劉靜，宋洪濤

(華電分布式能源工程技術有限公司，北京 100160)

0 引言

燃氣分布式能源站包括區(qū)域式和樓宇式2種主要建設模式，其設計理念與傳統(tǒng)火力發(fā)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)有所不同，更加強調土地建設的節(jié)約化、一次能源利用的高效化、設計的標準化和模塊化以及系統(tǒng)的集成化。本文結合具體工程的電氣設計方案，重點探討區(qū)域式能源站的電氣設計，吸取電網(wǎng)裝配式變電站建設經(jīng)驗，將電氣部分進行模塊化劃分，每個模塊在工廠進行加工、組裝和預調試，最后在現(xiàn)場進行組裝和調試。模塊化設計、制造和安裝的最大優(yōu)點是可以最大限度減少設計和安裝階段的錯誤，減少現(xiàn)場安裝的工程量并降低技術復雜性，從而加快工程進度，滿足工業(yè)標準化生產(chǎn)要求，提高系統(tǒng)可靠性；同時也可促進分布式能源站標準化建設，降低運行成本，提高自動化水平。

1 裝配式變電站簡介

1.1 裝配式智能變電站特點

裝配式智能變電站又稱為預裝式智能變電站，就是將變電站根據(jù)功能劃分為不同模塊，預先在工廠內根據(jù)模塊要求進行制造、裝配，包括變壓器、高壓開關設備、內部接線(電纜、母排等)、繼電保護設備、交/直流電源設備、自動化監(jiān)控系統(tǒng)、通信設備等，并集成了照明系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。

預裝式變電站是針對面廣量大、建設工期緊迫、安裝風險加大的基建實際，應運而生的一種高效、可控、標準、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的建(構)筑物建造的新模式、新方法、新途徑。它能有效減少占地面積、投資、工期等，推行標準化設計、標準化施工，也能降低工程管理難度和復雜性。

1.2 裝配式變電站應用現(xiàn)狀

2008年年初，國家電網(wǎng)公司要求推行全過程和全壽命周期內的最優(yōu)化設計和建設，實現(xiàn)建設項目全壽命周期內的功能匹配、壽命協(xié)調和費用平衡，全面提高建設項目的技術指標和經(jīng)濟效益。在“兩型一化”(資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化)變電站建設的要求下，預裝式變電站從2008 年開始在各省(市)電力公司陸續(xù)開展試點建設，并逐漸演變成目前變電站設計、建設的一種新模式。

經(jīng)過4年的設計、制造、施工、調試和運行實踐，多裝配式變電站的設計和制造等核心技術逐步走向成熟，110 kV及以下等級的裝配式變電站技術日趨完善并往智能化方向邁進。個別省(市)已經(jīng)開始試點建設220 kV裝配式變電站，例如江蘇位莊220 kV變電站，建設規(guī)模達到3×240 MV·A+1×40 MV·A。據(jù)了解，目前已投產(chǎn)的35 kV電壓等級的裝配式智能變電站建設周期控制在3個月以內；110 kV電壓等級可將建設周期控制在6個月以內，其中現(xiàn)場施工僅需75 d。

2 分布式能源系統(tǒng)的技術特點

分布式能源系統(tǒng)是相對于大電網(wǎng)能源集中的生產(chǎn)方式而言的，是靠近用戶端直接向用戶提供各種形式能源的中小型終端供能系統(tǒng)。分布式能源系統(tǒng)包含燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、風力發(fā)電、生物質發(fā)電、光伏發(fā)電等多種形式。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是分布式能源系統(tǒng)的主要實現(xiàn)形式，即將高品質的電能與低品質的熱、冷能這3種能源有效地結合成一個系統(tǒng)，從而達到能量的梯級利用，提高能源利用率。

3 應用方案分析

本文以某分布式能源項目為背景，淺析裝配式智能變電站在區(qū)域式分布式能源項目的主要設計方案和應用優(yōu)勢。

3.1 項目背景

系統(tǒng)裝機方案為2×33 MW燃氣輪機(LM2500+G4 RD型)+1×4.6 MW次高溫次高壓背壓機+1×6 MW供熱抽凝式汽輪機的聯(lián)合循環(huán)機組，總裝機容量為76.6 MW(2×33 MW+1×4.6 MW+1×6 MW)。能源站采用110kV電壓等級接入系統(tǒng)；廠用電采用10 kV/380 V 2種電壓等級。

3.2 電氣主接線

2×33 MW燃氣輪機發(fā)電機組采用發(fā)電機-變壓器組單元接線，經(jīng)主變壓器升壓至110 kV，接入廠內110 kV配電裝置；2臺汽輪發(fā)電機組接入10 kV機壓母線段，經(jīng)1臺主變壓器升壓至110 kV接入廠內110 kV配電裝置。以上發(fā)電機均設置發(fā)電機出口斷路器(GCB)。

設置3段10 kV廠用電母線，燃氣輪機廠用電電源T接于燃氣輪機出口斷路器之后，蒸汽輪機廠用電直接接自機壓母線段。

3.3 設計方案

分布式能源站中電氣設備的配置不同于常規(guī)電網(wǎng)項目，也與火力發(fā)電廠的電氣部分有所差異。分布式能源站往往位于冷熱電負荷中心，直接向經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)、大學、醫(yī)院和商業(yè)中心等區(qū)域供應各種能源，這些區(qū)域的主要特點是土地資源緊張，價格昂貴。能源站設計必須要與周圍建筑協(xié)調一致，設備布置應因地制宜，節(jié)約投資，設計理念要體現(xiàn)其經(jīng)濟性、靈活性、安全性、可靠性及智能性的特點。

