多站融合工程环境影响因素研究

李 峰，赵爱莲，戴 峥，李 真

(1.国网上海市电力公司电力经济技术研究院，上海 200233；2.中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海 200001)

0 引言

为了顺应能源革命和数字革命融合发展趋势，国家电网有限公司于2019年初提出了“建设具有枢纽型、平台型、共享型特征的能源互联网企业，建设运营好坚强智能电网、泛在电力物联网”，即建设“三型两网”企业的战略目标[1]。为实现“三型两网”战略目标，多站融合是重要举措。多站融合，即突破传统的变电站理念，将传统变电站与数据中心、北斗基站、5G基站、充电桩、储能站等多个站点融合为一体。2019年，上海浦东35kV殷家浜变电站、山西省太原市220kV迎西变电站及江苏无锡220kV红旗变电站等多个多站融合工程相继投入运行。随着“三型两网”的推进，多站融合工程将是电网企业的重点发展方向之一。

从环境保护角度看，多站融合工程充分利用变电站站址资源，集约化建设，节约用地，是“三线一单”理念的落实，属于环境合理性工程。然而，传统变电站属于输变电工程，环境影响因素清晰，环境影响评价方法已趋完善，而多站融合工程集中了多类工程的环境影响因素，环境影响问题变得更为复杂。目前多站融合工程相关研究较少[2-10]，尚无多站融合工程环境影响相关研究。

本文从多站融合工程各融合站点的设备组成、融合建设技术特点入手，对多站融合工程产污环节进行分析，筛选出多站融合工程环境影响因素。研究成果可为多站融合工程环境影响评价、设计咨询等工作提供指导，从环境保护角度为“三型两网”目标的实现提供支撑。

1 多站融合工程及技术特点

1.1 变电站

传统变电站由电气一次设备、系统及电气二次设备、采暖通风和空调设备、给排水和消防设备等构成。其中，系统及电气二次设备主要为继电保护设备、安全自动控制装置、调度自动化设备、通信设备，作用为保证电气一次设备安全、可靠运行，布置于建构筑物内；采暖通风和空调设备及给排水和消防设备也基本布置于建构筑物内；变电站对周围环境产生影响的主要为电气一次设备。

电气一次设备主要包括主变压器、低压无功补偿装置(并联电抗器、并联电容器)、配电装置(断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、架空母线等)及高压电抗器。

按电气设备布置型式，变电站可分为户外变电站、半户内变电站、户内变电站及地下变电站几种。主变压器、配电装置露天布置的变电站为户外变电站，主变压器或配电装置布置于建构筑物内的变电站为半户内变电站，变电站电气设备均布置于建构筑物内的变电站为户内变电站，电气设备均布置于地下的变电站为地下变电站。

与数据中心融合建设的变电站电压等级有35kV、66kV、110kV和220kV四种电压等级[11]，涵盖户内、半户内变电站。

1.2 数据中心

常规数据中心[12]由主机房(包括服务器机房、网络机房、存储机房等)、辅助区(包括进线间、测试机房、总控中心、消防和安防控制室、备件库、打印室、维修室等)、支持区(包括变配电室、柴油发电机房、电池室、空调机房、动力站房、UPS系统用房、消防设施用房等)、行政管理区(包括办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室等)组成的。

与新建变电站融合建设的数据中心有集装箱式、独立建筑式两种建设模块(如表1所示)。利用已有变电站融合建设数据中心工程，可通过优化调整变电站建筑内的设备设施平面布置，腾挪出一定空间用于建设数据中心。

表1 数据中心站典型模块

1.3 北斗基站

北斗基站主要由室外设施和室内仪器柜组成。室外设施包括观测墩、扼流圈天线、避雷器等。室内设备主要包括机柜和安装在机柜内的GNSS接收机、网络设备、浪涌保护设备、电源设备等。室内与室外设备相互独立，通过扼流圈天线与基准站GNSS接收机连接[13]。

与变电站融合建设的北斗基站观测墩可选择在变电站主控楼的楼顶搭建，基准站的室内设备安装在变电站主控室内，GNSS接收机可直接利用站内已有通信电源供电，无需单独配套UPS电源；GNSS天线及观测墩设置在站内避雷针保护范围之内，充分利用站内已有避雷设施和浪涌保护器来达到对基准站设备的防雷目的。

1.4 5G基站

移动通信基站有机房、电线、铁塔桅杆等结构部件。其中，机房主要配备信号收发器、监控装置、灭火装置、供电设备和空调设备；塔杆包括防雷接地系统，塔体，基础，支架，电缆和辅助设施等几个部分的结构。从设备形态角度划分，5G基站可分为基带设备、射频设备、一体化gNB设备以及其他形态的设备。其中，5G基带设备又包含了BBU、CU、DU不同类型的物理设备，5G射频设备包含了AAU和RRU设备。与变电站融合建设的5G基站监控装置、灭火装置及供电系统可依托变电站建设。

