模塊化變電站的建設與應用

王欣

變電站模塊化的技術發展過程九十年代末，國內一些廠家開始將10kV開關設備及二次裝置在工廠里就安裝在預制的箱體內，其余設備，仍按常規布置。這就是變電站模塊化的第一階段即10kV箱式變電站階段。由于多選用常規開關柜，體積較大，導致箱體內操作走廊小，維護不便，安全性較低，整體運輸和吊裝不便，而且外層鋼板選用金屬材料，使箱體的保溫、隔熱、防潮不夠。

2000年后，35kV、10kV的開關設備開始分別在工廠安裝在預制箱體內，實現了變電站模塊化的第二階段即35kV變電站的兩側箱式階段，實現了局部模塊化，箱體內仍選用常規開關柜，體積大、運輸和吊裝不便、操作走廊小、維護不便等問題仍然存在。

2006年開始提出全封閉、全絕緣的模塊化變電站思路。高壓開關選用封閉式組合電器，進出線用拔插式電纜接頭連接，中壓設備及二次設備都在預裝式箱體內，在工廠內完成設計、制造、安裝和內部電氣接線，出廠前整組調試合格后再通過現場整體調試即可完成變電站的建設，這樣形成了變電站模塊化的第二階段即66～110kV模塊化變電站階段。

2011年實現了35kV變電站除主變壓器放置戶外，其它所有設備箱式化，并且各模塊在設計中可以進行整合。各模塊分別在工廠內預制、調試完成，現場安裝時只需將一二次電纜簡單連接即可完成變電站建設，這樣實現變電站模塊化的第四階段即35kV箱式模塊化變電站。

模塊化變電站總體概述

模塊化變電站提出了一種變電站建設的新模式，它可將變電站劃分為高壓開關、主變壓器、中壓開關、綜合自動化、中壓配套設備五個主要功能模塊。

高壓開關功能模塊為進出線采用拔插式電纜接頭連接的氣體絕緣封閉式組合電器；主變壓器模塊的變壓器高壓進線采用拔插式電纜接頭結構，中壓出線采用多股電纜或全絕緣封閉母線橋架方式；中壓開關模塊內采用一體化預裝式開關室或戶外絕緣全封閉組合電器；綜合自動化模塊采用一體化預裝式控制室；中壓配套裝置模塊包括無功補償裝置、接地變壓器、消弧線圈等配套設備。中壓開關柜、綜合自動化、中壓配套設備等模塊中的主要設備均安裝在非金屬箱體。

以上各功能模塊在工廠中預制并調試完成，現場安裝時只需將高壓開關、主變壓器、中壓開關及中壓配套設備等模塊采用一次電纜進行連接，綜合自動化模塊與其它模塊采用二次電纜及通訊線路進行連接，最后進行整體調試即可完成變電站的建設。

模塊化變電站的技術特點

高壓開關模塊。110kV及以上電壓等的各種封閉式組合電器可以作為高壓進出線模塊的基礎，此類設備集成化程度高，可配置電壓互感器、電流互感器、避雷器等多種設備。如果進出線采用工廠預制的整體式電纜套管及可插拔式電纜插接頭將更能體現模塊化的特點，可更方便于安裝及運行中的維護。

變壓器模塊。主變壓器仍采用戶外常規布置，為了減少現場接線工作量，變壓器模塊需要對變壓器的進出線端子進行改進，一次側采用可拔插的電纜附件或油氣套管與進線模塊相連，二次側可以考慮電纜或架空兩種出線方式，但需采取絕緣封閉措施。

