配送式预制舱智能变电站技术

2014-03-19周文李杰

电气技术 2014年4期

周文李杰

（江苏凌创电气自动化股份有限公司，江苏镇江 212009）

配送式变电站是全寿命理念与标准化设计相融合的产物[1]。与传统变电站相比，配送式变电站的二次系统主要技术突破有两点：①建筑结构上采用工厂预制设备（如预制舱、预制混凝土构件）替代传统的二次设备室或传统的建筑物建设方案，现场仅进行装配式作业；②电气接口标准化，由于智能变电站一次与二次主要采用光纤通信联系，电缆使用大量减少，因此可采用电缆、光缆预制航空接头替代传统的端子排接线及光缆熔接，极大的提高施工效率。通过实现“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，配送式变电站节约资源，节省投资，缩短施工周期，降低了全寿命周期成本。

本文拟从预制舱的结构及电气接口上探讨配送式智能变电站二次系统的几项关键技术。

1 预制舱的结构

1.1 预制舱的基本结构

预制式二次组合设备舱由舱体、二次设备、暖通、照明、消防、安防、图像等设备构成，舱内所有设备均在工厂内完成相关接线及调试工作，并作为1个整体或2～3个单体运输至现场。

为了满足变电站设备运行的各种标准要求，以及需满足户外运行的要求，预制舱整体均采用不锈钢材料，舱体部分采用双层不锈钢，使得舱体满足抗干扰等级要求，抗震强度大于8级以上。在预制舱顶部增加斜顶，对于南方地区，斜顶与箱顶保持50角，预防积水；对于北方地区，需要增大斜顶与箱顶的角度，预防积水和积雪；同时斜顶还可以减少箱顶阳光照射；同时舱体表面还涂有三层船舶用防水涂料，大大提高预制舱的防水、防锈性能。

舱体端面设置双开门，采用标准集装箱结构，主要目的用于设备安装。在箱体侧面呈对角方向开有两个风窗，风窗设置双向换气扇，一个为进风口，一个为出风口，工作状态时可使箱体形成空气对流；风窗外设置窗罩，可以防雨、防尘及生物的进入。依据ISO标准，预制舱的“宽度×高度”一般均为2438×2896mm，比较常用的长度主要有20英尺（6058mm）、30英尺（9125mm）、40英尺（12192mm）等（后文简称为20尺预制舱、30尺预制舱及40尺预制舱）。预制舱侧壁厚度通常为44mm，端壁厚度为80mm。

图1 预制舱外观结构图

1.2 预制舱的内部空间和结构

舱体内部由二次设备、暖通、照明、消防、安防、图像等设备构成，同时还需满足设备运行和检修人员的工作需求，需对舱体内部进行装修，装修材料选用防火防水材料，可在装修材料和舱壁之间添加隔热材料，阻挡阳光照射，保证箱体隔热功能。

舱内的照明、暖通、可根据需求选择不同的实现方式。为了有效的节约能源，可采用工作门状态来开启自动照明；舱内安装空调和排风系统，并配置温湿度控制单元，实时采集柜内的温度和湿度，调整舱内的运行环境；由于目前都采用无人值守方式，舱内还需安装安防、图像监控、火灾报警系统。

站用动力、照明、暖通、安防、图像监控、火灾报警、插座等管线布置可以安装在装修材料墙板内，也可以通过墙面明敷相应的管线。横向的管线宜集成安装在装配式建筑的主梁板架内；竖向的管线可根据需要现场安装。

2 预制舱的屏柜配置

2.1 预制舱的屏柜布局

舱内部二次设备采用屏柜方式布置，预制舱的智能变电站屏柜的宽度通常按照800mm，为了节约空间也可采用600mm宽的屏柜设计。为满足维护需求，预制舱内屏背面的维护通道可考虑600mm宽，由于舱内空间有限，屏后的空间相对较小，为了更好的方便维护，二次设备厂家可将二次设备改成前插式机箱结构，从而可以正面的操作、调试设备，大大节约内部空间；办公通道按照1150mm宽设计，在屏前还可根据需求配置折叠式办公桌，边屏侧壁距离舱体内侧端面也应至少预留600mm的维护通道。结合预制舱的实际净空尺寸，做出的20尺预制舱、屏位布置图如图2（俯视剖面）所示。

图2 尺预制舱俯视屏位布置方案图

由图2可以看出，20尺预制舱内比较合适的屏柜数量5面（屏宽800mm）或7面（屏宽600mm）。同样原则依据20尺、30尺及40尺预制舱内部的净空尺寸计算出的适宜的屏柜数与除去舱体壁厚的两端剩余空间总长度（简称为剩余净空）见表1。

