陳磊

摘要：隨著城市建設進程的不斷加快，可靠性用電在人們的生活中愈顯重要，再加上土地稀缺、征地費昂貴，這些都對變電站的設計提出了更高的要求。因此，本文從節(jié)約用地、節(jié)約用材、節(jié)能與能源利用和變電站環(huán)境保護四個方面提出了綠色變電站的電氣設計方案，今后類似的變電站設計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：綠色；變電站；節(jié)約；能源

前言

我國人多地少、耕地資源稀缺，當前又正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的時期，建設用地供需矛盾突出。因此，綠色變電站設計應充分考慮占地指標，變電站配電裝置的設計應在滿足安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、運行維護方便的前提下堅持節(jié)約用地的原則，布置緊湊、合理。

1節(jié)約用地

我國人多地少、耕地資源稀缺，當前又正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的時期，建設用地供需矛盾突出。因此，綠色變電站設計應充分考慮占地指標，變電站配電裝置的設計應在滿足安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、運行維護方便的前提下堅持節(jié)約用地的原則，布置緊湊、合理。

1.1緊湊型配電裝置

目前變電站的開關(guān)形式基本為氣體絕緣開關(guān)設備（GIS）、組合型氣體絕緣開關(guān)設備（HGIS）、罐式斷路器和瓷柱式斷路器，對于上述幾種形式的斷路器，常規(guī)設備占地最大，其次是罐式，約為常規(guī)設備占地的95%；而GIS價格最高，瓷柱式最低。為了貫徹節(jié)能減排的要求，在山區(qū)地形、用地緊張、高海拔、重污穢地區(qū)可以采用占地較省的戶外GIS設備，既能減少占地面積，也可以減少基礎開挖量以及基礎工程量，從而減少水泥和鋼筋的需求量，同時也減少了水泥鋼筋生產(chǎn)過程中的碳排放。

1.2緊湊型布置

（1）懸吊管母布置形式由于相間距較小，可以減少間隔寬度，節(jié)約占地面積。管型母線基本成一直線，布置美觀、清晰。特別是在地形復雜、地勢高低起伏明顯的條件下，采用懸吊管母可以靈活調(diào)節(jié)管母高度，減少場地對坡度的要求，減少“三通一平”場地所需的工程量，減少變電站投資。

（2）變電站不設置單獨的通信機房，通信機房與二次設備房間一體化，可以簡化互聯(lián)環(huán)節(jié)，提高自動化、繼保等業(yè)務傳輸通道的可靠性，還能有效減少控制樓的面積。

2節(jié)約用材

2.1電纜敷設路徑

隨著電力工業(yè)自動化程度的提高，變電站中的電纜連接數(shù)量大幅增多，目前變電站的電纜、光纖、數(shù)據(jù)線等敷設存在電纜浪費、敷設混亂、可追溯性差、擴建不方便等問題，而變電站中任何電纜的可靠性都要求很高，為保證變電站的可靠運行，電纜敷設路徑應合理安排，符合路徑短、轉(zhuǎn)彎少、交叉少、便于擴建的要求，達到節(jié)材的目的。

2.2繼電器小室布置

220與110kV變電站，二次設備一般集中布置在主控樓內(nèi)。但對于500kV變電站，繼電器小室宜下放就近布置在配電裝置附近，能大大減少控制電纜的數(shù)量，達到節(jié)材的目的。

2.3接地網(wǎng)材料

我國變電站接地網(wǎng)主要選用鋼材、鍍銅鋼材、銅材作為接地材料。這3種接地方案中，鋼接地網(wǎng)的初期投資最低，銅接地網(wǎng)最高。對于占地面積較小的戶內(nèi)站，3種接地方案的初期投資相差較小，但從變電站的全壽命周期考慮，鍍銅鋼在耐腐蝕、地網(wǎng)均壓、熱穩(wěn)定、施工便利和免維護等方面比鋼材具有明顯的優(yōu)勢。因此設計時占地面積較小的戶內(nèi)站應優(yōu)先采用鍍銅鋼材作為接地網(wǎng)材料。

2.4通信直流電源

110 kV變電站的通信直流電源可以采用站內(nèi)直流系統(tǒng)經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換供電，不設置單獨的通信直流電源，減少設備的同時也節(jié)省了通信蓄電池房間。而220和500 kv變電站由于通信業(yè)務較多，變電站發(fā)生故障時將影響過往通信業(yè)務，因此需要接通信蓄電池單獨配置考慮。

