預(yù)制艙式二次設(shè)備在智能變電站中的應(yīng)用

楊雪婷

（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

根據(jù)南方電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃，新建變電站將不再采用傳統(tǒng)的綜合自動化模式進(jìn)行建設(shè)，智能化變電站將成為未來南方電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃工作中的主要方向。預(yù)制艙式二次設(shè)備在設(shè)備廠家采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊化生產(chǎn)，僅在現(xiàn)場進(jìn)行組裝工作，能夠有效縮短變電站的建設(shè)周期。隨著變電站建設(shè)要求的提高，為提升工程質(zhì)量、加快工程建設(shè)速度，引入預(yù)制艙式二次設(shè)備成為電網(wǎng)公司建設(shè)智能化變電站項(xiàng)目中的重點(diǎn)舉措。

1 智能變電站二次設(shè)備建設(shè)的實(shí)際情況

現(xiàn)場施工量大，施工周期相對比較長。二次設(shè)備需要等到土建施工完成之后，才可以開展現(xiàn)場的安裝調(diào)試工作，整個(gè)施工周期相對比較長，對工程進(jìn)度的控制提出了比較高的要求[1]。

建設(shè)質(zhì)量把控難度相對較大。在變電站的建設(shè)過程中，受天氣、工期限制等因素的影響，土建和電氣施工經(jīng)常會出現(xiàn)交叉作業(yè)，各類施工人員的數(shù)量也相對比較多，導(dǎo)致施工質(zhì)量的控制難度相對比較高。

2 預(yù)制艙式二次設(shè)備的使用特點(diǎn)

預(yù)制艙式將二次設(shè)備集中布置在預(yù)制艙之內(nèi)，在設(shè)備廠家工廠進(jìn)行接線調(diào)試，安裝完畢之后，整體運(yùn)送到現(xiàn)場安裝，其主要的特點(diǎn)有4 點(diǎn)。1）便于廠家進(jìn)行集中式的安裝，可以有效對二次設(shè)備的功能進(jìn)行整合，進(jìn)一步提升設(shè)備的集成度[2]。2）通過合理開展二次設(shè)備的接線工作，有效降低現(xiàn)場作業(yè)量，促進(jìn)工程順利完工。3）為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)，最大程度地保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。4）由于可以采用設(shè)備就地布置的形式，因此能夠有效縮短二次光纜的鋪設(shè)長度。

為了滿足變電站實(shí)際運(yùn)行的需要，從變電站設(shè)備應(yīng)用的安全性、通用性和經(jīng)濟(jì)性3 個(gè)方面進(jìn)行控制。保證艙體可以正常運(yùn)輸，在外形尺寸的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該根據(jù)《超限運(yùn)輸車輛行駛路管理規(guī)定》，預(yù)制艙的橫向長度應(yīng)該設(shè)計(jì)在200 mm的范圍內(nèi)，長度也不宜超過1 300 mm，通常會采用3 種規(guī)格設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙的規(guī)格

2.1 艙體結(jié)構(gòu)

由于艙體設(shè)計(jì)制造過程中使用的是不銹鋼材料，具有非常強(qiáng)的抗腐蝕能力，因此，通常預(yù)制艙式二次設(shè)備都能夠在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中長期使用。此外，由于艙體采用的是金屬六面體結(jié)構(gòu)，因此可以提升艙體抗電磁輻射的能力，保證艙體的防護(hù)等級可以達(dá)到IP54[3]。艙體很多時(shí)候需要在戶外使用，通過在其艙壁夾層中附著保溫層，可以使其防火性能高于V2 級。由于艙內(nèi)附著保溫材料的厚度超過了45 mm，因此可以讓艙體具有更強(qiáng)的保溫能力。

2.2 做好艙體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行艙體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該根據(jù)艙體實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的受風(fēng)和震動情況進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)艙體結(jié)構(gòu)的剛性，主體結(jié)構(gòu)可以采用雙H 型鋼柱設(shè)計(jì)形式，梁之間可以采用焊接結(jié)構(gòu)形式。如果采用的是標(biāo)準(zhǔn)雙開門，可以作為設(shè)備輸入的通道使用。門的設(shè)計(jì)寬度應(yīng)該滿足相關(guān)的要求，并具有一定的防火能力，防火等級通常為二級。對于艙體可以不設(shè)置窗戶，軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)該直接布置在墻面上，通過在風(fēng)機(jī)外設(shè)置防護(hù)罩，可以有效防止雨水、灰塵滲入其中。通過對其頂部設(shè)置斜頂，讓斜頂與箱頂成15°的夾角，能夠有效預(yù)防積水的產(chǎn)生。