遵循裝配式變電站設計理念進行分布式能源站項目設計時，既要改變傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的設計模式，也不能完全照搬電網(wǎng)變電站的設計方法。筆者在進行該項目電氣設計時，盡可能選用免維護的、集成度及智能化程度較高的設備，以實現(xiàn)分布式能源站的單元化和智能化。

3.3.1 模塊劃分

對分布式能源站進行裝配式設計，首先就要對電氣設備進行模塊化劃分，將電氣設備按其功能劃分為不同的模塊，然后對模塊進行合理布置。模塊供應廠家按照設計要求在工廠進行模塊化生產(chǎn)、組裝和預調試，最后整體運至工程現(xiàn)場進行模塊安裝、組合和調試。

該案例中能源站電氣部分主要分為燃氣輪機電氣模塊、蒸汽輪機電氣模塊、主變壓器模塊、110 kV配電模塊、化學站用電模塊、水工站用電模塊、制冷站用電模塊、其他生產(chǎn)辦公用電模塊、發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)(ECMS)、通信系統(tǒng)(含站內通信及系統(tǒng)通信)等。

3.3.2 模塊功能

(1)燃氣輪機電氣模塊：集中設置2臺燃氣輪機出口高壓電氣設備、高/低壓廠用電設備、燃氣輪機系統(tǒng)保護控制等。

(2)蒸汽輪機電氣模塊：集中設置2臺蒸汽輪機出口斷路器設備、高/低壓廠用電設備、勵磁設備、保護測控設備、同期設備等。

(3)升壓兼?zhèn)溆米儔浩髂K：每個模塊設置1臺變壓器及相應變壓器本體進/出線端子、控制設備等。

(4)110 kV配電模塊：設置全站氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)、110 kV各間隔保護測控裝置、變壓器保護測控設備等。

(5)化學站用電模塊：化學專業(yè)相關高/低壓站用電設備及相應的保護測控裝置。

(6)水工站用電模塊：水工專業(yè)相關高/低壓站用電設備及相應的保護測控裝置。

(7)制冷站用電模塊：暖通專業(yè)相關高/低壓站用電設備及相應的保護測控裝置。

(8)其他生產(chǎn)辦公用電模塊：生產(chǎn)、生活用電配電設備。

(9)ECMS：包含分散安裝的保護測控裝置、遠動系統(tǒng)、綜合自動化網(wǎng)絡設備、站用直流系統(tǒng)、站用不間斷電源(UPS)系統(tǒng)等。

(10)通信系統(tǒng)：站內通信設備、站外通信設備等。

3.3.3 電氣設備選型、布置方式及土建

(1)考慮緊湊型、免維護型預裝式變電站設計指導思想，電氣開關設備盡量選擇各種封閉式組合電器作為進線模塊的基礎；主變壓器高壓側采用可拔插的電纜附件或油氣套管與進線模塊相連，低壓側可以考慮電纜或金屬排2種出線方式；10 kV配電裝置主要考慮采用緊湊型SF6氣體開關柜，其體積小、質量小、維護量小、吊裝和運輸方便，提高了出線模塊拼裝模式的可行性。

(2)電氣二次部分保護測控裝置可分散布置于開關設備內，各裝置間經(jīng)網(wǎng)絡通信線連接，可大大減少二次電纜用量并降低現(xiàn)場敷設電纜、接線、調試的工程難度。

(3)建筑物主體及圍墻可采用裝配式結構，在施工現(xiàn)場實現(xiàn)一次就位和安裝。

3.3.4 模塊化設備布置

能源站采用緊湊型總體布置方案，各專業(yè)界限應簡潔、清晰。將電氣設備劃分為相應功能模塊后，因地制宜分布于能源站各功能區(qū)。

考慮燃氣輪機發(fā)電機出口電氣接線及廠用電負荷分布情況，將燃氣輪機電氣模塊布置于2臺燃氣輪機發(fā)電機之間，在燃氣輪機發(fā)電機出口附近，靠近主變壓器低壓側。

根據(jù)蒸汽輪機專業(yè)提供的資料，蒸汽輪機電氣模塊可考慮布置于蒸汽輪機主廠房B列柱外。

結合主變壓器高壓側接線及110 kV出線方向終端塔的位置，在能源站總平面布置中，110 kV配電模塊可布置在主變壓器10 m外一處靠近終端塔的空地。

其他各專業(yè)高、低壓配電模塊根據(jù)相應專業(yè)建筑設置靈活考慮。

3.4 優(yōu)勢分析

分布式能源項目遵循裝配式變電站的設計理念，改變了傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的建設模式和外觀，將高聳于戶外的高壓電氣設備布置于建筑設施內，使其外觀整齊，布置靈活，節(jié)省占地面積；保證安裝質量，提高工作效率；能源站運行時各模塊功能清晰，運行維護量小，操作流程簡單，誤操作的幾率大大降低。

4 結束語

本文對裝配式智能變電站的建設優(yōu)勢進行分析，探索裝配式變電站應用于分布式能源建設項目的設計思路，促進制定并完善燃氣分布式能源項目的設計、加工、施工、管理、定額等標準，從而有效地控制工程質量、建設周期和工程造價，使分布式能源項目建設走向科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、精細化建造的道路。

參考文獻：

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[2]柳國良，張新育，胡兆明.變電站模塊化建設研究綜述[J].電網(wǎng)技術，2008(14)：36-39.