2.5二次設備的網(wǎng)絡化

隨著智能高壓設備在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和應用，二次設備間可以使用通信網(wǎng)絡交換模擬量、開關(guān)量和控制命令等信息，取消常規(guī)自動化系統(tǒng)一次和二次設備之間點對點式的控制電纜，采用光纖網(wǎng)絡直接通信。這樣可以節(jié)省通信線路，用光纜替代大部分的二次控制電纜，二次系統(tǒng)可以不再敷設銅等電位接地網(wǎng)，節(jié)約了銅材和電纜溝、電纜支架的用量。

3節(jié)能與能源利用

3.1采用低損耗設備

據(jù)統(tǒng)計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)總發(fā)電量的10%左右，損耗每降低1%就可以節(jié)約上百億kW·h的電能。因此降低變壓器損耗，使用低損耗節(jié)能變壓器是有效的節(jié)能措施。由于主變壓器損耗是變電站的主要損耗源，因此應選用低損耗的主變壓器，減少主變運行過程中的電能損耗，保證運行的經(jīng)濟性。

500kV三相一體式變壓器較一組單相變壓器的總損耗約低10%，而且具有體積小、不需設防火墻、占地面積小的優(yōu)點。因此，在運輸條件允許的條件下500 kv變壓可以考慮器采用三相一體式變壓器。

站用變壓器應盡量選擇低損耗節(jié)能型產(chǎn)品。目前國內(nèi)已逐漸將S9及更早型的變壓器淘汰，使用新型低損耗變壓器，如S11型、非晶合金型變壓器。以SH15非晶合金型變壓器為例，其空載損耗較s9型變壓器下降70%～80%，具有優(yōu)異的節(jié)能效果，但由于其價格昂貴，目前尚未大幅度推廣。S11型卷鐵心全密封變壓器是一種低噪聲、高效節(jié)能的變壓器，與S9型相比其空載損耗下降30%～40%，噪聲下降7～10dB，因此應選用S11型及以上的低損耗、節(jié)能型站用變壓器。

在大容量的并聯(lián)電抗器中，目前主要有油浸式鐵心和干式空心兩種形式。另外，干式半心電抗器也在國內(nèi)獲得了應用，目前油浸式鐵心電抗器的初期投資成本高于空心電抗器，但其損耗量較空心電抗器低，具有顯著的節(jié)能減排效果，從全生命周期來看，油浸式鐵心電抗器優(yōu)于空心電抗器。干式半心電抗器由于目前供貨廠家較少、價格較高，產(chǎn)品的成熟度也不及干式空心電抗器和油浸式鐵心電抗器，在國內(nèi)的變電站中應用較少。因此，設計選用并聯(lián)電抗器時，應優(yōu)先考慮選用油浸式鐵心電抗器，并在同類產(chǎn)品中選擇低損耗產(chǎn)品。

3.2照明系統(tǒng)的優(yōu)化設計

為滿足節(jié)能、實現(xiàn)綠色環(huán)保的要求，首先應選用適合的高效節(jié)能燈具，如T5型熒光燈、LED燈及太陽能照明燈具等。

除了采用節(jié)能照明燈具實現(xiàn)節(jié)能外，還可以通過照明燈具的自動控制實現(xiàn)節(jié)能，如戶外采用時控或光控，即根據(jù)日照的變化或預先設定的啟閉時間進行控制，戶內(nèi)建筑的通道照明設置感應控制。對經(jīng)常無人使用的場所、通道、出入口處的照明，應設單獨開關(guān)分散控制，戶外道路照明分組布置，以根據(jù)實際需要分區(qū)控制照明燈的啟閉，避免用電浪費。

在資源條件允許的情況下，可以在變電站采用光伏發(fā)電技術(shù)，在變電站建筑物屋頂裝設太陽能電池板，通過太陽能向變電站的照明、動力等站用負荷供電，有利于節(jié)能減排、改善能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護。但目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價較高，為滿足經(jīng)濟性的要求，變電站內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用范圍可以先限制為照明等生產(chǎn)輔助性負荷，隨著今后光伏發(fā)電技術(shù)的不斷完善及經(jīng)濟性的逐步提高，可逐步擴大變電站內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用范圍。

3.3抽能高抗的應用

隨著500kV遠距離輸電線路的建設，如果沿線沒有大的負荷，一般需要在線路中建造500kV開關(guān)站。當開關(guān)站位于既無可靠電源又遠離負荷中心的偏遠地區(qū)時，開關(guān)站站用電的可靠性難以保證，此時可以采用抽能高壓并聯(lián)電抗器，在補償電容電流的同時，可以直接從電抗器中抽出一部分能量作為站用電源，即避免了外界不利因素的影響，也提高了供電的可靠性，節(jié)省了線路走廊。

