110kV预装式变电站技术改进与创新

蔡 燕

（佛山电力设计院有限公司，广东 佛山528200）

常规110kV变电站通常采用砖混结构建筑物，砖混结构变电站建设周期较长，而预装式变电站则将10kV配电装置、继保、通信、蓄电池等设备均装于预装式箱体内，在工厂完成设备组装和室内二次电缆敷设，待现场土建基础完成后即将预装式箱体及其内部设备整体运往现场一次性吊装完成，这就在很大程度上减少了现场安装的工作量，提高了变电站的建设效率。佛山110kV朗沙变电站（图1）和110kV智慧变电站作为广东电网公司首例试点110kV预装式变电站已顺利建成投运，创造了110kV变电站建设史上工期最短的奇迹。

图1 110kV朗沙变电站鸟瞰

相比于国内已建成的110kV预装式变电站，本试点预装式变电站在设计中运用了较多新技术、新思路，对110kV预装式变电站做了大量的改进与创新，使预装式变电站更加环保节能、易于建设、方便运行。

2 预装式变电站综合布线的改进

预装式变电站均在预装式箱体正下方设一个约2m高的半地下电缆层，在箱体底板上开设2个人孔，作为施工及运行人员进出电缆层的唯一通道，箱体内的一、二次电缆均在电缆层内采用吊架敷设。此敷设方式存在如下缺陷：

（1）设半地下电缆层导致土建、消防、通风、照明等投资增大。

（2）半地下电缆层的进出通道仅为箱底的2个人孔，较狭窄，一旦发生消防事故，不利于运行人员逃生。

（3）半地下电缆层将10kV箱体托起较高，后期更换开关柜设备时搬运不方便，且箱体布置较高增加了全站防雷设施投资。

本项目取消箱体下方的半地下电缆层，直接将箱体安装在土建地面基础上，箱体两边外侧设电缆沟，10kV电缆直接从开关柜柜底埋管至箱外电缆沟；同时在箱体本体底座内设200mm高电缆夹层，箱内二次电缆在本体夹层内敷设，各箱体间联络电缆从箱体底座电缆层进入电缆沟内敷设；另在箱体内天花板沿箱壁一周设半封闭式线槽，用于敷设箱体内照明、动力、暖通、消防等缆线，箱内照明灯具、插座等引接缆线在箱体墙板及天花板内穿管敷设。

此改进具有如下优点：

（1）取消半地下电缆层，节省了建筑投资费用。

（2）消除了运行人员在半地下电缆层内不易逃生的安全隐患。

（3）10kV箱体采用地面基础安装，便于运行人员进出箱体，且站内更加美观整齐。

（4）箱内二次电缆在箱体本体底座电缆层内敷设，使箱体内二次电缆可提前在工厂内敷设完成，大大减少了现场工作量，提高了变电站的建设效率。

3 预装式设备箱体的改进

预装式变电站预装式设备箱体内屏柜前后操作及维护通道宽度均较小，不满足规程对室内配电装置的布置尺寸要求，给运行维护埋下了一定的安全隐患。在主变低压母线桥的实施方案中，10kV箱体内主变低压进线采用架空绝缘铜管母线，致使全站占地面积较大，且铜管母线穿过箱体墙板时，防火及防水封堵均较难满足要求。

本项目在满足箱体运输及现场吊装要求的前提下，改进箱体结构设计，增大箱内屏柜前后通道宽度，箱体内2列开关柜中间通道宽优化为2．5m，柜后通道宽优化为1m，此布置尺寸满足2列开关柜之间通道大于2倍小车长加0．9m的运行要求，柜后通道也满足不小于1m的运行要求，既便于运行，也消除了因通道宽度不够导致的安全隐患。同时将架空绝缘铜管母线自开关柜柜顶进线改为绝缘铜管母线在电缆沟内敷设，从开关柜底部进线，铜管母线不需穿箱体，不存在穿墙处的防火及防水处理问题。

4 预装式变电站光导照明系统的应用

预装式配电箱体为满足防潮、消防、恒温恒湿等运行要求，加上预装式配电箱墙体结构、材质的特殊性且墙体较薄，实际制造工艺无法实现在配电箱墙体上开窗，因此即使在白天，箱体内也十分黑暗压抑，运行人员在箱体内巡视时，只能开启交流电照明系统解决箱内采光问题。110kV朗沙变电站、110kV智慧变电站项目中预装式配电箱内的照明在广东电网中首次采用新型绿色照明技术：采用光导照明系统，使预装式变电站更加环保、节能，积极响应绿色电网的建设要求，并满足充分利用天然光设计标准。光导系统在预装式变电站中的应用如图2所示。

