220 kV標準裝配式變電站二次設備模塊化

王世釗，宗玉萍

(1. 上海電力設計院有限公司，上海 200025；2. 國網上海市電力公司市北供電公司，上海 200070)

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220 kV標準裝配式變電站二次設備模塊化

王世釗1，宗玉萍2

(1. 上海電力設計院有限公司，上海 200025；2. 國網上海市電力公司市北供電公司，上海 200070)

2014年上海投運的220 kV沈磚變電站為國網公司2014年標準裝配式智能變電站模塊化建設第一批試點工程，對二次設備室內二次屏柜按功能進行研究，并進行模塊化分割，將其分為多個不同模塊研究二次組合設備模塊的最優化配置。總結220 kV標準裝配式變電站二次設備模塊化實施的優缺點，并提出了今后需繼續研究的問題。

標準裝配式；模塊化；變電站

開展標準裝配式智能變電站設計研究是國家電網公司基建領域全面深化標準化建設的重要內容之一，是標準化設計工作向縱深拓展的重要舉措，是在全面推廣應用“三通一標”基礎上的電網工程設計新模式。開展標準裝配式變電站設計有利于節能環保，有利于提高工程安全質量和工藝水平、提高設備使用壽命、控制工程造價。通過標準裝配式設計，可以不斷提升電網建設質量和效率，實現國家電網公司又好又快建設世界一流電網的目標。

某變電站位于上海郊縣，為國內首座全戶內220 kV預制裝配式模塊化建設的變電站，相較于常規變電站有較大不同和改進，對于二次系統，盡可能考慮減少現場安裝及調試工作量，故對于二次系統需進行整合。

1 220 kV二次屏柜模塊化分割方案

考慮到該220 kV變電站本站為全戶內布置，故各電壓等級的保護、測控、計量設備以及主變保護及測控全部下放就地布置。根據220 kV及110 kV GIS匯控柜的實際情況，將過程層、間隔層設備與匯控柜進行合理整合。35 kV設備布置在開關柜二次倉內。

站控層及全站公用二次設備集中布置于二次設備室內。根據各自功能的不同，將二次設備室內安裝的監控系統、故障錄波、全站時間同步、智能輔助控制系統、一體化電源系統、調度通信系統等設備劃分為3大模塊，分別為監控一體化模塊、交直流一體化電源模塊、通信一體化模塊。各系統的設備選型以及組柜安裝進行集中優化，整體占地面積相較于其他工程大大減少；對于各系統屏柜對外接口回路(交直流電源輸入、信號輸入輸出)統一考慮，相較于分散屏柜回路也大大減少。此外，各系統屏柜進行整體生產調試、運輸及安裝，大幅減少了現場安裝調試工作量。

2 站控層及全站二次設備組屏方案

2.1 監控一體化模塊

監控一體化模塊包含監控系統子模塊、PMU及同步時鐘子模塊、故障錄波子模塊和輔控系統子模塊。該模塊僅占用5 400×600(寬×深)屏位大小，并采用整體設計。

監控系統子模塊將原先監控系統站控層設備(1面監控主機屏、1面服務器屏、3面網關機屏、1面公共測控屏、1面交換機屏)整合成1 800×600 mm的模塊，較常規監控系統站控層設備占地面積節省近60%；PMU及同步時鐘子模塊將原先PMU主機及采集屏(3面)和GPS屏(1面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規設備占地面積節省近60%；故障錄波子模塊將原先故障錄波屏(2面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規設備占地面積節省近25%；輔控系統子模塊將原先遙視屏(1面)、技防屏(1面)、輔控屏(1面)整合成1 200×600 mm的模塊，較常規設備占地面積節省近50%。相較常規布置共計節省60%占地面積。

此外，間隔層設備全部采用就地化布置，與保護共同裝于智能控制柜內，本期共可節省測控屏13面。

2.2 交直流一體化電源模塊

交直流一體化電源模塊按照交流直流分為兩個子模塊，該模塊僅占用8 000 mm×600 mm(寬×深)+800×600 mm(寬×深，事故逆變)屏位，并采用工業化設計理念設計。

