jù)設計施工圖紙，分別對光彩變電站模塊化與采石路變電站常規(guī)方案進行施工圖預算編制[7-8]，從建筑工程費、安裝工程費、設備購置費及其他費用進行對比分析[9]，見表2所列。

表2 模塊化變電站與常規(guī)智能站全費用對比表 萬元

從表2可以看出，模塊化智能站較常規(guī)智能站，建筑工程費減少21.73%，安裝工程費減少3.92%，設備購置費增加2.78%，其他費用減少31.86%，總的靜態(tài)投資減少8.89%。

3.5 工程進度對比分析

模塊化智能站建筑物采用裝配式設計、采用預制光纜、預制電纜、設備艙布置，可將工程建設由以往的傳統(tǒng)模式轉變?yōu)闃藴驶O計、模塊化組合、工業(yè)化生產(chǎn)、集約化施工，使變電站建設周期進一步縮短。與常規(guī)變電站相比，智能化變電站在進度上提升：

(1) 設計效率提升：采用模塊化變電站可節(jié)省設計周期約60天，每個工程可減少設計人員2～3名，節(jié)省總工日240個，經(jīng)濟效益可觀。

(2) 工程評審效率提升：采用模塊化變電站，工程評審可采用工程打包，對建筑物無需再進行精細化評審，節(jié)約人力物力。

(3) 施工效率提升：采用模塊化變電站，工程初設評審后，施工單位即可進場進行主廠房基礎及結構施工，同時工程建設不再采用木模板及腳手架，節(jié)約了木材及減少了模板工種，施工效益顯著提高?，F(xiàn)場光纜采用即插即用的預制式光纜，減少了現(xiàn)場安裝施工時間。整個工程建設周期可節(jié)省120天以上。

3.6 質量影響對比分析

模塊化方案在質量上優(yōu)于常規(guī)方案，主要體現(xiàn)在：① 常規(guī)方案變電站施工常采用“濕法”，對于漏水、墻體開裂等質量通病沒有一個很好的處理方案，而采用模塊化方案，外墻采用壓型鋼板復合墻板，內墻采用防火石膏板，有效解決了墻體開裂、漏水等質量通病，同時由于建筑面積減少，保溫效果更好。② 常規(guī)方案變電站保護測控裝置現(xiàn)場安裝、調試，電纜采用現(xiàn)場制作安裝電纜頭，光纜采用現(xiàn)場熔接。而模塊化方案引入了二次設備預制艙、預制電纜、預制光纜等新技術。有效解決了二次設備的二次損壞，電纜及芯線的損傷，光纜的拉斷、熔芯對接錯誤等問題。

3.7 安全影響對比分析

采用列舉法對模塊化方案與常規(guī)方案對比分析，模塊化方案在安全上主要有以下優(yōu)點：

(1) 建筑物采用鋼結構方式、外墻采用壓型鋼板復合墻板，內墻采用防火石膏板，減少了高空墜落、機械傷害等方面的風險。

(2) 采用二次設備預制艙、預制電纜、預制光纜等新技術，減少了觸電、墜溝等安全風險。

(3) 由于模塊化方案多采用成品，有效避免了交叉施工的安全風險。

3.8 全壽命周期成本差異分析

由于模塊化智能變電站與常規(guī)智能變電站運行時間基本一致，根據(jù)國家電網(wǎng)公司基建(2011)1515號文件規(guī)定，“新設計建設的輸變電工程建筑物使用壽命達到60年以上，變電主要一次設備和線路主要設計使用壽命達到40年以上，主要二次設備使用壽命達到20年以上”，采用40年(一次設備使用年限)作為二次設備的壽命周期進行對比分析[10]，以下所有費用均為折現(xiàn)值，見表3所列。

表3 模塊化變電站全壽命周期費用對比分析表

由表3可知，模塊化智能變電站全壽命周期成本較常規(guī)智能變電站平均減少400.49萬元。隨著設備價格的降低及土地征用單價的提高，模塊化智能變電站全壽命周期成本更低。

4 結論及建議

(1) 模塊化智能變電站較常規(guī)智能變電站投資減少約8.88%；從全壽命周期成本分析，模塊化智能變電站較常規(guī)智能變電站減少8%～12%。

(2) 模塊化智能變電站由于減少了現(xiàn)場施工及材料制作，信息化程度高，使建設工期縮短約35%～40%。

(3) 模塊化智能變電站由于布置緊湊，較常規(guī)智能變電站可節(jié)約土地約0.1 hm2，既減少了工程投資，又符合國家節(jié)約用地的一貫政策。

(4) 模塊化變電站建(構)筑物的構件在工廠完成生產(chǎn)過程，現(xiàn)場組裝，人力資源的消耗可降低10%～20%，較大幅度地提高了施工勞動生產(chǎn)率。

(5) 模塊化智能變電站由于建筑物采用了鋼結構方式、外墻采用壓型鋼板復合墻板，內墻采用防火石膏板，有效節(jié)約了水資源且減少了污水、廢水的排放，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，將環(huán)境影響降低到最低限度。

(6) 模塊化智能變電站施工方案在質量上有效解決了漏水、墻體開裂等質量通病，保溫效果更好。保護、測控等二次設備集中在二次設備預制艙，預制電纜及預制光纜等新技術有效避免了電纜及芯線損傷、熔芯錯誤等常見問題，使用壽命更長。

模塊化智能變電站是變電站建設的一種創(chuàng)新模式，是對裝配式變電站建設模式的細化、深化，體現(xiàn)了變電站所有模塊元件“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設”的新理念，有效提高建設質量、效率，提升電網(wǎng)建設能力。隨著模塊化變電站技術的不斷成熟，可逐漸探討現(xiàn)有的“元件的模塊化”方式向“整站的模塊化”方向發(fā)展，使模塊化建設理念不斷升華。

[1] 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計110(66)kV智能變電站模塊化建設(2105年版)[M].北京：中國電力出版社,2015.

[2] 中國建筑標準設計研究院.壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造[M].北京:中國計劃出版社,2001.

[3] GB 50017-2014，鋼結構設計規(guī)范[S].

[4] 《鋼結構設計手冊》編輯委員會.鋼結構設計手冊(第3版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[5] GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[6] GB 50009-2012，建筑結構荷載規(guī)范[S].

[7] 國家能源局.電網(wǎng)工程建設預算編制與計算規(guī)定[M].北京:中國電力出版社，2013.

[8] 國家能源局.電力建設工程預算定額[M].北京:中國電力出版社，2013.

[9] 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用造價(2014年版)110 kV變電站分冊[M].北京:中國電力出版社,2014.

[10] 國家發(fā)展改革委，建設部.建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)[M].北京:中國計劃出版社,2006.

2016-11-21；修改日期：2016-12-01

童學勝(1978-)，男，安徽長豐人，安徽華電工程咨詢設計有限公司工程師．

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1673-5781(2016)06-0738-04