模块化变电站设计探讨

模块化变电站设计探讨

朱俊飞

镇江电力设计院有限公司江苏省镇江市212001

摘要：模块化变电站是目前变电站设计的趋势，本文就关于模块化变电站设计实践中的一些问题，如模块化变电站概念、特点、关键技术方案等进行了探讨。

关键词：模块化；变电站

变电站的发展历经几个阶段，从20世纪80年代以晶体管、集成电路为主传统变电站开始。随着微机保护、计算机、网络以及通信技术的广泛应用，90年代，变电站自动化取得实质性进展，逐渐发展成综合自动化变电站。近年来，数字化技术不断进步，IEC61850标准在国内大范围推广应用，基于IEC61850的数字化变电站快速成长起来。现阶段，采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能变电站在智能电网的迅猛推进下应运而生。

从近年来电力设备技术的发展趋势看来，变电站建设正向工厂预制式模块化发展，简单的现场组装式变电站形式越来越受到用户的青睐。特别是国网公司提出“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”要求以来，智能变电站模块化建设得到全面推进。模块化变电站的建设，目前变电站设备分为主变模块、35kV开关模块、10kV开关模块、电容组模块、站变模块、变电站控制模块（变电站综自设备、通讯设备、交直流电源等）等。各功能模块在工厂中预制完成，并分别进行调试。现场安装时，将高压开关、主变压器、中压开关及中压配套设备等模块采用一次电缆进行连接，并将综合自动化模块与其它模块采用二次电缆及通讯线路进行连接，然后进行整体调试，土建采用装配式钢结构工程技术，完成模块化变电站的建设。本文以镇江地区110kV户内站为例进行相关技术方案介绍。

1模块化变电站总体方案

目前镇江地区模块化变电站建设规模通常远期3×50MVA主变压器，电压等级为110/10kV；本期2×50MVA主变压器。110kV出线远期6回，本期建设4回。10kV出线远期36回，本期建设24回。本期1、2号主变各配置2×6000kvar10kV并联电容器装置，远期每台主变配置2组无功补偿装置。

全站取消了原方案中地下电缆层，所有配电装置及设备均集中在同一幢综合楼内，采用一层布置方式。一层户内布置主变压器室、110kVGIS室、10kV配电装置室、二次设备室、电容器室，站内设有环形运输通道。

2110kV配电装置模块优化

110kV配电装置采用小型化GIS设备，户内布置，按照国家电网110（66）kV智能变电站模块化建设通用设计导则要求设备间距为1.0米。采用三相共箱式GIS，断路器单列布置。为方便远景扩建，预留间隔本期上母线侧隔离开关和接地开关。

由于变电站不设电缆层，110kV主变进线电缆沿电缆沟至屋外深沟至110kVGIS室电缆沟。主变室至110kVGIS室的电缆沟规模为1200×2700mm。110kV出线电缆通过110kVGIS室内电缆沟出线。

310kV配电装置模块优化

10kV开关柜目前工程建设常用的有金属铠装移开式开关柜（简称中置柜）和全绝缘充气式开关柜（简称充气柜），前者大小最大为1000x1800，（宽x深），后者大小最大为500x1150（电流1250A）或者800x1400（电流2500A），充气柜的占地面积是中置柜的32%。但是，充气柜的价格约是中置柜的1.8倍，价格较高，对工程造价影响较大，然而SF6气体是一种潜在的温室气体，在1997年签订的《京都议定书》中已将SF6气体定为6种限制排放的气体之一，因此在电力系统中减少、限制甚至禁止SF6气体的使用是电力系统发展的必然趋势。因此在10kV开关柜选型时选用中置式开关柜。

10kV配电装置采用中置式开关柜，双列布置于生产综合楼一层。本期建设主变进线柜4面、出线柜24面、电容器柜6面、接地变柜2面、分段柜2面、分段隔离柜2面、母线设备柜4面。其中主变进线柜、分段柜、分段隔离柜按照1000x1800大小布置，出线柜、电容器柜、接地变柜、母线设备柜按照800x1500大小布置。优化后的布置方案如图1.3.2-2所示。10kV配电装置室长度为41.9m，宽度为9m。

4预制光缆技术研究

智能变电站中光缆用量巨大。采用传统熔接方式，不但工艺复杂、费时费力、影响项目排期，而且还易受人员操作水平、环境温湿度及粉尘影响，造成各熔点的质量良莠不齐，在环境条件急剧变化或长期运行中留下安全隐患。