1.5 充电桩

独立的、对外经营的充电桩配备有供电系统、充电设备、监控系统及相应的配套设施。供电系统主要由一次设备(包括开关、变压器及线路等)和二次设备(包括检测、保护、控制装置等)组成。充电设备是充电站电气系统的核心，一般分直流充电桩和交流充电桩。监控系统由一台或多台服务器组成。与变电站融合建设的充电桩电能直接依托变电站供给，仅设置充电桩。典型的220kV红旗变电站融合模型如图1～图3所示。

图1 220kV红旗模型

图2 220kV红旗变电站内融合建设的数据中心和北斗基站

图3 220kV红旗变电站内融合建设的5G基站和充电桩

1.6 储能站

储能站储能载体为电池，主要类型有锂电池、硫钠电池、液流电池等，商业成熟度高的为锂电池。储能站主要系统组成包括电池舱、PCS升压舱、10kV汇流舱、智能总控舱、SVG舱。与变电站融合建设的储能站公用工程可结合变电站，降低UPS电源等配置。

2 多站融合工程产污环节分析

2.1 变电站

(1)变电站内各种变电设备(包括主变压器、高压断路器等)在运行过程中会产生工频电场、工频磁场。融合建设的变电站电压等级最高为220kV，且建设型式为户内、半户内变电站，因此电磁环境影响相对较小。

(2)变电站主变压器、电抗器等电气设备运行过程中产生噪声，以中低频为主。融合建设的变电站电压等级相对较低，且采用户内、半户内建筑型式，由于建筑物的隔声，其对厂界噪声贡献较小。

(3)变电站运行期间值班、值守人员或检修人员会产生少量生活污水。

(4)变电站运行期值班、值守人员或检修人员会产生少量生活垃圾。

(5)二次设备中直流及交流不停电电源系统内到期更换下来的废旧蓄电池。

(6)变电站变压器、油浸式低压电抗器等含油设备事故情况下将产生废油。

2.2 数据中心

(1)数据中心机房内设备运行过程中会产生电磁辐射；但融合建设的数据中心建筑或集装箱采取了一系列屏蔽措施，且选用电磁兼容性好、电磁辐射弱的计算机终端设备，机房内的电磁场即能达到国家相关标准要求，不会泄露到户外，不会对外环境产生电磁影响。

(2)数据中心设备运行过程中会产生噪声，噪声来源：服务器、交换机、存储器等IT设备；冷水机组、水泵、冷却塔、风机等暖通设备；变压器、柴油发动机、不间断电源等电气设备。融合建设的数据中心采取风冷、蒸发冷冷却方式，取消变压器、柴油发动机等电气设备，噪声影响相对较小。

(3)数据中心工作人员会产生生活污水，与变电站融合建设的数据中心运行可依托变电站工作人员，不增加生活污水量。

(4)数据中心运行过程中会产生更换下来的废旧蓄电池、废旧电子设备组件。与变电站融合建设的数据中心不停电电源可依托变电站，运行过程中不增加废旧蓄电池。

(5)数据中心工作人员产生少量生活垃圾，与变电站融合建设的数据中心依托变电站运行，不增加固废产生量。

2.3 北斗基站

(1)融合建设的北斗基站机柜内电气设备运行过程中可能产生电磁环境影响。

(2)融合建设的北斗基站机柜内电气设备运行过程中产生噪声影响。

2.4 5G基站

(1)基站机房内设备如信号发射机、功率放大器等运行期会产生电磁场，但这部分电气设备己采取了良好的屏蔽措施，并且设备放置在机房内，对周围环境不会造成电磁辐射污染。基站正常运行时，发射天线向周围发射不同频率范围段的电磁波，导致周围环境电磁辐射场强增高。

(2)基站设备及空调运行期产生机械噪声。

(3)基站机房内运行期将定期更换下来废旧蓄电池，增加固废。

2.5 充电桩

(1)融合建设的充电桩充电过程中设备运行会产生极低的噪声。

(2)融合建设的充电桩设备运行时将产生工频电磁场，由于充电桩电压等级低，产生的电磁场影响可以忽略。

2.6 储能站

(1)融合建设的储能站内主要的设施电池舱内电池运行一段时间后可能会产生废旧蓄电池。

(2)融合建设的储能站电气设备运行产生工频电磁场，但由于电池电压等级较低，其电磁环境影响可以忽略。

3 多站融合工程环境影响因素筛选

经过产污环节分析，多站融合工程环境影响因素总结如表2所示。

表2 多站融合工程运行期环境影响因素

4 结语

多站融合工程突破了传统变电站理念，将变电站与数据中心、北斗基站、5G基站、充电桩、储能站等多个站点融合建设。在环境保护方面，多站融合工程由于集中了多类工程的环境影响要素，环境影响问题变得更为复杂。通过对多站融合工程的系统组成与技术特点的分析，产物环节的梳理，明确了多站融合工程环境影响因素。多站融合工程污染因子虽较传统变电站增多，但融合建设的各类工程环境影响相对较小。相对于传统变电站来说，与数据中心、北斗基站、5G基站、充电桩、储能站等站点中的一个或多个融合建设的变电站，环境影响因素应考虑数据中心产生的噪声、固废影响，5G基站产生的电磁辐射、噪声、固废影响，以及储能站的废弃蓄电池影响。