福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司 劉用云

1 引言

近年來，國家大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展，鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，國家電網(wǎng)公司也在創(chuàng)新推進(jìn)智能變電站模塊化建設(shè)，開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)方式從傳統(tǒng)的“量體裁衣”向“成衣定制”轉(zhuǎn)變。而目前變電站的交流饋線屏模塊化、智能化程度較低，開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備集成度較低，柜體數(shù)量較多，結(jié)合二次設(shè)備艙布置常常需加大或增加設(shè)備艙。與此同時(shí)，二次設(shè)備在模塊化、智能化和艙體集成布置方面已經(jīng)取得很大發(fā)展。在此背景下，本文提出站用電系統(tǒng)智能模塊化開關(guān)柜組件優(yōu)化方案。

2 站用電系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)低壓配電柜簡介

傳統(tǒng)的低壓配電柜主要有GGD、GCS、GCK 等，其特點(diǎn)如下。

2.1.1 固定接線低壓配電柜GGD

特點(diǎn)：1991年開始投入使用，包括G G D1、GGD2、GGD3型，價(jià)格便宜、安裝靈活。柜內(nèi)開關(guān)固定安裝于柜中支架上，表計(jì)在屏柜上部集中布置。

缺點(diǎn)：安全防護(hù)等級低，操作危險(xiǎn)；無法單個(gè)開關(guān)檢修維護(hù)；回路少，單元之間不能任意組合且占地面積大，不能與計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)；二次接線無標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 低壓抽出式開關(guān)柜GCK

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①框架采用C 型材，主構(gòu)架上安裝模數(shù)為E=25mm，框架組裝靈活方便；

②柜體上部為母線室，前部為抽屜單元，后部為電纜進(jìn)出線室，各室間有鋼板或絕緣板做隔離，以保證安全；

③單元抽屜高度的模數(shù)為200mm，相同功能單元的抽屜具有良好的互換性；

④抽屜面板具有工作、實(shí)驗(yàn)、分閘和抽出四種狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)柜機(jī)構(gòu)設(shè)置合理，容量大，分?jǐn)嗄芰Ω撸瑒?dòng)穩(wěn)定性強(qiáng)，防護(hù)性能好，安裝和維護(hù)方便，電器方案適用性廣泛[1]。

缺點(diǎn)：回路少，單元之間不能任意組合且占地面積大，不能與計(jì)算機(jī)聯(lián)絡(luò)。

2.1.3 抽出式（分隔式）開關(guān)柜GCS

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①框架采用8MF 型開口型鋼，主構(gòu)架上安裝模數(shù)為E=20mm，框架組裝靈活方便。

②開關(guān)柜的各功能室相互隔離，其隔室分為功能單元室、母線室和電纜室，各室的作用相對獨(dú)立。

③電纜室的設(shè)計(jì)使電纜上、下進(jìn)出均十分方便。

④單元抽屜高度的模數(shù)為160mm，抽屜不會(huì)改變寬度、深度的尺寸，而僅僅在高度尺寸上有變化。相同功能單元的抽屜具有良好的互換性。

⑤抽屜面板具有分，合、實(shí)驗(yàn)、抽出等位置的明顯標(biāo)志。

優(yōu)點(diǎn)：GCS 低壓抽出式開關(guān)柜具有較高的技術(shù)性能指標(biāo)、能夠適應(yīng)電力市場發(fā)展的需要，并且可以與現(xiàn)有引進(jìn)的產(chǎn)品競爭。

缺點(diǎn)：除抽屜可以更換，抽屜內(nèi)開關(guān)可以檢修外，其它元件無法檢修。饋線開關(guān)模塊不能采用熱插拔安裝方式，在母線不斷電情況下不能檢修維護(hù)。

2.2 智能模塊化開關(guān)組件配電柜

2.2.1 智能模塊化開關(guān)組件配電柜簡介

智能模塊化配電柜由智能組件單元含饋線開關(guān)（普通固定式開關(guān)）、電流采樣傳感器、智能監(jiān)控單元、指示燈及一些標(biāo)準(zhǔn)的塑膠或金屬附件組成。是集固定柜的低成本與高可靠性、抽屜柜的維護(hù)便利性為一體，實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)方式、滿足快速交貨的智能化精密配電設(shè)備。

2.2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由進(jìn)線部分智能雙電源切換組件、母線系統(tǒng)、智能饋線開關(guān)組件以及通信監(jiān)控等部件組成。

2.2.3 系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)

①電能安全分配功能。

②標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)功能。

③快速組裝功能。

④采用固定插拔式安裝，兼具固定式接觸性能好、抽出式檢修方便的優(yōu)點(diǎn)。

⑤系統(tǒng)數(shù)字化通信功能。

⑥交直流饋線智能監(jiān)控功能。

2.2.4 智能模塊化開關(guān)組件的特點(diǎn)