而且智能变电站建设周期短，各环节衔接紧凑，光缆系统建设受到土建、电气安装、调试等诸多环节限制。光缆的各项性能指标并不是静态的。经过敷设、接续等施工环节，光缆的性状会有一定程度的变化，会对纤芯种的信号传输质量造成直接或潜在影响。如果变化超出光缆本身的性能极限，还可能引发纤芯损坏、通信中断等异常情况。目前由于缺乏相应的施工工艺规范要求及标准指导，各参建方往往自行其是，由于机械折弯、踩踏、生拉硬拽等不当施工造成的光缆损坏屡见不鲜。

预制光缆是一种在光缆两端事先预制连接器的室外光缆连接技术。与智能变电站常用的室内尾缆相比，预制光缆具备室外光缆的高防护性，通过采用新型多芯连接器，或在分支处安装分支器、套管等分支保护技术，牢固保护预制分支，使之具备室外长距离、复杂环境、恶劣条件下的施工可靠性与安全性。并且具备在光路中减少或消除接续断点、降低损耗，通过大规模工厂预制的方式保证产品工艺水平和生产周期，插接简便等优势，可以大幅提高智能变电站建造效率和建造质量，是智能变电站光缆系统建设的未来发展方向

5装配式建筑物实施方案研究

全户内智能模块化变电站内所有电气设备均布置在一栋配电装置室内。按照模块化典型设计要求，建筑物不设电缆层，辅助用房仅考虑设置安全工具间、资料室、卫生间。一层布置主变室、10kV配电装置室、110kVGIS室、电容器室、二次设备室、安全工具室、卫生间、消防控制室。一层层高9.000（5.00）m，110kVGIS室不设吊车。

模块化变电站内墙材料采用压型复合钢板或纤维水泥板（FC板）复合墙体。该隔墙具有质轻、保温隔热、阻燃、施工方便等优点。但隔墙墙面须二次内装修表面处理。压型钢板内隔墙压型钢板是双层钢板中间夹着芯材，芯材可采用岩棉板。岩棉板具有阻燃性，因此它具有质轻、保温隔热、阻燃、施工方便、造价较低等优点，目前广泛用于工业建筑领域。外墙材料选用纤维水泥板（FC板）复合墙体。外墙装饰板采用AS板，纤维水泥加压板又称纤维增强水泥加压板，是以木纤维和水泥为主原料，经先进生产工艺混和、成型、加压、高温高压蒸养和特殊技术处理而制成，不含石棉及其它有害物质的、具有高强度、大幅面、轻质、防火、防水、耐候等优良性能的新型环保建筑板材，其表面可做成各种仿石材、仿面砖的图案和机理。

楼屋面采用钢筋桁架-混凝土叠合楼面板具有防火性、耐久性、经济性好、施工便捷。钢筋桁架-混凝土叠合楼面板是将钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与彩钢板底模连接成一体的组合模板。将钢筋桁架模板直接铺设在钢梁上，然后进行简单的钢筋工程，便可浇注混凝土，提高了楼板施工效率。工厂化加钢筋桁架与底模，保证了上下两层钢筋间距及混凝土保护层厚度，钢筋排列均匀，为提高楼板质量创造了条件。当混凝土形成楼板后，具有整体刚度大、抗震性能好、耐腐蚀、防火等级高等优点。按照通用设备要求设置预埋件、楼面开孔。尺寸尽量统一，减少加工难度。

钢结构建筑物防火：柱采用厚型防火涂料或者防火板外包，梁采用薄型或者超薄型防火涂料，满足耐火时间的要求。钢结构防腐采用防腐涂料或者冷喷锌处理。

6结构实施方案研究

结构形式采用装配式钢框架结构。实现“标准化、模块化设计、工厂化加工、装配式建设”，实现了资源节约，绿色环保。缩短建设施工周期，提高工程建设质量。钢框架结构由H型柱、钢梁、联系梁组成，柱和主梁的连接方式为刚接，次梁和主梁的连接方式为铰接连接。

模块化变电站的采用改变了传统变电站的建设模式，变电站的建设具备科技含量高、环境污染小、建设周期短等特点，模块化变电站的发展将为智能电网的建设奠定坚实基础。