預(yù)裝式變電站在電力行業(yè)的應(yīng)用

／西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司 白世軍 王莉 張玉榮 劉浩峰 杜濤／

預(yù)裝式變電站在電力行業(yè)的應(yīng)用

／西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司 白世軍 王莉 張玉榮 劉浩峰 杜濤／

本文對(duì)預(yù)裝式變電站的發(fā)展背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，對(duì)預(yù)裝式變電站與傳統(tǒng)電站的建設(shè)模式進(jìn)行了闡述，探討了預(yù)裝式變電站的主要優(yōu)勢(shì)，分析了目前存在的問(wèn)題和以后的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)研究者有一定的借鑒意義。

預(yù)制艙；預(yù)裝式變電站

0 引言

隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)、新材料和新工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，我國(guó)變電站的建設(shè)模式日趨完善。預(yù)裝式變電站是一種新型電站建設(shè)模式，在預(yù)制艙與開(kāi)關(guān)設(shè)備及二次設(shè)備相互融合之后，預(yù)裝式變電站以其更加快速建立電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在電力行業(yè)尤其是新能源領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 背景

近年來(lái)，國(guó)家大力減少煤炭使用，鼓勵(lì)光伏及風(fēng)能等新能源領(lǐng)域發(fā)電，放開(kāi)售電市場(chǎng)。同時(shí)，國(guó)家每年6月30日新能源上網(wǎng)電價(jià)的調(diào)整、新能源“領(lǐng)跑者”9月30日上網(wǎng)電價(jià)的調(diào)整，“兩型一化”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化）電力建設(shè)的逐步推進(jìn)等等, 使得變電站建設(shè)必然走向減少土地占用、降低造價(jià)、縮短建設(shè)周期, 與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、提高運(yùn)行可靠性和較少設(shè)備維護(hù)的模式。

預(yù)制艙式組合設(shè)備將電氣設(shè)備和預(yù)制艙融合為一個(gè)有機(jī)整體，打破傳統(tǒng)的建站模式，加快了整站施工進(jìn)度，提高了工程質(zhì)量，節(jié)約用地，降低成本，為變電站“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)”提供了有力支撐，符合“兩型一化”和“兩型三新”變電站建設(shè)的要求和全壽命周期理論的運(yùn)用。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國(guó)外發(fā)展情況

20世紀(jì)60～70年代歐美等西方國(guó)家推出的一種作為戶外成套變電所的新型變電設(shè)備，由于它具有組合靈活，便于運(yùn)輸、遷移、安裝方便，施工周期短、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)電力工作者的重視。在20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)開(kāi)始應(yīng)用整體模塊化的33kV變電站，在20世紀(jì)90年代在日本出現(xiàn)的整體模塊化的66kV變電站也應(yīng)用了預(yù)制式設(shè)備艙。ABB公司推出的集裝箱式電氣小屋在中東國(guó)家中已經(jīng)得到較大范圍的應(yīng)用。例如應(yīng)用于環(huán)境控制、礦山、能源等行業(yè)的電氣小屋（E-HOUSE）。其應(yīng)用對(duì)象多為中東、澳大利亞等氣候地理?xiàng)l件特殊的國(guó)外客戶。產(chǎn)品主要材料有標(biāo)準(zhǔn)集裝箱式鋼材、玻纖復(fù)合材料等，其內(nèi)部功能齊全，主要采用空調(diào)作為環(huán)境控制設(shè)備，但依然存在無(wú)標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸，多數(shù)尺寸偏大，需大件運(yùn)輸；采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)接線方式，內(nèi)部設(shè)計(jì)復(fù)雜，且設(shè)備價(jià)格昂貴。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

早期，預(yù)裝式變電站的典型代表設(shè)備為箱變，進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)簡(jiǎn)易箱式變電站，但應(yīng)用并不廣泛，到90年代末期，特別是農(nóng)網(wǎng)改造工程啟動(dòng)后，科研開(kāi)發(fā)、制造技術(shù)及規(guī)模等都進(jìn)入了高速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于城區(qū)。

