智能变电站预制舱式二次组合设备设计优化

吴聪颖，闫培丽

(国网北京经济技术研究院，北京 100052)

智能变电站预制舱式二次组合设备设计优化

吴聪颖，闫培丽

(国网北京经济技术研究院，北京 100052)

预制舱式二次组合设备是新一代智能变电站模块化建设的重要内容，着力实现工厂化预制、现场装配式安装，以提高智能变电站的建设效率。本文从工程实际出发，分析了常规二次装置及屏柜结构，调研了目前预制舱式 二次组合设备方案及应用现状，并进行梳理总结，针对目前存在的问题，提出了预制舱及舱内二次装置、屏柜结构优化方案，提出了预制舱内屏柜布置方案，并给出了预制舱方案的设计建议。

智能变电站；预制舱式二次组合设备；设计；方案。

1 概述

2012年起，国家电网公司启动了新一代智能变电站的研究与设计工作。新一代智能变电站提出以“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，着力探索前沿技术，推动智能变电站创新发展，实现能量智能调节，设备可控在控，信息共享互动，服务便捷优质。

为此，新一代智能变电站提出了紧凑型、模块化、集装箱式建筑、节能环保及间隔插拔式的设计理念。 其中，预制舱式二次组合设备是新一代变电站模块化设计理念的重要体现，并在湖北未来城110 kV变电站和重庆大石220 kV变电站2座户外站中应用，效果显著。另外，由于受当时建设工期及二次设备厂商研发周期限制，实施的预制舱式二次组合设备仍存在一些弊端。随着研究的不断深入和各方配合，预制舱式二次组合设备各方面技术逐步取得新的成果，本文就预制舱式二次组合设备布置相关技术，包括装置结构、屏柜结构、预制舱尺寸及布置方案等展开研究，并提出优化设计建议。

2 应用现状

2.1 二次装置与屏柜结构

目前，智能变电站内二次设备包括监控系统、保护、测控、通信、电源设备等。装置结构普遍采用前操控面板，后背板接线方式。由于装置柜前操作、柜后接线，对于二次屏柜而言需要前后开门，以满足正常运行维护的基本要求，端子排柜后左右侧配置，二次设备柜典型尺寸为2260 mm×800 mm×600 mm，见图1。

图1 屏柜示意图

1.2 预制舱尺寸

为保证预制舱的通用性，缩减造价，因此参考ISO标准的集装箱尺寸系列。

二次系统的屏柜高度均为2200 mm，加上眉高为2260 mm，柜顶(底)上(下)方还需要桥架及走线的空间。而ISO标准的集装箱内部净高度为2394 mm，不满足上述要求，因此需要选取增加高度的集装箱，其外部高度为2896 mm、内部高度为2646 mm，满足二次设备布置需求。行业内通用的标准加高型集装箱规格尺寸见表1。

1.3 布置现状

重庆大石220 kV及湖北未来城110 kV首批2座AIS示范智能变电站全面落实新一代智能变电站的模块化设计理念，首次使用了全预制舱方案。

表1 标准加高型集装箱规格

1.3.1 单舱单列布置(双舱拼接方式)

单列布置方式，即预制舱内采用前操控面板、后背板接线的二次屏柜，采用并柜联接，沿箱体长度方向单列布置于箱体中，考虑柜前操作巡视通道、柜后检修维护通道及预制舱内辅助设施的布置，如在湖北未来城110 kV站内设置了2个1200 mm单列布置的预制舱，采用拼接方式置于站区，舱内均使用前显示后接线屏柜，其中电源柜采用800 mm×600 mm柜体，服务器柜采用800 mm×800 mm柜体，保护测控柜、通信机柜均采用600 mm×600 mm柜体，见图2。

图2 湖北未来城预制舱布置示意图

预制舱内采用单列布置，空间的利用率不高，预制舱设置数量较多，尤其对220 kV及以上电压等级变电站，经济性较差。

1.3.2 单舱双列布置且侧壁开门

在重庆大石220 kV站内设置了4个1200 mm双列布置的预制舱，其中包含了1个公共设备预制舱，1个220 kV二次设备及直流电源预制舱，1个主变压器及110 kV二次设备预制舱和1个蓄电池组预制舱。

基于目前普遍采用前操控面板、后背板接线的二次屏柜现状，综合考虑预制舱尺寸、二次设备、屏柜尺寸及通道需求，预制舱内屏柜采取双列靠墙布置方式时，由于采用800 mm宽的前显示后接线屏柜，需将预制舱侧壁对应屏柜位置开多扇侧门(当前门朝侧壁时增加视窗)，以满足正常运行维护要求。接线维护时操作人员在箱外打开侧壁上的门，进行操作，见图3。

图3 重庆大石预制舱布置示意图

虽此方式预制舱内二次设备可双列布置，空间利用率有所提高，但预制舱舱体结构复杂，侧壁开多个门将增加大量成本，且为解决开门带来的强度、防雨、防腐等问题还将额外增加成本。且对出现恶劣环境时维护带来不便，此方案性价比也不高。