表1 标准预制舱参数统计表

2.2 屏柜的安装方式

控制柜采用并柜联接，沿集预制舱长度方向放置。舱内底板上部布置槽钢两根，与底板焊接作为控制柜安装基础，机柜底盘的地脚螺栓与槽钢固定。为了保障屏柜在箱体内运输过程中的稳定性，可增加支架对屏柜背面进行固定加强。如图3所示。

在确保运行方便的情况下，也可采用双列靠墙布置方式，中间预留检修过道。

图3 内部安装示意

3 电缆、光缆配置及接线方案

3.1 电缆、光缆接口的标准化

针对智能变电站一次设备与二次设备间电缆连接特点及使用需求和二次设备间光缆连接特点及使用需求，可采用预制式电缆和光缆。

为实现模块化、装配式作业，预制式二次组合设备舱与外部设备之间的连接采用航空式插头或圆形带锁紧式的光电连接器，实现了接口的标准化，舱内设备与舱外设备之间通过表转化接口转接，转接接口可安装在舱体上，也可在舱内设置专门的转接屏柜，如图4所示。与传统变电站琐碎的端子排接线相比，二次专业接线施工工作量的显著减少，有效的减少施工公司，提高了可靠性。

图4 内部转接屏示意图

图4中部是二次屏柜的背部面板，所有户外设备进出屏柜的光缆和电缆均通过该背板实现与屏内装置的连接，配送式变电站实现标准化设计后，各类保护、测控屏柜的背部面板可采用通用尺寸、通用开孔，实现模块化安装。光电连接器本身的壳体应具备多种材质及镀层，满足不同环境下的应用。外部预制缆与箱体以及箱体之间的设备连接器应满足外壳防护等级IP67，以防止雨水、杂物等进入设备内部，箱体内部设备接口外壳防护等级IP65，具有优秀的抗振动、耐冲击性能，便于运输、安装等环境下正常使用。

3.2 电缆光缆的走线方式

1）上进线电缆桥架

电缆采用上部进线方式，电缆从箱体后面中间位置上部引入，在进线口外设置防雨结构，电缆沟通过斜坡爬上，如图5所示。

图5 上进线电缆接入

在箱顶设置两根横梁，通过横梁将电缆桥架吊装。电缆通过桥架从箱体后面中间位置上部引入后左右分流，通过垂直固线架自机柜顶部进入机柜。电缆桥架到柜顶预留空间，方便线缆引入机柜。线缆入口采取密封措施，防止雨水、灰尘及小动物进入。

2）舱体底部进线方式

在预制舱底部空腔中设置走线槽，在靠近屏柜双开门一侧的集装箱箱壁上开孔并安装标准大小安装面板，将柜内多芯连接器插头尾部的光缆和电缆通过线槽引至集装箱箱壁，并通过线槽引至安装面板，线缆端部端接多芯连接器插座，将插座固定于安装面板上，将集装箱外部线缆沟槽内预制有连接器插头的光缆和电缆同样引至集装箱安装面板处，此时通过通过头座对接即可在集装箱外部即可完成互连，如图6所示。

图6 底部走线方式示意图

4 预制舱及二次设备的配置

本文以一个典型的220kV变电站为例探讨预制舱的配置，该220kV变电站主变两台；220kV采用双母线接线，出线4回；110kV采用双母线接线，出线8回；10kV采用户内开关柜，单母线分段接线。

4.1 监控系统站控层设备预制舱

按照国家电网科（2012）143号文的要求，监控系统站控层设备应配置监控主机两台、数据服务器两台、综合应用服务器两台、数据通信网关机4台、图形网关机两台，共组5面屏柜。站控层设备还包括按照双平面建设的两面调度数据网设备屏、1面火灾报警系统控制屏及1面智能辅助系统设备屏，加上两面时间同步系统柜及为两面为服务器供电的UPS系统屏柜，站控层预制舱的屏柜数量可达到13面屏左右，故可考虑为站控层设备设1只40尺预制舱。

4.2 220kV间隔层预制舱

220kV间隔层设备包括线路保护、母联保护、母线保护、主变保护、间隔测控装置、故障录波及网络报文记录分析装置，电能计量表等设备，按照本文案例的变电站规模，220kV部分屏柜数量在20面左右，220kV间隔层设备可考虑配置两只40尺预制舱，其中各间隔公用的设备，如母线保护、故障录波及网络报文记录分析装置可布置在该预制舱内，其他各间隔的保护及电能表屏等可平均分配在2只预制舱内。