在國(guó)內(nèi)，35kV、10kV預(yù)裝式變電站已在工程中得到廣泛應(yīng)用，集裝箱式SVG設(shè)備、集裝式直流熔冰設(shè)備、集裝式光伏逆變器等中也應(yīng)用廣泛。2013年國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)展了新一代智能變電站示范工程建設(shè)，提出“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機(jī)械化施工”的建設(shè)原則。按此原則，在新一代智能化變電站中，幾乎看不到任何建筑物，取而代之的是預(yù)制艙式組合設(shè)備。在國(guó)家電網(wǎng)公司的新一代智能變電站示范工程中，重慶大石220kV變電站和湖北未來(lái)城110kV變電站為AIS變電站，均采用了預(yù)制艙式組合設(shè)備。新一代智能變電站的建設(shè)，對(duì)于預(yù)制艙式組合設(shè)備的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，積極引導(dǎo)國(guó)內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)開(kāi)展設(shè)備研制和技術(shù)創(chuàng)新。

2014年以來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備廠家開(kāi)始試水預(yù)裝式變電站，在電站建設(shè)整個(gè)推進(jìn)的過(guò)程中，西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司的預(yù)裝式變電站迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，建立了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，其預(yù)裝式變電站的設(shè)計(jì)方案及設(shè)備廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域（光伏、風(fēng)電、用戶站）110kV及以下電站的建設(shè)。

3 預(yù)裝式變電站技術(shù)

目前預(yù)裝式變電站核心技術(shù)主要有預(yù)制艙式組合設(shè)備：110kV GIS預(yù)制艙式組合設(shè)備、35kV開(kāi)關(guān)柜預(yù)制艙式組合設(shè)備、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、預(yù)制艙式控制艙及生活艙、預(yù)制艙式站用變/接地變成套裝置等；其他輔助技術(shù)有預(yù)制式設(shè)備連接：預(yù)制光電纜、預(yù)制槽盒、預(yù)制電纜溝、裝配式防火墻、預(yù)制式活動(dòng)蓋板、裝配式圍墻等。上述部分構(gòu)成整站設(shè)備的工廠化加工，現(xiàn)場(chǎng)的模塊化安裝、調(diào)試。

3.1 預(yù)制艙式電氣設(shè)備

（1）110kV GIS預(yù)制艙式組合設(shè)備

優(yōu)化GIS布置，將主變進(jìn)線、出線和母線PT三個(gè)間隔融合為線變組，節(jié)省空間、便于檢修移動(dòng)，一個(gè)線變組模塊可以全部布置于預(yù)制艙內(nèi)一體化運(yùn)輸。在GIS間隔數(shù)較多，無(wú)法整艙布置時(shí)，可考慮艙體的拼接方案，這種解決方案可以完全適應(yīng)各種工況下的GIS布置。圖1為110kV GIS預(yù)制艙式組合設(shè)備。

圖1 110kV GIS預(yù)制艙式組合設(shè)備

（2）35kV開(kāi)關(guān)柜預(yù)制艙式組合設(shè)備

由于貨物道路運(yùn)輸限制，在設(shè)計(jì)階段，通常會(huì)考慮設(shè)計(jì)的艙體尺寸滿足整艙運(yùn)輸要求，一旦預(yù)制艙尺寸超過(guò)道路運(yùn)輸?shù)臉O限，將采用拼艙設(shè)計(jì)手段，來(lái)滿足分段運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)拼接，保證艙體安全、快速地運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)。

預(yù)制艙式開(kāi)關(guān)柜通常采用手車式開(kāi)關(guān)柜，具有靈活性好，檢修安全、供電可靠性高、安裝緊湊等優(yōu)點(diǎn)，大大減少現(xiàn)場(chǎng)施工量，縮短現(xiàn)場(chǎng)工期，如圖2所示為艙體與開(kāi)關(guān)柜融合。

圖2 預(yù)制艙式35kV開(kāi)關(guān)柜

（3）二次設(shè)備艙

屏柜二次裝置采用“前接線、前顯示”或者采用旋轉(zhuǎn)柜，艙內(nèi)二次屏柜雙列布置 ，工廠內(nèi)完成艙內(nèi)全部設(shè)備安裝、接線、調(diào)試，整艙配送、吊裝、就位后使用預(yù)制電纜、光纜，即插即用，如圖3所示。