（1）電氣安全性高

①所有帶電部分均有安全防護(hù)。

②沒有不可視的大電流接插件。

③信號燈更換不需拆二次線。

④智能模塊更換可開關(guān)不停電熱拔出。

（2）機(jī)械安全性高

①開關(guān)更換只需擰松絕緣螺釘，簡單安全。

②解決抽屜柜機(jī)械故障服務(wù)多、大電流插接件安全隱患問題。以3P 固定式塑殼開關(guān)為例：常規(guī)低壓抽屜柜機(jī)械結(jié)構(gòu)件連接點(diǎn)有“螺絲硬連接6處+閉鎖機(jī)構(gòu)連接1處+抽屜滑道連接2處+大電流接插連接6處，共計(jì)15處”；智能饋線組件機(jī)械結(jié)構(gòu)件連接點(diǎn)有“絕緣螺釘硬連接6處+中轉(zhuǎn)螺釘硬連接6處，共計(jì)12處”。而抽屜柜2處滑道連接、閉鎖機(jī)構(gòu)連接1處正是產(chǎn)生卡澀的主要故障點(diǎn)，6處大電流接插連接則是安全隱患點(diǎn)。

以螺絲硬連接可靠性99.999%計(jì)算、滑道連接可靠性99.9%計(jì)算、閉鎖機(jī)構(gòu)連接99.9%計(jì)算、大電流接插連接可靠性99.99%計(jì)算。常規(guī)低壓抽屜柜機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠率為：

(99.999%)6×(99.99%)6×(99.9%)3=99.6345%

智能饋線組件機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠率為：(99.999%) 12=99.9888%

（3）智能化控制

（4）簡化電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)

①設(shè)計(jì)簡單：無需做二次線設(shè)計(jì)，根據(jù)柜體的尺寸，疊加標(biāo)準(zhǔn)化組件即可。

②擴(kuò)容簡單：將標(biāo)準(zhǔn)組件固定，無打孔母線夾，不需要做二次線的設(shè)計(jì)。

③維護(hù)簡單：只需擰松絕緣螺釘即可進(jìn)行開關(guān)的更換。

④實(shí)用：兼容性強(qiáng)，兼容施耐德、ABB、人民電器等國內(nèi)外品牌開關(guān)。

2.2.5 智能模塊開關(guān)組件柜與GGD 系統(tǒng)、GCS 系統(tǒng)技術(shù)性能比較

財(cái)政監(jiān)督業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的目標(biāo)是使財(cái)政監(jiān)督從事后的合規(guī)性檢查工作，轉(zhuǎn)型為貫穿預(yù)算編制、預(yù)算執(zhí)行和決算管理等財(cái)政運(yùn)行全過程的常態(tài)化檢查工作，是財(cái)政監(jiān)督面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向?qū)徲?jì)使審計(jì)的中心環(huán)節(jié)從內(nèi)控測試轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)評估，并通過量化風(fēng)險(xiǎn)分析確定實(shí)施審計(jì)的范圍和重點(diǎn)，合理分配審計(jì)資源，在兼顧審計(jì)效率和審計(jì)質(zhì)量的前提下形成比較正確的審計(jì)意見。將風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向?qū)徲?jì)的理念、方法和技術(shù)與財(cái)政監(jiān)督工作實(shí)踐相結(jié)合，把風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向?qū)徲?jì)在分配資源和控制風(fēng)險(xiǎn)等方面的特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用于財(cái)政監(jiān)督領(lǐng)域，則可以在實(shí)現(xiàn)對財(cái)政運(yùn)行全程化監(jiān)督機(jī)制方面發(fā)揮積極作用。

（1）智能模塊化開關(guān)組件電源系統(tǒng)

特性：功能模塊化配電；

安裝：方式固定模塊組件；

單柜最大回路數(shù)：①100-250A 塑殼開關(guān)：24，②63A2P 微斷：52，③63A3P 微斷：44，④400-630A 塑殼開關(guān)：4；

維護(hù)性：可實(shí)現(xiàn)在線安全更換開關(guān)、霍爾傳感器、采集單元等易損元件、單回路檢修不影響其它回路的正常運(yùn)行；

智能化：單回路可檢測三相電流、三相電壓、功率等數(shù)據(jù)、單回路具有獨(dú)立通訊功能；

生產(chǎn)模式：流水化、預(yù)制化生產(chǎn)；品質(zhì)保證：所有的元件都是模具標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制.各元件一致性高，質(zhì)量穩(wěn)定；

品質(zhì)保證：所有的元件都是模具標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，各元件一致性高，質(zhì)量穩(wěn)定；

性價(jià)比高。

特性：傳統(tǒng)配電；

安裝：固定式；

單柜最大回路數(shù)：開關(guān)安裝隨意性大、無規(guī)律，回路數(shù)相對較多

維護(hù)性：更換開關(guān)、傳感器時(shí)存在很大安全隱患，需要單屏停電或者單段母線停電；

智能化：無智能化；

生產(chǎn)模式：配電柜傳統(tǒng)生產(chǎn)模式；

品質(zhì)保證：傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，一致性差，質(zhì)量不穩(wěn)定；

