吳聰穎，閆培麗

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100052)

智能變電站預(yù)制艙式二次組合設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化

吳聰穎，閆培麗

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100052)

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備是新一代智能變電站模塊化建設(shè)的重要內(nèi)容，著力實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制、現(xiàn)場裝配式安裝，以提高智能變電站的建設(shè)效率。本文從工程實(shí)際出發(fā)，分析了常規(guī)二次裝置及屏柜結(jié)構(gòu)，調(diào)研了目前預(yù)制艙式 二次組合設(shè)備方案及應(yīng)用現(xiàn)狀，并進(jìn)行梳理總結(jié)，針對目前存在的問題，提出了預(yù)制艙及艙內(nèi)二次裝置、屏柜結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，提出了預(yù)制艙內(nèi)屏柜布置方案，并給出了預(yù)制艙方案的設(shè)計(jì)建議。

智能變電站；預(yù)制艙式二次組合設(shè)備；設(shè)計(jì)；方案。

1 概述

2012年起，國家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了新一代智能變電站的研究與設(shè)計(jì)工作。新一代智能變電站提出以“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體”為目標(biāo)，著力探索前沿技術(shù)，推動(dòng)智能變電站創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能量智能調(diào)節(jié)，設(shè)備可控在控，信息共享互動(dòng)，服務(wù)便捷優(yōu)質(zhì)。

為此，新一代智能變電站提出了緊湊型、模塊化、集裝箱式建筑、節(jié)能環(huán)保及間隔插拔式的設(shè)計(jì)理念。 其中，預(yù)制艙式二次組合設(shè)備是新一代變電站模塊化設(shè)計(jì)理念的重要體現(xiàn)，并在湖北未來城110 kV變電站和重慶大石220 kV變電站2座戶外站中應(yīng)用，效果顯著。另外，由于受當(dāng)時(shí)建設(shè)工期及二次設(shè)備廠商研發(fā)周期限制，實(shí)施的預(yù)制艙式二次組合設(shè)備仍存在一些弊端。隨著研究的不斷深入和各方配合，預(yù)制艙式二次組合設(shè)備各方面技術(shù)逐步取得新的成果，本文就預(yù)制艙式二次組合設(shè)備布置相關(guān)技術(shù)，包括裝置結(jié)構(gòu)、屏柜結(jié)構(gòu)、預(yù)制艙尺寸及布置方案等展開研究，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 二次裝置與屏柜結(jié)構(gòu)

目前，智能變電站內(nèi)二次設(shè)備包括監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)、測控、通信、電源設(shè)備等。裝置結(jié)構(gòu)普遍采用前操控面板，后背板接線方式。由于裝置柜前操作、柜后接線，對于二次屏柜而言需要前后開門，以滿足正常運(yùn)行維護(hù)的基本要求，端子排柜后左右側(cè)配置，二次設(shè)備柜典型尺寸為2260 mm×800 mm×600 mm，見圖1。

圖1 屏柜示意圖

1.2 預(yù)制艙尺寸

為保證預(yù)制艙的通用性，縮減造價(jià)，因此參考ISO標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱尺寸系列。

二次系統(tǒng)的屏柜高度均為2200 mm，加上眉高為2260 mm，柜頂(底)上(下)方還需要橋架及走線的空間。而ISO標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱內(nèi)部凈高度為2394 mm，不滿足上述要求，因此需要選取增加高度的集裝箱，其外部高度為2896 mm、內(nèi)部高度為2646 mm，滿足二次設(shè)備布置需求。行業(yè)內(nèi)通用的標(biāo)準(zhǔn)加高型集裝箱規(guī)格尺寸見表1。

1.3 布置現(xiàn)狀

重慶大石220 kV及湖北未來城110 kV首批2座AIS示范智能變電站全面落實(shí)新一代智能變電站的模塊化設(shè)計(jì)理念，首次使用了全預(yù)制艙方案。

表1 標(biāo)準(zhǔn)加高型集裝箱規(guī)格

1.3.1 單艙單列布置(雙艙拼接方式)

單列布置方式，即預(yù)制艙內(nèi)采用前操控面板、后背板接線的二次屏柜，采用并柜聯(lián)接，沿箱體長度方向單列布置于箱體中，考慮柜前操作巡視通道、柜后檢修維護(hù)通道及預(yù)制艙內(nèi)輔助設(shè)施的布置，如在湖北未來城110 kV站內(nèi)設(shè)置了2個(gè)1200 mm單列布置的預(yù)制艙，采用拼接方式置于站區(qū)，艙內(nèi)均使用前顯示后接線屏柜，其中電源柜采用800 mm×600 mm柜體，服務(wù)器柜采用800 mm×800 mm柜體，保護(hù)測控柜、通信機(jī)柜均采用600 mm×600 mm柜體，見圖2。

圖2 湖北未來城預(yù)制艙布置示意圖

預(yù)制艙內(nèi)采用單列布置，空間的利用率不高，預(yù)制艙設(shè)置數(shù)量較多，尤其對220 kV及以上電壓等級變電站，經(jīng)濟(jì)性較差。