交流系統子模塊將原先一體化電源中的交流進線柜(2面)、交流分段柜(1面)、交流饋線柜(4面)及UPS電源柜(2面)按母線段整合成兩面2 000×600 mm的屏柜，較常規交流系統占地面積節省30%。直流系統子模塊將原先直流充電柜(2面)、直流進線柜(1面)、直流饋線柜(4面)、48V通信電源柜(2面)同樣按母線段整合成兩面2 000×600 mm的屏柜，較常規直流系統占地面積節省近40%。此外，配電裝置室內直流分屏亦進行整合，均在常規屏柜基礎上通過優化節省近30%體積。

2.3 間隔層——以間隔為單位的模塊化二次組合設備

該220 kV變電站將所有間隔層二次設備全部下放，采用了“以間隔為單位的模塊化二次組合設備”的概念。其中35 kV保護測控裝置、主變低壓測控裝置及操作箱及母線測控裝置按間隔安裝在35 kV開關柜中，110 kV線路保護測控裝置按間隔安裝在110 kV線路GIS匯控柜中，110 kV主變中壓測控裝置及操作箱按間隔安裝在110 kV主變GIS匯控柜中，110 kV母線測控裝置按母線段安裝在110 kV母線設備間隔GIS匯控柜中，220 kV線路、母聯、分段、主變間隔保護裝置(包括母差保護等)、測控裝置、電度表、交換機等按間隔均安裝在220 kVGIS匯控柜中(見表1)。

本期該變電站220 kV GIS匯控柜采用模塊化整體設計，整合后的柜體采用整體柜的形式，在其內部打通，大幅度減少柜內及柜間接線。以220 kV線路匯控柜為例，中間一面柜下方布置GIS控制模擬接線圖，上方布置測控裝置、電度表、帶電顯示器控制器等設備；兩邊兩面柜與常規線路保護屏類似，均布置一臺操作箱一臺保護裝置。每面柜后面上部布置柜內小空開，利于運行人員巡視；下部布置一只呼吸器供散熱使用。

此外，該變電站110 kV側采用保護測控一體化裝置，均下放至就地，線路、分段保護均布置于GIS匯控柜內，線路間隔還預留遠景自愈裝置安裝位置，整合為1面600 mm×800 mm(寬×深)屏柜；35 kV側保護測控裝置均安裝于35 kV開關柜二次室內。

3 二次設備模塊化特點

3.1 節省二次設備占地面積

二次設備的二次整合，極大地縮小了二次繼保室的面積，二次設備屏柜數量見表2。在表2中，由于本站屏柜均為模塊化設計，試點方案屏柜數量為本期方案折算成普通屏柜大小的數值。

3.2 增強二次設備抗干擾能力

電磁干擾的產生原因多種多樣，必須采取一些技術措施將干擾降低到最低程度，從而保證裝置的安全運行。

傳統站從一次設備就地放至保護屏一般為長電纜，受干擾風險較大，易造成保護誤動。本期沈磚站二次設備均實現就地布置，站內保護無使用長電纜，除主變保護外其余保護電纜均在一個房間內。此外，由于站內很多模塊柜內打通，柜間電纜形式改為柜內接線，減少了電纜數量，從一方面提高了抗干擾能力。

本站除從減少二次電纜長度及數量方面著手提高抗干擾能力外，本站大部分二次電纜采用預制式電纜，電纜兩端采用航空插頭，航空插頭適應現場復雜惡劣的環境，抗干擾能力強，屏蔽性能良好；現場好操作，施工方便，節省空間。

表1 以間隔為單位的模塊化二次組合設備使用情況

3.3 信息一體化及高級應用

根據國網最新發布的《智能變電站一體化監控系統建設技術規范》(Q/GDW679-2011)要求，按信息安全的重要程度分區對站控層設備進行整合，建設智能變電站一體化監控系統。按照全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化的基本要求，通過系統集成優化，實現全信息的統一接入、統一存儲和統一展示，實現運行監視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運行管理和輔助應用等功能。

除此之外，該變電站本期含有很多高級應用，主要包含：智能告警及分析決策、智能故障信息綜合分析決策、設備狀態可視化、遠方修改和核查定值、繼電保護設備遠方操作、一體化保護及故障信息子站與一體化平臺集成、站端 DL/T860(IEC 61850) 與調度端 IEC 61970信息協調實現源端維護等方面。通過高級應用，能使后臺更便捷的了解本站的運行狀態，減少了運行人員的工作量。