對于照明、空調(diào)、換氣扇等電氣設(shè)施，應(yīng)該合理布置走線槽、配電盒、開關(guān)面板和插座等。此外，對于消防、監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)該預(yù)留加裝鋪設(shè)電纜的位置。艙體和地網(wǎng)接觸點(diǎn)的接觸面積應(yīng)該不小于100 mm×80 mm，其接地電阻也不應(yīng)該大于0.1 Ω，在接地導(dǎo)體的設(shè)置中，應(yīng)該使用不小于30 mm2的銅帶。

3 預(yù)制艙式二次設(shè)備的布置方案

在預(yù)制艙式二次設(shè)備的布置過程中，經(jīng)常會采用2 種布置方式，一種是單列布置，另外一種是雙列布置。預(yù)制艙布置示意圖如圖1 所示。

如果采用的是單列布置形式，屏柜應(yīng)該布置在艙體的中間位置，屏幕應(yīng)該留有1 000 mm 的維護(hù)通道，屏后應(yīng)該留有750 mm 的通道，為更換插件提供足夠的空間。在40 尺艙體的設(shè)計(jì)過程中，其屏柜可以設(shè)計(jì)成17 面的，該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，比較適合應(yīng)用于當(dāng)前施工中。如果采用的是雙列布置形式，需要采用靠邊布置的形式，并采用旋轉(zhuǎn)開門結(jié)構(gòu)，中間應(yīng)該預(yù)留150 mm，作為維護(hù)通道進(jìn)行使用。如在40 尺艙體的設(shè)計(jì)中，將屏柜設(shè)計(jì)為26 面的，有利于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，方便柜內(nèi)走線布置，由于走線比較復(fù)雜，在試點(diǎn)中應(yīng)用較多。因此，為了優(yōu)化預(yù)制艙式二次設(shè)備的布局，需要做好以下3 個(gè)方面的工作。

圖1 預(yù)制艙布置示意圖

3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)

在機(jī)架設(shè)計(jì)方面，主要是對艙內(nèi)的屏柜設(shè)置和布置的方式進(jìn)行優(yōu)化，以及對艙內(nèi)二次回路的連接方式進(jìn)行優(yōu)化，著力推動智能變電站在空間、功能和運(yùn)維方面的一體化設(shè)計(jì)。在實(shí)際操作中需要緊密結(jié)合實(shí)際需求，提高機(jī)架內(nèi)安裝設(shè)備空間的利用率，做好多間隔設(shè)備的集成安裝工作，機(jī)架需要從上到下進(jìn)行安裝，分別做好空開安裝、設(shè)備安裝、附件安裝檢修、豎向檢修維護(hù)區(qū)域與通道的設(shè)置。在艙體的一體化布局中，首先，把艙內(nèi)劃分為3個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，分別是溫控區(qū)、主設(shè)備區(qū)、辦公區(qū)，每個(gè)區(qū)域都具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，相互之間不能干擾，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)為后期檢修和運(yùn)維提供便利。因此，需要通過分區(qū)設(shè)計(jì)來促進(jìn)艙內(nèi)整體性與融合性的提升。其次，切實(shí)提高艙頂與側(cè)部空間的利用率，對燈具、攝像頭、煙霧探測器進(jìn)行統(tǒng)一安裝規(guī)劃，采用開放式的布線通道，便于后期的運(yùn)維，并保證艙內(nèi)的光線路均勻和柔和，為艙內(nèi)的運(yùn)維和檢修提供便利，促進(jìn)艙內(nèi)工作環(huán)境的優(yōu)化。最后，把艙體內(nèi)的空調(diào)統(tǒng)一在短邊側(cè)安裝，做好隔聲設(shè)置，預(yù)留檢修門，提升預(yù)制艙的美觀性。

3.2 集中溫控

在集中溫控方面，為了確保機(jī)架頂部空間的利用率得到有效的提升，需要將空調(diào)安裝在艙體的短邊側(cè)并進(jìn)行一體化的風(fēng)道設(shè)計(jì)。采用的出風(fēng)量調(diào)節(jié)方案，能結(jié)合機(jī)架自身的散熱特性進(jìn)行溫控量化，更好地提高開放式溫控的效率，使設(shè)備的溫控更加均勻、靈活，對有限的資源進(jìn)行按需分配，在促進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的同時(shí)，使艙內(nèi)通風(fēng)散熱效率得到提升，在散熱能耗降低的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。一般而言，空調(diào)冷風(fēng)需要從風(fēng)道進(jìn)入機(jī)架頂部，每個(gè)機(jī)架內(nèi)部的發(fā)熱量又不同，需要對機(jī)架頂部出風(fēng)口的大小進(jìn)行針對性的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，精準(zhǔn)地對每個(gè)機(jī)架的溫度進(jìn)行控制，在促進(jìn)溫控成效提升的同時(shí)將其能耗降低。此外，在排布艙內(nèi)機(jī)架時(shí)，需要把發(fā)熱量較大的機(jī)架與空調(diào)端接近，有助于機(jī)架溫度控制和艙內(nèi)溫控效果的優(yōu)化。