2 设计优化方案

2.1 预制舱及二次设备优化

(1)预制舱尺寸优化

原先工程中，确定预制舱式二次组合设备外形尺寸时参考了标准集装箱的尺寸系列，使I型、II型、III型预制舱分别对应20呎、30呎、40呎标准集中箱的外形尺寸，为加大屏正-屏正之间检修通道，结合对国内大件运输实际情况，预制舱宽度由原来的2500 mm增加到2800 mm。优化后预制舱尺寸见表2。

表2 优化后预制舱尺寸

同时为满足预制舱内屏柜双列靠墙布置方式，实现最大化利用舱内空间，提出了前显示前接线设备。

(2)二次设备优化

前显示前接线装置是在不改变现有装置插件结构形式的基础上，将人机界面与接线端子位置同时置于装置正面，通过将人机界面翻转的动作机构，露出接线端子，实现可在装置正面进行人机对话与接线工作。人机界面翻转的方式通常有上移、侧翻、上翻等，侧翻结构见图4。

图4 前接线、前显示装置侧翻结构示意图

前显示前接线设备的应用，使舱内屏柜在不开后门的情况下，操作人员方便的对柜内装置进行安装、操作及维护，不需舱壁侧面开门即可实现舱内屏柜的双列布置，避免了舱体侧壁开门带来的舱体密封性差，运维对天气依赖性强的缺点。

基于前接线、前显示二次装置的应用，屏柜结构可优化为只前开门型式。当靠墙布置屏柜时，只需在屏背与墙之间预留一定的散热空间即可，并能保证屏正-屏正之间检修通道可大于1300 mm。

2.2 预制舱内屏柜布置方案优化

采用2800 mm宽的预制舱及“前接线前显示装置”800 mm宽屏柜，同时保证预制舱厂家对舱内保暖等措施处理，考虑一定舱壁厚度后各个尺寸预制舱推荐布置方式见图5～图7。

根据应用情况，当采用800 mm屏柜时可布置屏柜数量见表3。

图5 I型舱布置示意图

图6 II型舱布置示意图

图7 III型舱布置示意图

表3 布置屏柜量

2.3 工程配置方案

应结合工程规模及总平面布置，因地制宜合理设置二次设备预制舱，可采用“全预制舱”方案或“舱+建筑物”方案。

2.3.1 全舱方案

将全站二次系统设备模块化布置于一个预制舱，在工厂内完成整站的全部二次系统生产、安装、接线、调试，作为一个整体运输至现场，采用预制光、电缆与一次设备插拔式连接，极大缩短了建设周期，尤其适用于施工环境相对恶劣场合，同时也提升了二次系统安装接线质量，提高了系统的可靠性，是终端110 kV变电站及出线规模较小110 kV变电站规模化快速建设新模式，见图8，为全舱布置方案，将监控主机和应用服务器横向摆放。

图8 “单舱整站预制”平面布置图

2.3.2 舱和建筑物方案

“舱+建筑物”方案，针对220 kV变电站或规模相对较大的110 kV变电站，间隔层设备采用预制舱式二次组合设备，下放布置布置于一次设备场地，站控层设备、电源设备等模块布置于二次设备室内，毗邻低压配电装置建筑物布置，见图9。其他二次设备均放于二次设备室中，屏柜按间隔按功能统筹组柜。

图9 “舱+建筑物”舱内屏柜平面布置图

3 结论

预制舱式二次组合设备改变了以往智能变电站的建设模式，根据屏柜功能，合理组合，在工程内预制、接线和调试，大大提高了现场施工效率。设计人员在做设计时，应本着最大化工厂预制原则，结合工程实际，合理配置。对于户外规模较小的110 kV终端变电站，宜推荐采用“单舱整站预制”方案；对于户外220 kV变电站，宜采用“舱+建筑物”方案，设置1～2个预制舱。

技术方案固化后，建议推进预制舱式二次组合设备的标准化工作，包括舱内模块化布置、模块内屏间接线、模块间接线及舱对外接线的标准化等。以大大提高预制舱的生产效率。在舱内屏柜结构、组柜方案、柜内工作分区等方面可继续深化研究，真正体现变电站工业化理念，方便运维检修，大力支撑智能变电站建设。

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Design Optimization of Prefabricate Cabin Pattern Secondary Combination Equipment Intelligent Substation

WU Cong-yin, YAN Pei-li
(State Power Economic Research Institute，Beijing 100052，China)

The secondary combination device in prefabricated cabin is an important part of the modular construction of the new generation intelligent substation. In order to improve the efficiency of the construction of intelligent substation，it focus on the realization of factory prefabrication and site assembly installation. The paper analysys the conventional structure of the secondary device and the cabinet. Then it researchs and summarizes the application situation of the prefabricated cabin and related. Finally it proposes the optimization scheme of the secondary combination device in prefabricated cabin and gives the design suggestion of prefabricated cabin scheme.

intelligent substation; secondary combination device in prefabricated cabin; design; scheme.

TM63

B

1671-9913(2016)06-0060-05

2016-01-11

吴聪颖 (1987- )，男，福建龙岩人，硕士，工程师，主要从事变电站设计。