性價(jià)比低。

（3）GCS 系統(tǒng)

特性：抽屜式配電；

安裝：抽屜式；

單柜最大回路數(shù)：①100-250A 塑殼開關(guān)：18，②63A2P 微斷：36③63A3P 微斷：36④400-630A塑殼開關(guān)：4；

維護(hù)性：可在線更換抽屜；

智能化：單回路可檢測三相電流、三相電壓，不帶通訊；

生產(chǎn)模式：單抽屜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；

品質(zhì)保證：大電流接插件無法判定其可靠性接觸；

性價(jià)比中。

3 380V 配電柜的選型和集成化布置方案

3.1 220kV 變電站站用電負(fù)荷回路統(tǒng)計(jì)

本文以龐公變電站為案例，對站內(nèi)站用電負(fù)荷回路數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，終期需20個(gè)回路，考慮預(yù)留30%的備用，按26個(gè)回路數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 常規(guī)GCS 柜方案

常規(guī)GCS 柜，每面屏柜回路數(shù)為11個(gè)，按終期回路數(shù)計(jì)算，饋線柜需約4面，計(jì)及進(jìn)線，共計(jì)約6面。

常規(guī)方案需設(shè)置4800×800mm 的屏體布置空間，且必須連續(xù)。

考慮將6面GCS 柜布置于#1 10kV 配電裝置室，與站用接地變室一列布置，整個(gè)房間長度16m，3臺(tái)站用接地變長度均為3m，則設(shè)備總長為3×3 +4.8=13.8m，剩余長度約為2m，僅供布置站用電屏兩側(cè)走道，站用接地變需首尾相鄰布置，站用接地變僅有一側(cè)檢修維護(hù)通道，如圖1所示。

圖1 采用GCS 柜時(shí)的10kV 室布置

3.3 站用電系統(tǒng)一體化布置方案

3.3.1 柜體內(nèi)開關(guān)組件布置優(yōu)化

鑒于常規(guī)GCS 柜體結(jié)構(gòu)原因，每面柜體只有11個(gè)回路，所需饋線柜多。

利用模塊化開關(guān)組件的特點(diǎn)，增加單個(gè)柜體開關(guān)組件的數(shù)量，每個(gè)柜體可以布置開關(guān)組件18個(gè)，較常規(guī)GCS 柜11個(gè)，增加64%容量。從而減少柜體數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集成化布置。

整合后總計(jì)僅需2面開關(guān)柜，大大縮減了占地面積，布置靈活。

3.3.2 本站智能模塊化開關(guān)組件電源系統(tǒng)布置方案

經(jīng)整合后的4面站用電柜整體寬度減少了1.6m，可用作站用接地變間巡檢通道，同時(shí)有利于設(shè)備散熱，如圖2所示。

圖2 采用智能模塊開關(guān)組件優(yōu)化的10kV 室布置

3.3.3 優(yōu)化后的方案特點(diǎn)

饋線開關(guān)布置緊湊，提高了開關(guān)柜柜體空間利用效率，減少了2面饋線柜，便于同站用接地變共小室布置。

智能模塊化開關(guān)組件在安全性與維護(hù)方便性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性方面可以兼顧。既可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化提前生產(chǎn)，又可以實(shí)現(xiàn)工廠快速組裝。在條件許可下，散件發(fā)貨，現(xiàn)場裝配，實(shí)現(xiàn)訂貨和發(fā)貨同時(shí)進(jìn)行。

智能模塊化開關(guān)組件應(yīng)用于630A 及以下各種交直流電源饋線電能分配，且兼容性好，可與國內(nèi)外各知名品牌的饋線開關(guān)兼容。

智能模塊化開關(guān)組件采用固定式開關(guān)，創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配件的保障安全維護(hù)，可保證在不影響其他開關(guān)運(yùn)行的前提下，獨(dú)立檢修單個(gè)開關(guān)、傳感器及智能電路等配件。

智能模塊化開關(guān)組件均配置RS485通信接口，可實(shí)現(xiàn)遙測、遙控、遙信。

4 結(jié)語

智能模塊開關(guān)柜可以實(shí)現(xiàn)在線安全更換開關(guān)等易損元件，在不影響其它回路的正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行單回路檢修，增強(qiáng)了用電的安全性和可靠性。并且，相較傳統(tǒng)低壓配電柜，智能模塊開關(guān)組件柜的運(yùn)用，大大提高了空間利用率，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備布置的優(yōu)化，后續(xù)還可以結(jié)合不同的設(shè)備形式實(shí)現(xiàn)設(shè)備艙集成布置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)、工廠化加工、模塊化建設(shè)。