張 振,聶建春,張曉妍,白秀梅,鄔超慧
(內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,呼和浩特 010010)
智能化變電站模塊化建設(shè)是一種新型的變電站建設(shè)模式,具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式建設(shè)、機(jī)械化施工的特點(diǎn),契合了電網(wǎng)工程建設(shè)工業(yè)化的理念,是實(shí)施電網(wǎng)工程集成創(chuàng)新,促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的體現(xiàn)[1]。2013年,國家電網(wǎng)公司開始開展標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站建設(shè),并通過試點(diǎn)工程逐步推廣應(yīng)用。為進(jìn)一步鞏固智能化變電站模塊化建設(shè)成果,統(tǒng)一智能化變電站模塊化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),國網(wǎng)公司在現(xiàn)行通用設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程需求和技術(shù)發(fā)展,編制完成了智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)。
近年來,為進(jìn)一步推進(jìn)內(nèi)蒙古電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化水平,提高電網(wǎng)工程集成創(chuàng)新水平,全面提升電網(wǎng)建設(shè)能力,自2017年開始,內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱內(nèi)蒙古電力公司)大力推廣應(yīng)用國家電網(wǎng)公司“三通一標(biāo)”成果,逐步實(shí)現(xiàn)變電站智能化建設(shè)。在應(yīng)用國家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn),由于內(nèi)蒙古電網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)習(xí)慣及蒙西地區(qū)嚴(yán)寒、高海拔、強(qiáng)風(fēng)沙等特殊地理環(huán)境,使得能夠直接利用的通用設(shè)計(jì)方案較少。為進(jìn)一步推廣應(yīng)用國網(wǎng)智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì),有必要結(jié)合內(nèi)蒙古電網(wǎng)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀,在參考國家電網(wǎng)智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,編制適用于內(nèi)蒙古電網(wǎng)的智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)[2]。
《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)——35~110 kV智能變電站模塊化建設(shè)施工圖設(shè)計(jì)》(2016年版)(以下簡(jiǎn)稱《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》)中共包含110 kV變電站通用設(shè)計(jì)方案16個(gè)(見表1)[3]。
表1 國家電網(wǎng)公司110 kV變電站通用設(shè)計(jì)方案
在結(jié)合內(nèi)蒙古電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模、設(shè)備選用、配電裝置型式等實(shí)際情況,以及充分調(diào)研內(nèi)蒙古電網(wǎng)所屬各供電單位實(shí)際工程的基礎(chǔ)上,對(duì)《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》進(jìn)行篩選、梳理、優(yōu)化,最終確定內(nèi)蒙古電網(wǎng)110 kV智能變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)方案(以下簡(jiǎn)稱《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》),共包含110 kV變電站通用設(shè)計(jì)方案7個(gè),見表2。
表2 內(nèi)蒙古電網(wǎng)110 kV智能變電站模塊化通用設(shè)計(jì)方案
《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中設(shè)計(jì)原則的確定不僅考慮智能模塊化變電站所共有的特性(預(yù)制艙及裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)等),還應(yīng)考慮內(nèi)蒙古電網(wǎng)變電站建設(shè)實(shí)際(當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候特點(diǎn)、建設(shè)習(xí)慣等)。本文主要從以下7個(gè)方面進(jìn)行分析。
在Q/GDW 11157—2014《預(yù)制艙式二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范》中預(yù)制艙式二次組合設(shè)備使用的環(huán)境要求是:環(huán)境溫度-25~55℃;極端環(huán)境溫度-40~55℃[4]。在本次《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》方案修訂中,針對(duì)二次艙的使用,結(jié)合溫度范圍提出應(yīng)用建議:最低溫度-40℃地區(qū)不使用二次艙;最低溫度-40~-25℃慎重使用,必要時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后確定;最低溫度高于-25℃可根據(jù)需要設(shè)置。
結(jié)合蒙西地區(qū)氣候環(huán)境特點(diǎn),在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,依據(jù)Q/GDW 430—2010《智能變電站智能控制柜技術(shù)規(guī)范》[5]及蒙東基建部[2013]32號(hào)文,建議最低氣溫在-40℃以上地區(qū),保護(hù)裝置集中布置在主控制室內(nèi),智能終端、合并單元布置在匯控柜內(nèi);最低氣溫在-40℃以下地區(qū),智能終端、合并單元集中布置在主控制室[3-4]。