1.3.2 單艙雙列布置且側(cè)壁開門

在重慶大石220 kV站內(nèi)設(shè)置了4個(gè)1200 mm雙列布置的預(yù)制艙，其中包含了1個(gè)公共設(shè)備預(yù)制艙，1個(gè)220 kV二次設(shè)備及直流電源預(yù)制艙，1個(gè)主變壓器及110 kV二次設(shè)備預(yù)制艙和1個(gè)蓄電池組預(yù)制艙。

基于目前普遍采用前操控面板、后背板接線的二次屏柜現(xiàn)狀，綜合考慮預(yù)制艙尺寸、二次設(shè)備、屏柜尺寸及通道需求，預(yù)制艙內(nèi)屏柜采取雙列靠墻布置方式時(shí)，由于采用800 mm寬的前顯示后接線屏柜，需將預(yù)制艙側(cè)壁對應(yīng)屏柜位置開多扇側(cè)門(當(dāng)前門朝側(cè)壁時(shí)增加視窗)，以滿足正常運(yùn)行維護(hù)要求。接線維護(hù)時(shí)操作人員在箱外打開側(cè)壁上的門，進(jìn)行操作，見圖3。

圖3 重慶大石預(yù)制艙布置示意圖

雖此方式預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備可雙列布置，空間利用率有所提高，但預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，側(cè)壁開多個(gè)門將增加大量成本，且為解決開門帶來的強(qiáng)度、防雨、防腐等問題還將額外增加成本。且對出現(xiàn)惡劣環(huán)境時(shí)維護(hù)帶來不便，此方案性價(jià)比也不高。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1 預(yù)制艙及二次設(shè)備優(yōu)化

(1)預(yù)制艙尺寸優(yōu)化

原先工程中，確定預(yù)制艙式二次組合設(shè)備外形尺寸時(shí)參考了標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的尺寸系列，使I型、II型、III型預(yù)制艙分別對應(yīng)20呎、30呎、40呎標(biāo)準(zhǔn)集中箱的外形尺寸，為加大屏正-屏正之間檢修通道，結(jié)合對國內(nèi)大件運(yùn)輸實(shí)際情況，預(yù)制艙寬度由原來的2500 mm增加到2800 mm。優(yōu)化后預(yù)制艙尺寸見表2。

表2 優(yōu)化后預(yù)制艙尺寸

同時(shí)為滿足預(yù)制艙內(nèi)屏柜雙列靠墻布置方式，實(shí)現(xiàn)最大化利用艙內(nèi)空間，提出了前顯示前接線設(shè)備。

(2)二次設(shè)備優(yōu)化

前顯示前接線裝置是在不改變現(xiàn)有裝置插件結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，將人機(jī)界面與接線端子位置同時(shí)置于裝置正面，通過將人機(jī)界面翻轉(zhuǎn)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，露出接線端子，實(shí)現(xiàn)可在裝置正面進(jìn)行人機(jī)對話與接線工作。人機(jī)界面翻轉(zhuǎn)的方式通常有上移、側(cè)翻、上翻等，側(cè)翻結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 前接線、前顯示裝置側(cè)翻結(jié)構(gòu)示意圖

前顯示前接線設(shè)備的應(yīng)用，使艙內(nèi)屏柜在不開后門的情況下，操作人員方便的對柜內(nèi)裝置進(jìn)行安裝、操作及維護(hù)，不需艙壁側(cè)面開門即可實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)屏柜的雙列布置，避免了艙體側(cè)壁開門帶來的艙體密封性差，運(yùn)維對天氣依賴性強(qiáng)的缺點(diǎn)。

基于前接線、前顯示二次裝置的應(yīng)用，屏柜結(jié)構(gòu)可優(yōu)化為只前開門型式。當(dāng)靠墻布置屏柜時(shí)，只需在屏背與墻之間預(yù)留一定的散熱空間即可，并能保證屏正-屏正之間檢修通道可大于1300 mm。

2.2 預(yù)制艙內(nèi)屏柜布置方案優(yōu)化

采用2800 mm寬的預(yù)制艙及“前接線前顯示裝置”800 mm寬屏柜，同時(shí)保證預(yù)制艙廠家對艙內(nèi)保暖等措施處理，考慮一定艙壁厚度后各個(gè)尺寸預(yù)制艙推薦布置方式見圖5～圖7。

根據(jù)應(yīng)用情況，當(dāng)采用800 mm屏柜時(shí)可布置屏柜數(shù)量見表3。

圖5 I型艙布置示意圖

圖6 II型艙布置示意圖

圖7 III型艙布置示意圖

表3 布置屏柜量

2.3 工程配置方案

應(yīng)結(jié)合工程規(guī)模及總平面布置，因地制宜合理設(shè)置二次設(shè)備預(yù)制艙，可采用“全預(yù)制艙”方案或“艙+建筑物”方案。