圖3 二次設(shè)備預(yù)制艙

（4）預(yù)制艙式控制艙及生活艙

控制艙內(nèi)安裝控制臺(tái)，生活艙內(nèi)安裝基本的生活家具，兩個(gè)艙可結(jié)合成一個(gè)整艙進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，現(xiàn)目前已經(jīng)成為一種的典型設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)稱控制艙，如圖4所示。

圖4 控制艙

（5）預(yù)制艙式站用變/接地變成套裝置

由于該模塊尺寸較小，可實(shí)現(xiàn)整艙加工，在運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工、調(diào)試過(guò)程中，預(yù)制艙式站用變/接地變成套裝置可避免對(duì)該模塊造成不必要的損壞，如圖5所示。

圖5 預(yù)制艙式站用變

3.2 其他輔助技術(shù)

采用預(yù)制光纜、電纜，在預(yù)制式槽盒快捷走線，進(jìn)入預(yù)制式電纜溝，光電纜的“即插即用”，完成整站設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工，大大減少現(xiàn)場(chǎng)施工周期，降低調(diào)試難度，提升了全站整體標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化水平。

現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制艙土建建設(shè)完成后，預(yù)制艙可以直接吊裝至對(duì)應(yīng)位置，完成預(yù)制艙式電氣設(shè)備與土建的對(duì)接安裝。如圖6所示。

日前，隨著預(yù)制艙技術(shù)的革新，預(yù)裝式變電站選址也開(kāi)始“不拘一格”。安徽兩淮濉溪項(xiàng)目中，整座電站漂浮在湖面之上，這無(wú)疑也對(duì)預(yù)制艙的外殼防護(hù)等級(jí)及減震措施提出了高要求。整站高低壓電纜敷設(shè)于浮臺(tái)平面的槽盒內(nèi)，預(yù)制艙頂部設(shè)計(jì)避雷帶，如圖7所示。

圖6 預(yù)制艙安裝

圖7 水上漂浮電站

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

預(yù)裝式變電站具有建設(shè)周期短、現(xiàn)場(chǎng)工作量少、占地面積小、安全可靠性高、服務(wù)接口少、施工質(zhì)量易于控制、后期擴(kuò)建方便、易于環(huán)境協(xié)調(diào)、投資節(jié)省等眾多優(yōu)點(diǎn)， 與常規(guī)電站相比，具體如下表所示。

5 存在的問(wèn)題

雖然預(yù)制艙設(shè)備在電力行業(yè)發(fā)展迅猛，經(jīng)濟(jì)效益明顯，但作為最新一代電力設(shè)備，其中也存在一些亟待解決的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下方面：

1）國(guó)家對(duì)該設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)欠缺，導(dǎo)致艙體設(shè)計(jì)的不規(guī)范性；

2）對(duì)預(yù)裝式變電站緊湊型布局，運(yùn)行單位對(duì)變電站安全運(yùn)行有部分擔(dān)憂；

3）預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備布局緊湊，維修空間較常規(guī)站較小。

若對(duì)尚存在的不足之處予以改進(jìn), 預(yù)裝式變電站將展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大的生命力。

表 預(yù)裝式變電站與常規(guī)電站分析表

6 發(fā)展趨勢(shì)

1）隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備的集成度將更高，預(yù)裝式變電站將逐步小型化、微型化。

2）在高海拔，污穢等級(jí)較高的區(qū)域，預(yù)裝式變電站將逐步取代常規(guī)建站模式。

3）目前來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)仍有很大一部分施工量，隨著技術(shù)的逐步完善，現(xiàn)場(chǎng)“零施工”是必然趨勢(shì)。

4）二次設(shè)備艙、控制艙、生活艙融為一體成為一個(gè)獨(dú)立的模塊，使得現(xiàn)場(chǎng)模塊化程度更高。

7 結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)預(yù)裝式變電站的一些初步認(rèn)識(shí)，希望對(duì)初學(xué)者及剛剛接觸預(yù)裝式變電站的人員起到幫助和指導(dǎo)作用。預(yù)裝式變電站的目的就是采用最新技術(shù)提高生產(chǎn)率、降低成本、提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。隨著各類技術(shù)的成熟和發(fā)展，它將成為未來(lái)變電站建設(shè)的主流方向。

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