對(duì)于裝配式構(gòu)筑物(如圍墻、電纜溝等)是否采用裝配式結(jié)構(gòu),應(yīng)因地制宜、綜合考慮,并根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ袌?chǎng)選定材料、就近選擇工廠化加工制作,盡量避免遠(yuǎn)程供貨。
構(gòu)支架基礎(chǔ)的選用應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)條件,優(yōu)先就近選用原材料,就地選擇移動(dòng)式加工廠,盡量避免長距離運(yùn)輸重型材料或構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)支架基礎(chǔ)采用裝配式時(shí),應(yīng)綜合考慮加工基地、運(yùn)輸條件、工期、工程造價(jià)等因素,盡可能統(tǒng)一基礎(chǔ)尺寸,減少模具品種,提高模具周轉(zhuǎn)利用率。
當(dāng)前構(gòu)支架材料基本為鋼材,結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)材料具有的低溫冷脆及承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用下的疲勞破壞的特點(diǎn),提出蒙西寒冷地區(qū)預(yù)防低溫冷脆與高應(yīng)力疲勞的措施:針對(duì)風(fēng)荷載突出的鋼結(jié)構(gòu),依據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,當(dāng)焊接構(gòu)件最低工作溫度低于0℃時(shí)采用C級(jí)鋼材,低于-20℃采用D級(jí)鋼材;螺栓連接所用鋼材可以降低一個(gè)級(jí)別,如帶避雷針的構(gòu)架采用耐低溫鋼材;考慮施工等問題,柱腳、掛點(diǎn)等統(tǒng)一采用耐低溫鋼材[6]。
內(nèi)蒙古電網(wǎng)建筑物外墻面在非高寒地區(qū)按照《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》采用壓型鋼板復(fù)合板,在城市中心地區(qū)可采用鋁鎂猛板,在寒冷地區(qū)可采用纖維復(fù)合板[5]。在錫林郭勒盟等高寒地區(qū)可參照東北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)方案,墻板采用內(nèi)外雙層彩鋼夾芯復(fù)合板。該種復(fù)合板內(nèi)側(cè)板厚50 mm,外側(cè)板厚80 mm,通過檁條固定在鋼柱上,雙層板形成空氣隔絕夾層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了隔熱、隔音、保溫、抵抗風(fēng)沙的性能,夾層內(nèi)布置工藝管線,可實(shí)現(xiàn)裝配式建筑工藝管線一體化效果。
當(dāng)前建筑物鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的做法主要采用焊接和螺栓連接,在實(shí)際工程應(yīng)用中以焊接為主[6]??紤]到內(nèi)蒙古地區(qū)氣候區(qū)域環(huán)境,采用焊接連接時(shí),要避免出現(xiàn)低溫冷脆現(xiàn)象,盡量在工廠內(nèi)、熱鍍鋅之前完成。推薦使用螺栓連接,減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作,盡量做到現(xiàn)場(chǎng)無焊接。采用螺栓連接應(yīng)加強(qiáng)精細(xì)化設(shè)計(jì)。
當(dāng)前,內(nèi)蒙古電網(wǎng)在變電站建設(shè)方面的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為《電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《變電站裝飾、裝修材料選用標(biāo)準(zhǔn)》《輸電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)(技術(shù))標(biāo)準(zhǔn)》和《內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)》,與《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》的技術(shù)導(dǎo)則之間的差異如下。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中,10 kV電容器組中電抗器戶外布置方式為疊裝式。根據(jù)《內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中“新安裝干式空芯電抗器時(shí),不應(yīng)采用疊裝結(jié)構(gòu),避免電抗器單相事故發(fā)展為相間事故”要求,《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》將10 kV電容器組中電抗器戶外布置方式調(diào)整為平放式,并要求根據(jù)需要調(diào)整相應(yīng)尺寸[7]。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》戶內(nèi)和半戶內(nèi)方案中,有些方案未配置進(jìn)線單相電壓互感器(原則不統(tǒng)一),不滿足內(nèi)蒙古電力公司所屬各供電局對(duì)使用110 kV備自投的需求。由于戶內(nèi)GIS增加進(jìn)線不影響電壓互感器布置,目前均配置進(jìn)線單相電壓互感器。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中,除關(guān)口計(jì)量點(diǎn)外,均采用數(shù)字計(jì)量表,10 kV/35 kV配電裝置采用保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量多合一裝置,不設(shè)獨(dú)立的電能表。全站設(shè)置一套電能量系統(tǒng)子站設(shè)備(設(shè)置1臺(tái)電能量遠(yuǎn)方終端),電能量遠(yuǎn)方終端以串口方式采集各電能表計(jì)信息,并通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與電能量主站通信[8]。內(nèi)蒙古電網(wǎng)當(dāng)前無數(shù)字計(jì)量表校表規(guī)范,均采用模擬采樣,需配置獨(dú)立電流互感器計(jì)量繞組和電壓互感器并列裝置。全站設(shè)置一套電能量系統(tǒng)子站設(shè)備,當(dāng)1臺(tái)電能量遠(yuǎn)方終端不能滿足信息上傳要求時(shí),設(shè)置2臺(tái)電能量遠(yuǎn)方終端。