2.3.1 全艙方案

將全站二次系統(tǒng)設(shè)備模塊化布置于一個(gè)預(yù)制艙，在工廠內(nèi)完成整站的全部二次系統(tǒng)生產(chǎn)、安裝、接線、調(diào)試，作為一個(gè)整體運(yùn)輸至現(xiàn)場，采用預(yù)制光、電纜與一次設(shè)備插拔式連接，極大縮短了建設(shè)周期，尤其適用于施工環(huán)境相對惡劣場合，同時(shí)也提升了二次系統(tǒng)安裝接線質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的可靠性，是終端110 kV變電站及出線規(guī)模較小110 kV變電站規(guī)模化快速建設(shè)新模式，見圖8，為全艙布置方案，將監(jiān)控主機(jī)和應(yīng)用服務(wù)器橫向擺放。

圖8 “單艙整站預(yù)制”平面布置圖

2.3.2 艙和建筑物方案

“艙+建筑物”方案，針對220 kV變電站或規(guī)模相對較大的110 kV變電站，間隔層設(shè)備采用預(yù)制艙式二次組合設(shè)備，下放布置布置于一次設(shè)備場地，站控層設(shè)備、電源設(shè)備等模塊布置于二次設(shè)備室內(nèi)，毗鄰低壓配電裝置建筑物布置，見圖9。其他二次設(shè)備均放于二次設(shè)備室中，屏柜按間隔按功能統(tǒng)籌組柜。

圖9 “艙+建筑物”艙內(nèi)屏柜平面布置圖

3 結(jié)論

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備改變了以往智能變電站的建設(shè)模式，根據(jù)屏柜功能，合理組合，在工程內(nèi)預(yù)制、接線和調(diào)試，大大提高了現(xiàn)場施工效率。設(shè)計(jì)人員在做設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)本著最大化工廠預(yù)制原則，結(jié)合工程實(shí)際，合理配置。對于戶外規(guī)模較小的110 kV終端變電站，宜推薦采用“單艙整站預(yù)制”方案；對于戶外220 kV變電站，宜采用“艙+建筑物”方案，設(shè)置1～2個(gè)預(yù)制艙。

技術(shù)方案固化后，建議推進(jìn)預(yù)制艙式二次組合設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括艙內(nèi)模塊化布置、模塊內(nèi)屏間接線、模塊間接線及艙對外接線的標(biāo)準(zhǔn)化等。以大大提高預(yù)制艙的生產(chǎn)效率。在艙內(nèi)屏柜結(jié)構(gòu)、組柜方案、柜內(nèi)工作分區(qū)等方面可繼續(xù)深化研究，真正體現(xiàn)變電站工業(yè)化理念，方便運(yùn)維檢修，大力支撐智能變電站建設(shè)。

[1] Q/GDW 383—2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S]．

[2] Q/GDW 393—2009，110(66) kV～220 kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] Q/GDW/441—2010，智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]．

[4] Q/GDW 11157—2014，預(yù)制艙式二次組合設(shè)備技術(shù)規(guī)范[S]．

[5] 國家電網(wǎng)公司．國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)∶110(66)-750 kV變電站(2011年版)[M]．北京：中國電力出版社，2010．

[6] 國家電網(wǎng)公司．國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)：110(66)-750 kV智能變電站部分(2011年版)[M]．北京：中國電力出版社，2010．

[7] 國家電網(wǎng)公司．國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)備：智能變電站一、二次設(shè)備(2012年版)[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[8] 國家電網(wǎng)公司科技部；國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院．新一代智能變電站典型設(shè)計(jì)110 kV變電站分冊 [M]．北京：中國電力出版社，2015．

[9] 國家電網(wǎng)公司科技部；國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院．新一代智能變電站典型設(shè)計(jì)220 kV變電站分冊 [M]．北京：中國電力出版社，2015．

[10] 宋璇坤，劉開俊，沈江．新一代智能變電站研究與設(shè)計(jì)[M]．北京：中國電力出版社，2014．

[11] 宋璇坤，等．新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)方案[J]．電力建設(shè)，2012，11(7)．

[12] 蔣懷貞，等．一種前接線二次保護(hù)裝置顯示終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43(1)．

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Design Optimization of Prefabricate Cabin Pattern Secondary Combination Equipment Intelligent Substation

WU Cong-yin, YAN Pei-li
(State Power Economic Research Institute，Beijing 100052，China)

The secondary combination device in prefabricated cabin is an important part of the modular construction of the new generation intelligent substation. In order to improve the efficiency of the construction of intelligent substation，it focus on the realization of factory prefabrication and site assembly installation. The paper analysys the conventional structure of the secondary device and the cabinet. Then it researchs and summarizes the application situation of the prefabricated cabin and related. Finally it proposes the optimization scheme of the secondary combination device in prefabricated cabin and gives the design suggestion of prefabricated cabin scheme.

intelligent substation; secondary combination device in prefabricated cabin; design; scheme.

TM63

B

1671-9913(2016)06-0060-05

2016-01-11

吳聰穎 (1987- )，男，福建龍巖人，碩士，工程師，主要從事變電站設(shè)計(jì)。