3.4智能化設備的應用

高壓設備安裝相關(guān)的在線監(jiān)測裝置，建立智能化高壓設備在線監(jiān)測及評估系統(tǒng)，實現(xiàn)多狀態(tài)量的綜合在線監(jiān)測、診斷、分析和評估功能，為高壓設備的狀態(tài)檢修提供了依據(jù)，可以防止重大惡性事故的發(fā)生、節(jié)約成本和降低檢修費，保證了電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。

4變電站環(huán)境保護

4.1減少變電站電磁輻射

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，用電負荷的迅猛增長，已經(jīng)有數(shù)量較多的變電站深入到城市中心。城市居民由于環(huán)保意識的不斷增強，對居民區(qū)附近變電站的電磁輻射所帶來的環(huán)境影響日益關(guān)注。因此，綠色變電站應在設計時采取降低電磁輻射的措施：（1）合理布置配電裝置，有條件時可將電磁輻射較強的設備遠離圍墻布置。（2）多采用三相一體設備，將其各相產(chǎn)生的電磁場抵消。若要采用分相設備，在設計時盡量縮短相間距，最大限度地抵消各相設備產(chǎn)生的電磁場。（3）采用合理手段屏蔽電磁場。如高壓設備采用GIS成套裝置，或在設備周圍布置金屬屏蔽網(wǎng)，也可以充分利用建筑設施本身的金屬結(jié)構(gòu)來形成金屬屏蔽網(wǎng)。

4.2減少變電站噪聲

變電站噪聲源主要是變壓器、電抗器、電容器和配電裝置的電磁噪聲、進出線的電磁噪聲和放電噪聲。影響變電站站內(nèi)環(huán)境和站界噪聲的主要噪聲源是變壓器，變電站噪音治理主要分為無源消音和有源消音兩種方式，目前主要采用無源控制技術(shù)，即采用吸音和隔音等方法達到降低噪音的目的。該方法對高頻噪音非常有效，而對于低頻噪音并不適用；有源消音法，就是在變壓器附近（通常在距離變壓器1m以內(nèi)）放置若干個噪音發(fā)生器，使其產(chǎn)生的噪音分別與變壓器的基頻噪音及2～4次高頻噪音相互抵消，從而使變壓器的噪音受到抑制和衰減。與無源降噪方法相比，有源噪音控制不僅消音量較高，而且體積小，便于設計和控制，在城市變電站中有廣闊的應用前景。

4.3減少環(huán)境污染

4.3.1接地方案

工程實踐證明，使用降阻劑是降低接地裝置接地電阻的有效措施。目前降阻劑使用過程中主要存在污染周邊環(huán)境、腐蝕接地體、穩(wěn)定性和長效性差等問題，因此，在實際變電站工程中，首先應科學合理地設計接地網(wǎng)，通過離子接地極及接地深井、斜井等方式來降低地網(wǎng)電阻。在對地網(wǎng)進行合理設計的基礎上，仍無法達到接地電阻要求時才考慮使用降阻劑，并且不宜使用有污染的化學類降阻劑。

4.3.2環(huán)保型防火封堵材料的應用

目前國內(nèi)常用的有機防火封堵料中含有大量的氯化石蠟，氯化石蠟中游離出的氯離子與空氣中的水分接觸將生成鹽酸，腐蝕電纜表皮和金屬，而且常用有機防火堵料封堵層較厚，電纜表面散熱難，容易造成局部溫度過高，加劇了化學腐蝕反應。近年來，國內(nèi)逐步采用一種新型環(huán)保的防火封堵材料，該材料不舍鹵素，無腐蝕性，無毒無污染，并且造價較低、性能好，便于遠期擴建和改造。因此，綠色變電站設計應優(yōu)先考慮采用新型環(huán)保防火封堵材料。

4.3.3無鹵低煙阻燃型電力電纜的應用

目前國內(nèi)電力電纜的絕緣材料以聚氯乙烯為主，但聚氯乙烯含有鹵素，電纜發(fā)生事故燃燒時會釋放出有毒的煙霧，嚴重污染環(huán)境，并且妨礙消防人員的救火和疏散人員。環(huán)保型電纜是指采用燃燒時不產(chǎn)生有害物質(zhì)（包括鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯及多溴聯(lián)苯醚等）、阻燃劑不含鹵素的電纜。發(fā)達國家一直重視低煙無鹵素阻燃電纜的研發(fā)和推廣，特別是在高層建筑、地鐵、車站、機場、變電站和商場等相對密封或人員集中的建筑和設施內(nèi)。我國低煙無鹵阻燃電纜的開發(fā)和使用滯后于發(fā)達國家，但近年來，隨著人們對環(huán)境保護意識的增強，該類電纜越來越多地應用于核電站、變電站中，因此戶內(nèi)站設計時應采用無鹵低煙阻燃（WDZ）型電力電纜。