龐亞云 董 琪

（1.寧夏電力設計院，寧夏 銀川750001；2.國網寧夏電力公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750002；3.華北電力大學電氣工程學院，中國 北京 102206）

0 引言

2012年，國內開始新一代智能變電站的研究工作，提出了概念設計方案。[1-2]方案以“系統(tǒng)高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節(jié)能環(huán)保、支撐調控一體”為目標，結合目前及遠期設備發(fā)展方向，以“一體化設計、工廠化制造、模塊化安裝”為建設思路，在遵循設備集成、網絡優(yōu)化、功能整合、組柜布置優(yōu)化的原則下，提出了應符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業(yè)化應用要求的二次設備模塊化設計方案，實現(xiàn)全站二次系統(tǒng)模塊化配送。

1 智能變電站二次設備配置存在的問題

國內智能變電站站控層、間隔層設備集中布置在二次設備室，二次小室按電壓等級分散布置，存在以下問題：[3-5]

（1）占地面積大、小室建筑投資較高；

（2）屏柜需現(xiàn)場安裝調試，現(xiàn)場施工量大、施工周期長、建設質量難以掌控、二次設備接線工作量大；

（3）二次設備組柜方案沒有統(tǒng)一、各站組柜方案不一，運維較為復雜。

2 新一代智能站預制艙式二次組合設備優(yōu)化設計方案

國內試點的220kV/110kV新一代智能變電站均采用預制艙式二次組合設備，取代了站內傳統(tǒng)的主控室及繼電保護小室（甚至開關柜小室）。220kV、110kV均采用監(jiān)控系統(tǒng)、單間隔保護、多間隔保護、電源系統(tǒng)等設備安裝于預制艙內。艙體按電壓等級分散設置。預制艙內設置統(tǒng)一的光纜集中轉接柜，用于轉接與外部配合的光纜，艙內轉接柜到各屏柜間的連接由設備廠商在工廠內集成，現(xiàn)場通過定制的接插件完成光纜的對接，無需現(xiàn)場光纜熔接工作。

預制艙式組合設備在現(xiàn)有二次設備配置方案基礎上進行了以下優(yōu)化設計。

2.1 裝置結構優(yōu)化

常規(guī)保護、測控裝置均采用背板接線，操作顯示面板前置，屏柜前后開門方式。為了提高屏柜空間使用率，減少占地面積，可采用“筆記本式”前接線裝置，取消屏柜后開門，操作及維護均在裝置前進行。

該裝置在保持現(xiàn)有硬件結構基本不變的情況下，保留操作顯示面板，面板和裝置插箱一體，顯示面板的一側和插箱面板通過鉸鏈相連。正常工作時，顯示屏遮擋住插箱內部的端子接線、連接器、板卡等；操作顯示屏時，只需要打開屏柜門；如果要檢修端子接線、連接器、板卡等，則需要打開屏柜門后，將面板向上旋轉，露出插箱內部的端子接線、連接器、板卡，然后進行操作。

通過對現(xiàn)有二次裝置進行前板接線改造，形成“筆記本式”前接線裝置，設備接口布置在裝置前面，取消屏柜背開門，節(jié)省屏柜布置空間，可將柜體尺寸(高×寬×深)優(yōu)化為 2260mm×600mm×600mm，屏柜布置數(shù)量較多。為二次設備艙屏柜雙列布置創(chuàng)造條件。

2.2 屏柜結構優(yōu)化

在智能變電站中，隨著一體化裝置的應用、設備功能的整合、組柜方案的優(yōu)化，二次屏柜與常規(guī)變電站相比具有以下優(yōu)勢：

（1）端子排數(shù)量大量減少

二次設備之間信息傳輸網絡化，使得保護測控柜端子排數(shù)量大為減少，僅需保留裝置、交換機等裝置本身故障接線端子、對時端子即可。

（2）壓板數(shù)量大量較少

智能站信息采用軟報文形式傳送，取消了出口壓板及功能壓板，故壓板數(shù)量大為減少。

（3）功能元器件大量減少

二次設備之間信息傳輸網絡化，省去了裝置內部諸多功能插件，使得機箱布置緊湊，體積大為減少，而且，由于軟壓板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬壓板，這些都使得智能變電站的二次設備在結構上更為精簡。同時取消了二次設備屏柜上的操作把手、按鈕及模擬面板等，運行維護變得更加簡潔。