4 需進一步深入研究的問題

4.1 間隔層設備下放后柜內空間布置問題

間隔層設備下放至一次設備匯控柜，容易造成匯控柜內空間緊張。以220 kV線路匯控柜為例，中間一面柜下方布置GIS控制模擬接線圖，上方布置測控裝置、電度表、帶電顯示器控制器等設備；兩邊兩面柜與常規線路保護屏類似，均布置一臺操作箱一臺保護裝置。每面柜后面上部布置柜內小空開，利于運行人員巡視；下部布置一只呼吸器供散熱使用。由于原保護屏寬為800 mm，現保護屏壓縮至600 mm，故柜內接線較密集，尤其中柜，由于設備過多，柜內還布置很多GIS本體繼電器、本體航空插頭，故柜內布置充分利用柜內空間，以橫向導軌形式和柜內側壁布置等空間方式來減少體積。

表2 二次設備屏柜數量對比

本期柜內端子排緊湊設計，并且在不影響現場接線的情況下，盡量減少柜內端子排，并且一側端子排布置疊成兩列；將GIS本體至匯控柜的航空插頭固定在柜內底部，兩側布置；外接線的航插布置于柜內橫向導軌上，便于接線。

雖本站實現了設備完全就地化，但是在實際工程中發現由于柜內空間有限造成有些柜內繼電器無法牢固固定、小空開操作困難、觀測柜內元件數據較困難等情況，故需在以后工程中仔細考慮，盡量避免此類問題的發生。

4.2 保護及測控就地布置后屏柜散熱問題

由于本期保護及間隔層測控設備均就地布置，一次GIS設備室內未配置空調等設備，溫度較二次設備室高，一次設備室運行環境較二次設備室較惡劣，故二次設備布置于就地需充分考慮屏柜散熱濕度等因素。以220 kV設備為例，每面就地屏柜底部配置一只呼吸器，柜頂配置風扇，柜內配置溫濕度控制器控制風扇，當柜內50℃時啟動風扇進行通風降溫。通過夏季某日現場實測數據，此配置能滿足二次保護設備在允許的環境溫度下正常運行的相應要求。

但隨著保護設備的越來越密集安放，柜體散熱需在今后的工程中結合實際情況得到重視，柜體散熱方案也需結合柜內設備布置、柜內設備散熱量、設備運行環境等進行相應研究，選擇合適的散熱方式才能確保變電站安全運行。

5 結語

“以間隔為單位的模塊化二次組合設備”這一概念的提出，將所有保護設備均下放至一次設備就地，全站完全取消間隔層保護測控屏、主變保護屏以及交換機屏，徹底實現了一二次設備整合。最大程度上節約了二次電纜投資和建筑施工費用，為一二次設備的進一步整合開創了條件；另外還加強了一次與二次設備間的聯系、間隔清晰明確、實現一二次設備的集成化、模塊化，并能夠大幅減少現場施工和調試的工作量、縮短了變電站的建設周期。

間隔層設備全部下放至就地并且一一對應，公共部分及站控層設備集中整合于繼保室中，繼保室就像一個大腦，控制著整站的二次系統運行。此種二次屏柜模塊化分割方案不僅節省了電纜，也方便了今后的運維人員對于設備的巡視。

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[5]張焰民.變電站預制式二次設備艙專題研究[J]. 廣東科技,2014(14):78-81.

(本文編輯：趙艷粉)

Secondary Equipment Modularization for 220 kV Standardly Assembled Substation

WANG Shi-zhao1， ZONG Yu-ping2

(1. Shanghai Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200025, China;2. State Grid Shibei Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 200070, China)

The 220 kV Shen-zhuan Substation put into operation in Shanghai in 2014 is the SGC first batch of pilot project for modularization construction of standardly assembled intelligent substations. This project researched the interior secondary screen cabinets of secondary equipment according to the functions and made the modular division to study the optimization configuration of the secondary equipment module. The advantages and disadvantages of modularization implementation are summarized and the research direction to be continued in the future is suggested.

standard assembly; modularization; substation

10.11973/dlyny201506012

王世釗(1987)，男，工程師，從事變電站設計工作。

TM63

A

2095-1256(2015)06-0797-04

2015-08-24