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中,線路保護(hù)裝置布置于GIS室斷路器智能控制柜內(nèi);《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中,當(dāng)GIS室和二次設(shè)備室距離較近時(shí),考慮到二次設(shè)備室的環(huán)境條件優(yōu)于GIS室,因此將線路保護(hù)裝置布置于二次設(shè)備室。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中輔控系統(tǒng)接入Ⅱ區(qū)交換機(jī),并由Ⅲ/Ⅳ數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)信息回傳主站,信息包括視頻、火災(zāi)報(bào)警、電子圍欄報(bào)警、環(huán)境等。當(dāng)前內(nèi)蒙古電力公司按照Q/ND 10203 01—2019《變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)意見》,暫不設(shè)置輔控網(wǎng)關(guān)機(jī)[9]。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中取消了變電站大門標(biāo)識(shí)墻的要求和做法,代之以變電站大門銘牌。內(nèi)蒙古電網(wǎng)則按照《內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司變電站標(biāo)準(zhǔn)化管理?xiàng)l例》規(guī)定的尺寸、樣式建設(shè),并將變電站大門標(biāo)識(shí)墻設(shè)立在大門右手側(cè)。
國網(wǎng)公司110 kV及以下變電站配電裝置樓(室)內(nèi)輔助房間配置安全工器具間、資料室,另增加獨(dú)立輔助房間建筑,建筑面積有48 m2、50 m2兩種(內(nèi)設(shè)公共衛(wèi)生間、備餐間、保電值班室、警衛(wèi)室),與內(nèi)蒙古電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)蒙古電力公司通用設(shè)計(jì)輔助房間配置原則不同。內(nèi)蒙古電力公司通用設(shè)計(jì)輔助房間配置衛(wèi)生間、安全工器具間、資料室、備餐間、保電值班室。
針對(duì)GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中“將主控制樓、繼電器室的火災(zāi)危險(xiǎn)性由戊類提升為丁類”這一變動(dòng)[10],國網(wǎng)公司下發(fā)了《國網(wǎng)基建部關(guān)于發(fā)布35~750 kV變電站通用設(shè)計(jì)通信、消防部分修訂成果的通知》,明確當(dāng)110 kV變電站為無人值班站、運(yùn)維站時(shí),變電站建筑物不設(shè)置主控制樓和繼電器室,只設(shè)置二次設(shè)備室、配電裝置室(樓)、消防泵房(如有需求)、雨淋閥室(如有需求)等生產(chǎn)建筑物和警衛(wèi)室。變電站建筑無丁類建筑,無需設(shè)置建筑消防給水系統(tǒng)。同時(shí)在變電站門口設(shè)置警衛(wèi)室(輔助用房)、保電值班室、備餐間和衛(wèi)生間,以滿足變電站日常值守和保電的生活需求。
內(nèi)蒙古電力公司新建110 kV變電站輔助用房一般與生產(chǎn)用房統(tǒng)一布置在一個(gè)建筑內(nèi),未設(shè)置警衛(wèi)室。當(dāng)新建110 kV變電站為無人值班站、運(yùn)維站時(shí),參照國網(wǎng)公司模式,變電站內(nèi)設(shè)有配電裝置室(樓)、消防泵房(如有需求)、警衛(wèi)室等建筑物。當(dāng)其耐火等級(jí)不低于二級(jí)、建筑體積不超過3000 m3且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類時(shí),可不設(shè)消防給水系統(tǒng);當(dāng)新建110 kV變電站為集控站時(shí),變電站內(nèi)需設(shè)主控室(樓)、配電裝置室(樓)、消防泵房、警衛(wèi)室等建筑物。還應(yīng)設(shè)建筑物消防給水系統(tǒng)[11-16]。
《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》中要求建筑物內(nèi)電氣設(shè)備間根據(jù)工藝設(shè)備采用分體空調(diào)或電采暖設(shè)備;而《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》則要求,繼電保護(hù)裝置就地布置的10 kV、35 kV配電裝置室、GIS設(shè)備室可適當(dāng)配置分體電采暖設(shè)備,使室內(nèi)溫度不低于-5℃,保證繼電保護(hù)等二次裝置和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備正常運(yùn)行。
基于《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》,結(jié)合蒙西地區(qū)氣候區(qū)域特點(diǎn)及內(nèi)蒙古電網(wǎng)建設(shè)習(xí)慣,在明確主要設(shè)計(jì)原則及梳理與《國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》差異的基礎(chǔ)上,形成了《內(nèi)蒙古電網(wǎng)通用設(shè)計(jì)》技術(shù)方案,具體見表3。
表3 內(nèi)蒙古電網(wǎng)110 kV智能變電站模塊化建設(shè)施工圖通用設(shè)計(jì)技術(shù)方案
智能變電站模塊化建設(shè)以其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配式建設(shè)、機(jī)械化施工的特點(diǎn),成為變電站工程建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì),本文從內(nèi)蒙古電網(wǎng)實(shí)際出發(fā),明確了內(nèi)蒙古電網(wǎng)智能化變電站模塊化建設(shè)的設(shè)計(jì)原則,同時(shí)依據(jù)內(nèi)蒙古電網(wǎng)當(dāng)前現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),梳理了與國網(wǎng)智能化變電站模塊化建設(shè)通用設(shè)計(jì)的差異,統(tǒng)一了內(nèi)蒙古電網(wǎng)智能化變電站模塊化建設(shè)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)深度,從而推進(jìn)了內(nèi)蒙古電網(wǎng)智能化變電站模塊化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程。