预制舱式二次组合设备设计方案

庞亚云 董 琪

（1.宁夏电力设计院，宁夏 银川750001；2.国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750002；3.华北电力大学电气工程学院，中国 北京 102206）

0 引言

2012年，国内开始新一代智能变电站的研究工作，提出了概念设计方案。[1-2]方案以“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体”为目标，结合目前及远期设备发展方向，以“一体化设计、工厂化制造、模块化安装”为建设思路，在遵循设备集成、网络优化、功能整合、组柜布置优化的原则下，提出了应符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求的二次设备模块化设计方案，实现全站二次系统模块化配送。

1 智能变电站二次设备配置存在的问题

国内智能变电站站控层、间隔层设备集中布置在二次设备室，二次小室按电压等级分散布置，存在以下问题：[3-5]

（1）占地面积大、小室建筑投资较高；

（2）屏柜需现场安装调试，现场施工量大、施工周期长、建设质量难以掌控、二次设备接线工作量大；

（3）二次设备组柜方案没有统一、各站组柜方案不一，运维较为复杂。

2 新一代智能站预制舱式二次组合设备优化设计方案

国内试点的220kV/110kV新一代智能变电站均采用预制舱式二次组合设备，取代了站内传统的主控室及继电保护小室（甚至开关柜小室）。220kV、110kV均采用监控系统、单间隔保护、多间隔保护、电源系统等设备安装于预制舱内。舱体按电压等级分散设置。预制舱内设置统一的光缆集中转接柜，用于转接与外部配合的光缆，舱内转接柜到各屏柜间的连接由设备厂商在工厂内集成，现场通过定制的接插件完成光缆的对接，无需现场光缆熔接工作。

预制舱式组合设备在现有二次设备配置方案基础上进行了以下优化设计。

2.1 装置结构优化

常规保护、测控装置均采用背板接线，操作显示面板前置，屏柜前后开门方式。为了提高屏柜空间使用率，减少占地面积，可采用“笔记本式”前接线装置，取消屏柜后开门，操作及维护均在装置前进行。

该装置在保持现有硬件结构基本不变的情况下，保留操作显示面板，面板和装置插箱一体，显示面板的一侧和插箱面板通过铰链相连。正常工作时，显示屏遮挡住插箱内部的端子接线、连接器、板卡等；操作显示屏时，只需要打开屏柜门；如果要检修端子接线、连接器、板卡等，则需要打开屏柜门后，将面板向上旋转，露出插箱内部的端子接线、连接器、板卡，然后进行操作。

通过对现有二次装置进行前板接线改造，形成“笔记本式”前接线装置，设备接口布置在装置前面，取消屏柜背开门，节省屏柜布置空间，可将柜体尺寸(高×宽×深)优化为 2260mm×600mm×600mm，屏柜布置数量较多。为二次设备舱屏柜双列布置创造条件。

2.2 屏柜结构优化

在智能变电站中，随着一体化装置的应用、设备功能的整合、组柜方案的优化，二次屏柜与常规变电站相比具有以下优势：

（1）端子排数量大量减少

二次设备之间信息传输网络化，使得保护测控柜端子排数量大为减少，仅需保留装置、交换机等装置本身故障接线端子、对时端子即可。

（2）压板数量大量较少

智能站信息采用软报文形式传送，取消了出口压板及功能压板，故压板数量大为减少。

（3）功能元器件大量减少

二次设备之间信息传输网络化，省去了装置内部诸多功能插件，使得机箱布置紧凑，体积大为减少，而且，由于软压板代替传统的硬压板，这些都使得智能变电站的二次设备在结构上更为精简。同时取消了二次设备屏柜上的操作把手、按钮及模拟面板等，运行维护变得更加简洁。

（4）低功耗电子元器件的应用

保护、测控装置采用低功耗的电子元器件后，单装置的功耗小于50W，经计算保护测控柜内装置的发热温升不会影响装置的正常运行。另外，智能变电站保护测控装置组柜安装在二次设备室，设备的运行环境良好。

基于上述优势，二次屏柜内的空间利用率大幅度提高，装置按间隔组柜，屏柜尺寸可选择2260mm×600mm×600mm，比常规柜体尺寸缩小了25%，在此基础上还可以采用前接线装置，优化屏柜结构。采用前开门结构，屏柜靠墙布置，从而显著降低了变电站二次设备室建筑面积。

2.3 预制舱内二次设备布置优化

考虑到装置优化设计后采用前接线装置，屏柜采用前开门结构，屏柜正面朝向舱内，背面靠舱体布置，不设后门，屏柜布置可采用双列布置形式，节省屏后空间、增大舱内空间利用率，结合屏柜尺寸优化、布置优化及现有运输条件，预制舱舱体尺寸按（长×宽×高）：Ⅰ型6200mm×2500mm×3133mm； Ⅱ型 9200mm×2500mm×3133mm； Ⅲ型12200mm×2500mm×3133mm三种尺寸设计。与变电站二次设备室相比，建筑面积显著降低。

3 效果评价

本文以某330kV/110kV/35kV变电站为例，采用预制舱式二次组合设备后的主要计算经济指标如下：该站终期规模主变4×1500MVA；330kV系统采用双母线双分段接线，进出线远期8回；110kV系统采用双母线双分段接线，进出线远期22回；35kV系统采用单母线单元接线。采用预制舱式二次组合设备，设置330kV预制舱2个，110kV及主变预制舱1个，通过装置结构、屏柜结构、二次设备集成及组柜的优化，330kV预制舱按Ⅰ型设计，110kV及主变预制舱按Ⅲ型设计，与常规布置方案相比，330kV预制舱屏柜数量为28面，较常规方案减少36.4%，优化后的330kV二次设备建筑面积减少34.48m2，较常规方案减少69.5%；主变及110kV预制舱屏柜数量为34面，较常规方案减少29.2%，优化后的110kV及主变二次设备建筑面积减少70m2，较常规方案减少70.7%。

4 结论

（1）新一代智能变电站采用预制舱式二次组合设备，由厂家集成安装，有利于二次设备功能的整合，为设备的进一步集成优化提供条件。

（2）优化设计方案对现有装置硬件结构改动量小，易实现；且屏位靠墙布置、布置数量多，大大减少了站内建筑面积，降低了工程投资。

（3）预制舱式组合设备已在试点站成功投运，效果良好，在后续建设工程中具有极大的推广应用价值。

［1］宋璇坤,李敬如,肖智宏,等.新一代智能变电站整体设计方案[J].电力建设,2012,33(11):1-6.

［2］史京楠,胡君辉,等.新一代智能变电站平面布置优化设计[J].电力建设,2014,35(4):31-37.

［3］国家电网公司.国家电网公司2014年第一次输变电工程设计竞赛创新和亮点[R].北京:国家电网公司,2014.

［4］国家电网公司.新一代智能变电站示范工程成果总结[R].北京:国家电网公司,2014.

［5］国家电网公司.智能变电站试点工程评价报告[R].北京:国家电网公司,2011.