中壓開關模塊。35kV及10kV進出線模塊有兩種模式：拼裝式和戶外箱式。拼裝式最初是采用常規的手車式或固定式戶內開關柜，由于常規開關柜體積大而造成整體模塊的體積龐大，運輸、吊裝困難，箱體內的維護通道也比較狹窄，廠家和用戶都感到不便；近幾年來，進出線模塊開始采用以永磁機構真空開關為基礎的緊湊型開關柜或氣體絕緣封閉式開關柜，由于體積小、重量輕、維護少、吊裝和運輸方便等優點，提高了這種模式的可行性，已應用于35kV及110kV變電站。這種模式將以上類型的開關柜拼裝到一個預制的箱體內，箱體采用覆鋁鋅板等雙層金屬材料或金邦板等非金屬材料，中間填充隔熱材料，同時箱體內設計合理的通風系統，并且安裝空調設備，使箱體具有防潮、隔熱、防凝露等性能。另一種模式是戶外共箱式，將開關設備裝在充氣箱體內，電纜接頭作為進出線連接，并兼隔離斷口功能，外邊再加防護殼體。這種模式相當于使用35kV戶外型封閉式組合電器或10kV戶外環網柜。這些設備結構緊湊，體積小，維護少，布局簡捷，使變電站的建設和運行更加簡化，工廠化特點更加突出，其實現的技術關鍵點主要有兩個，一是開關設備的免維護，二是大電流參數的電纜接頭。由于35kV電壓等級較少有戶外型封閉式組合電器產品，模塊化變電站的中壓進出線模塊主要采用的仍是拼裝式。

變電站的技術經濟比較

綜合自動化模塊。綜合自動化模塊主要包括變電站綜合自動化系統、交直流電源設備、通信系統設備、圖像監控設備、故障錄波設備及微機五防設備等。其中35kV及10kV保護設備在一體化預裝式開關室中分散安裝，其余部分放置在一體化預裝式控制室內。

中壓配套裝置模塊。無功補償和消弧線圈可以敞開式布置加頂罩，也可采用戶內成套設備安裝在箱體內，小容量變電站也可與出線模塊合并為一個模；接地變壓器、站用變均采用干式電氣設備放置于箱體內。

其余輔助設備。輔助設備中包括變電站消防系統、防雷及接地系統、照明系統、采暖系統、排水系統等。

模塊化變電站與35kV常規變電站的技術經濟比較

主變壓器：變電站最終建設2臺三相雙繞組自冷式全密封有載調壓變壓器，容量為5000kVA，電壓等級為35/10.5kV。

35kV側：主變壓器進線2回，采用單母分段線接線，進出線4回，本期1回，配電裝置按31.5kA短路電流水平設計。

310kV側：主變壓器進線2回，采用單母分段線接線，出線8回，本期4回，配電裝置按25kA短路電流水平設計。

無功補償：配置1組600+600=1200kvar無功補償并聯電容器組。

從以上比較數據可知，模塊化變電站整體投資與常規戶內站相當，略高于全戶外建站方式。由于采用了小型化開關柜（充氣柜及永磁操動機構）設備費高于常規建站方式，但在土建筑工程費（地基、圍墻、場平、電纜溝道等）、安裝工程費（電氣一、二次設備安裝、接地等）及其它費用（征地、人工、管理費等）節省了大量費用，由此可見，采用模塊化變電站不僅可提高設備的整體運行性能，而且能大量的節省占地面積，簡化了建設步驟，減少了現場施工量，縮短了施工周期，為工程盡早送電，創造了必要條件。

模塊化變電站的應用及發展方向

模塊化變電站的采用改變了傳統變電站的建站模式，使變電站的建設具備了科技含量高、資源消耗低、環境污染小、過程精細化等特點。隨著我國電力系統的不斷發展，根據模塊化變電站的自身特點，它將會更多的應用在農網建設（由其是改造項目中）及城網終端站上；對相對負荷較少、地勢復雜，對設備絕緣要求較高的特殊環境及高原地區也有非常巨大的應用空間。另外，模塊化變電站的發展需要進一步提高其設備的技術含量，降低設備成本和運行成本，才能滿足競爭激烈及發展迅速的電力市場需求。