3.3 220 kV變電站建設(shè)實(shí)例分析

該文以佛山某個(gè)220 kV 變電的建設(shè)為例，在進(jìn)行施工的過程中，采用的3 臺主變的設(shè)計(jì)方案，其220 kV 側(cè)配置8 回出線，110 kV 側(cè)采用了12 回的出線方案，并根據(jù)電壓等級進(jìn)行分區(qū)配置。在220 kV 區(qū)配置了一個(gè)二次組合設(shè)備，其集中布置了220 kV 側(cè)保護(hù)、測控、計(jì)量、錄波及直流柜等間隔層設(shè)備，總共15 面柜，直接選擇使用40 尺的艙體設(shè)計(jì)。對于110 kV 的變電區(qū)域，配置了1 個(gè)預(yù)制艙式的二次組合設(shè)備，可以對110 kV 側(cè)提供更強(qiáng)的保護(hù)，這些設(shè)備主要具有保護(hù)、測控、計(jì)量和錄波等功能，總共12 面柜，直接選擇30尺的艙體設(shè)計(jì)。對于主變區(qū)采用了一個(gè)預(yù)制艙式的二次組合設(shè)備，其對主變保護(hù)、測控、計(jì)量、錄波設(shè)備集中進(jìn)行了布置，共16 面柜，選擇使用40 尺的艙體，如圖2 所示。

光纜和電纜的配置。在二次艙內(nèi)的配線區(qū)域之中，可以通過尾纜和控制電纜的使用，來實(shí)現(xiàn)對各種插件的連接，這可以有效實(shí)現(xiàn)屏柜內(nèi)零光配和少量橫排端子。通過艙外各間隔光纜的連接，可以讓智能控制柜直接和多個(gè)二次設(shè)備相連，進(jìn)一步簡化了柜內(nèi)的連接形式，可以直接采用一根光纜就完成艙內(nèi)的接線。

4 預(yù)制艙式二次設(shè)備應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益

圖2 預(yù)制艙布置示意圖

通過對預(yù)制艙式二次設(shè)備的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對二次設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化安裝，取得了比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。1）在出廠前完成對二次設(shè)備的接線工作，這樣更有利于對二次設(shè)備的功能進(jìn)行整合，進(jìn)一步提升設(shè)備的集中度、集成度，有效減少現(xiàn)場的作業(yè)量。2）有效改變了聯(lián)調(diào)模式，通過采用工廠聯(lián)調(diào)+現(xiàn)場調(diào)試的模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對全站五防邏輯、信號表命名等設(shè)備SCD 文件的固化，對于現(xiàn)場的一次設(shè)備一次傳動驗(yàn)證即可。3） 對二次設(shè)備采用加工廠加工、現(xiàn)場吊裝的方式，省去了建筑物施工中結(jié)構(gòu)、砌筑、裝飾和電氣安裝等環(huán)節(jié)，在減少施工量的同時(shí)，還進(jìn)一步降低了對環(huán)境的污染。通過對二次設(shè)備艙地的優(yōu)化布置，進(jìn)一步減少了二次電纜使用的長度，降低了工程造價(jià)。在當(dāng)前預(yù)制艙式艙體的拼裝過程中，經(jīng)常會采用各種環(huán)保集成材料，其采用無砌筑施工、油漆粉刷施工工藝，進(jìn)一步避免了粉塵污染情況的出現(xiàn)，給艙內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行提供了一個(gè)更加穩(wěn)定的環(huán)境，進(jìn)一步延長了設(shè)備的實(shí)際使用壽命。將現(xiàn)行的串行施工改為并行施工的模式，使設(shè)計(jì)、施工效率得到了很大程度的提升，大大縮短了工期，二次設(shè)備的調(diào)試項(xiàng)目得到大大減少，現(xiàn)場施工調(diào)試時(shí)間可以節(jié)省60%左右。

5 結(jié)語

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，各種智能變電站越來越多。針對傳統(tǒng)二次設(shè)備實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的問題，應(yīng)該引起足夠的重視，將先進(jìn)的預(yù)制二次設(shè)備應(yīng)用到智能變電站的建設(shè)過程中，在保證變電站建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，還能進(jìn)一步降低施工費(fèi)用。