（4）低功耗電子元器件的應用

保護、測控裝置采用低功耗的電子元器件后，單裝置的功耗小于50W，經計算保護測控柜內裝置的發(fā)熱溫升不會影響裝置的正常運行。另外，智能變電站保護測控裝置組柜安裝在二次設備室，設備的運行環(huán)境良好。

基于上述優(yōu)勢，二次屏柜內的空間利用率大幅度提高，裝置按間隔組柜，屏柜尺寸可選擇2260mm×600mm×600mm，比常規(guī)柜體尺寸縮小了25%，在此基礎上還可以采用前接線裝置，優(yōu)化屏柜結構。采用前開門結構，屏柜靠墻布置，從而顯著降低了變電站二次設備室建筑面積。

2.3 預制艙內二次設備布置優(yōu)化

考慮到裝置優(yōu)化設計后采用前接線裝置，屏柜采用前開門結構，屏柜正面朝向艙內，背面靠艙體布置，不設后門，屏柜布置可采用雙列布置形式，節(jié)省屏后空間、增大艙內空間利用率，結合屏柜尺寸優(yōu)化、布置優(yōu)化及現(xiàn)有運輸條件，預制艙艙體尺寸按（長×寬×高）：Ⅰ型6200mm×2500mm×3133mm； Ⅱ型 9200mm×2500mm×3133mm； Ⅲ型12200mm×2500mm×3133mm三種尺寸設計。與變電站二次設備室相比，建筑面積顯著降低。

3 效果評價

本文以某330kV/110kV/35kV變電站為例，采用預制艙式二次組合設備后的主要計算經濟指標如下：該站終期規(guī)模主變4×1500MVA；330kV系統(tǒng)采用雙母線雙分段接線，進出線遠期8回；110kV系統(tǒng)采用雙母線雙分段接線，進出線遠期22回；35kV系統(tǒng)采用單母線單元接線。采用預制艙式二次組合設備，設置330kV預制艙2個，110kV及主變預制艙1個，通過裝置結構、屏柜結構、二次設備集成及組柜的優(yōu)化，330kV預制艙按Ⅰ型設計，110kV及主變預制艙按Ⅲ型設計，與常規(guī)布置方案相比，330kV預制艙屏柜數(shù)量為28面，較常規(guī)方案減少36.4%，優(yōu)化后的330kV二次設備建筑面積減少34.48m2，較常規(guī)方案減少69.5%；主變及110kV預制艙屏柜數(shù)量為34面，較常規(guī)方案減少29.2%，優(yōu)化后的110kV及主變二次設備建筑面積減少70m2，較常規(guī)方案減少70.7%。

4 結論

（1）新一代智能變電站采用預制艙式二次組合設備，由廠家集成安裝，有利于二次設備功能的整合，為設備的進一步集成優(yōu)化提供條件。

（2）優(yōu)化設計方案對現(xiàn)有裝置硬件結構改動量小，易實現(xiàn)；且屏位靠墻布置、布置數(shù)量多，大大減少了站內建筑面積，降低了工程投資。

（3）預制艙式組合設備已在試點站成功投運，效果良好，在后續(xù)建設工程中具有極大的推廣應用價值。

［1］宋璇坤,李敬如,肖智宏,等.新一代智能變電站整體設計方案[J].電力建設,2012,33(11):1-6.

［2］史京楠,胡君輝,等.新一代智能變電站平面布置優(yōu)化設計[J].電力建設,2014,35(4):31-37.

［3］國家電網公司.國家電網公司2014年第一次輸變電工程設計競賽創(chuàng)新和亮點[R].北京:國家電網公司,2014.

［4］國家電網公司.新一代智能變電站示范工程成果總結[R].北京:國家電網公司,2014.

［5］國家電網公司.智能變電站試點工程評價報告[R].北京:國家電網公司,2011.