上海碧海220kV变电站工程二次设备布置方式的研究比较

胡亚杰

摘要：上海碧海220kV变电站设计在总结国家电网公司标准配送式智能化变电站设计经验的基础上，突出工业化设施定位，注重建筑物与当地环境的协调。按照“调控一体、运维一体”要求，推行标准化设计、模块化拼接、工厂化加工、装配式建设，形成“安全可靠、节约环保、功能集成、配置优化、工艺一流”的设计方案，全面提高电网建设能力，提高智能变电站建设效率。本文深入分析户内GIS方案条件和特点，对二次设备就地布置和集中布置进行详细的论证，推荐适用于本工程的布置方式。

关键词：二次设备;布置方式;就地柜式;集中

对于220kV变电站二次设备布置，主要有集中布置和就地布置两种方式，目前主要采取集中布置方式，在条件具备的前提下，可采用就地布置方式。但站控层设备、交直流电源设备、通信及远动设备等仍需组柜布置在一个集中的二次设备室，就地布置和集中布置的最主要区别在于间隔层保护、测控、计量设备的布置位置。

1.就地柜式布置方式

就地柜式布置方式按间隔配置的保护装置、测控装置与电度表全部就地布置于就地GIS智能汇控柜，同时还需要另外建设1个二次设备室来安装其它二次公用设备，如站控层设备、交直流电源设备、通信及远动设备等。根据远期规模，需要一个二次设备室用于布置站控层设备、主变保护、主变测控、母线保护、公用测控、故障录波及网络报文装置、远动设备、通信设备及交直流一体化系统等共88面屏。

本方式具有以下技术特点：

1.1单间隔内二次设备与一次设备相对应，布置清晰，便于单间隔设备的运行维护和检修，但天气恶劣时不方便进行维护和检修。

1.2采样值和开关量由智能组件直接接入保护测控装置，全直采直跳，过程层只需中心交换机，各间隔保护测控装置通过光缆连接至中心交换机，甚至可以将保护装置与智能终端进行整合，一体化设计，减少相应二次回路。

1.3减少二次设备间面积，从而减少主控楼建筑面积，变电站扩建间隔方便，不用考虑扩张二次设备间。

1.4但各间隔至间隔层交换机有一定的距离，需要采用光口交换机，增加交换机设备投资。

1.5最关键问题在于户外智能控制柜的选型，根据国家电网公司企业《智能变电站智能控制柜技术规范》中要求：柜体采用双层柜体，两层板材之间距离为25mm，板材厚度不小于1.5mm;应安装防雨帽;采用自然通风方式;外壳防护等级为IP55及以上。

智能控制柜布置于就地，同间隔内多个装置布置在同一柜中，空间过于紧凑，且柜子密封较好，即使采取以上措施，温度控制往往仍不能满足运行要求。查阅上海地区气象资料，上海碧海变电站位于上海市奉贤区，奉贤区属亚热带季风气候，气候温和湿润，四季分明，日照充分，雨量充沛;春季温暖湿润，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季严寒短，雨雪少。夏季多高温伏旱、初夏晚秋多阴雨的特征，夏季累年极端最高地面温度达到69.2℃。

而根据类似气候带已投运的试点变电站实测温度数据，夏季晴天时，控制柜内温度最高时可达70℃以上，而现阶段多数保护装置的正常工作温度一般处于0℃～40℃之间，即使部分厂家可提供定制的-25～55℃的型号，仍不能达到本地区汇控柜的温度范围要求。而保护装置长期运行在超温环境下，极易发生故障，运行寿命也受到较大影响。智能控制柜的环境直接关系到保护装置的正常运行，需要对其运行状态进行监视甚至控制，还需考虑其检修维护，以保障保护装置正常运行。

就地柜式布置方式在220kV户内GIS变电站应用很少，缺少运行维护的经验，通过几个保护就地下放布置的变电站运行人员反馈，运行维护也极其不便，可靠性也有待验证。

2.集中布置方式

集中布置方式在一般的变电站经常使用，将所有二次设备在二次设备室集中组屏，设二次设备室一个，布置二次屏位88块。

本方式具有以下技术特点：

2.1运行的变电站非常多，运行经验丰富。

2.2二次设备室一般有空调，二次设备装置坏境好，运行人员工作环境好、安全可靠、便于巡视维护。

2.3各间隔内二次设备与间隔层交换机距离近，可以采用电口交换机，以双绞线连接，节省光缆及光口，节省设备投资。

2.4二次设备室一般处于变电站各电压等级中间，到各电压等级间隔距离都不远，节省光缆的数量。

2.5因预留二次设备房间面积用于远期扩建间隔，一期一次性投资大，而且远期规模如果有变化，需要增加出线规模，往往有可能造成二次设备间屏柜不够，而需要另外再建设一个二次设备间。

3.布置方式的技术经济分析

3.1经济性比较分析

通常来说，二次设备就地布置相对于二次设备室集中布置方案的一大优势是电缆、光缆使用量较低。

而本工程对光缆数量进行了优化，220kV每个间隔只需要2根光缆，110kV每个间隔只需要1根光缆，对于集中布置来说，本期一共只需光缆总长度6公里（含一定预留量）。而就地布置方案，220kV每个间隔也需要2根光缆连接至二次设备室间控层交换机，110kV每个间隔也需要1根光缆连接至二次设备室间控层交换机。所以根据本工程光缆优化结果，就地方案并没有起到节省光缆的效果。

通过给技经专业提资，深入比较二次设备室建筑费用、交换机费用、二次屏柜费用等，得出就地柜式布置布置方案投资比集中布置方式节省大约57万元。

3.2适用性比较

3.2.1就地柜式布置方式能有效减少占地;

3.2.2集中组屏布置方式可靠性最高;

3.2.3就地柜式布置方式受环境温度影响大，即使在户外智能控制柜上加装空调，相比集中组屏方式，增加了功耗，且就地柜空调长期运行，易出现故障，运行可靠性仍有待验证。

3.2.4集中组屏方式安装，维护、巡视环境最为便利。

综合上述分析结果，考虑可实施性的要求，本工程推荐采用成熟可靠的二次设备室集中布置方式。通过对智能变电站二次系统硬件及功能整合进行可行性分析及论证，通过对相应二次系统的设计集成及优化，加强了专业间融合，提高了装置集成度，使得智能变电站二次设备数量降低，有利于创新布置、组屏方式，减少变电站建筑面积和占地面积。