图2 箱体光导照明系统应用图

光导照明系统直接利用太阳能，不需要像太阳能热水器、光伏发电等那样经过能量转换再使用，只要是在白天，不管是晴天抑或是阴天都可通过安装在预装式配电箱箱顶的光导照明系统解决自然采光的问题，达到箱体内外亮度同步。光导照明系统主要由采光装置、光导管、漫射装置3部分组成，如图3所示。

图3 箱体光导照明系统安装图

通过室外采光装置收集室外的自然光线并将其导入系统内部，再经光导管传输后，由安装于系统另一端的漫射装置把自然光线均匀发散到室内。此系统完全不需要电力，直接利用自然光照明，同时系统中空密封，具有良好的隔热保温性能，不会给室内带来热负荷效应。组成材料均属绿色产品，无污染。透明的采光罩透光率高、抗老化、硬度高、抗冲击、耐摩擦；半圆形的设计使得在室外不容易积聚灰尘，同时表面带有UV涂层的采光装置会隔绝90%以上的紫外线，使少量紫外线能进入室内，起到杀菌除臭的作用。装在室外的采光装置通过安装高强度、耐腐蚀、易与建筑结合的防水装置，保证屋顶的致密性，防止漏水现象的发生。导光管按形状可分为直光导管和弯管2种，弯管可以有不同的弯曲角度，弯曲角度变化范围为0°～90°，能满足室内安装的美观布局要求；导光管重量轻、耐腐蚀，内壁多层特殊反光膜确保了光线的高效传输性和稳定性，材料全反射率达到98%以上，保证了室内外亮度一致。室内通过漫射器漫射自然光，无频闪，不会对人眼造成伤害。漫射器外观看上去就像家庭安装的吸顶灯，但具有高透光、高扩散、显色性好、光线柔和、无眩光的特点。光导照明系统所传输的光为自然光，其波长范围为380～780nm，显色性Ra为100，且经过系统底部的漫射装置进入室内的光为漫射光，光线柔和，照度分布均匀，实现了箱体内外亮度同步，为变电站运行人员创造了良好的室内环境。

光导照明系统可以取代箱体内白天的电力照明，至少提供10h的自然光照明，无能耗，节约能源。10kV朗沙变电站光导照明系统一次性投资十几万元，无需维护，既不产生维护费用，又减少了变电站工作人员日常维护工作量。光导照明系统使用年限≥25年，可与电气设备设计使用年限一致，远高于一般照明产品。

光导系统的推广应用，可解决传统预装式变电站的自然采光问题，而且节能环保，大大减少了能源损耗，使用寿命长，在预装式变电站中具有广阔的推广前景。

5 预装式变电站恒温恒湿系统的应用

预装式变电站中的10kV配电装置建筑箱体及继电器室建筑箱体空间狭小，墙体不开窗，无法自然通风降温。传统的通风降温采用大风量风机及高冷负荷空调实现，无法自动控制且能耗大。本项目在预装式箱体内设置基站智能新风节能系统及机房精密空调进行通风降温，新风和空调系统分级联动控制：基站外温度比较低，湿度满足设定条件，同时基站内温度达到新风开启点，新风才开启，进行换热节能工作；当新风换热能效比较低的时候（站内温度持续上升），若站内温度达到空调开启点，则开启外部空调运行，新风关闭。机房精密空调系统在夏天温度较高时持续运行，通过温湿度设定，可以将温湿度浮动控制在1℃和1%以内，实现箱体内恒温恒湿，保证了电气设备的正常运行，同时自动运行，实现人性化设计。

本系统具有高效节能特性，能效比高达10．0～18．0（普通空调能效比为2．6左右）；同时高效的智能节能控制逻辑协调空调运行，确保节能。使用本系统一般可以节能35%～80%。

6 结语

上述改进成果已在佛山110kV朗沙变电站和110kV智慧变电站成功实施应用，效果显著，节省了预装式变电站的整体投资，大大减少了变电站现场的土建及电气安装工作量，使工地现场更易于管理，同时也较大程度地缩短了变电站的建设时间，创造了110kV变电站建设周期最短的记录。改进技术成果的应用获得广东电网公司颁发的“技术改进贡献奖”三等奖和广东电网公司佛山市供电局颁发的“技术改进贡献奖”一等奖。

［1］GB50034—2004 建筑照明设计标准［S］

［2］GB50033—2001 建筑采光设计标准［S］

［3］GB50053—94 35～110kV变电站设计规范［S］

［4］GB50053—94 10kV及以下变电所设计规范［S］

［5］GB50168—2006 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范［S］