上海碧海220kV變電站工程二次設備布置方式的研究比較

胡亞杰

摘要：上海碧海220kV變電站設計在總結國家電網公司標準配送式智能化變電站設計經驗的基礎上，突出工業化設施定位，注重建筑物與當地環境的協調。按照“調控一體、運維一體”要求，推行標準化設計、模塊化拼接、工廠化加工、裝配式建設，形成“安全可靠、節約環保、功能集成、配置優化、工藝一流”的設計方案，全面提高電網建設能力，提高智能變電站建設效率。本文深入分析戶內GIS方案條件和特點，對二次設備就地布置和集中布置進行詳細的論證，推薦適用于本工程的布置方式。

關鍵詞：二次設備;布置方式;就地柜式;集中

對于220kV變電站二次設備布置，主要有集中布置和就地布置兩種方式，目前主要采取集中布置方式，在條件具備的前提下，可采用就地布置方式。但站控層設備、交直流電源設備、通信及遠動設備等仍需組柜布置在一個集中的二次設備室，就地布置和集中布置的最主要區別在于間隔層保護、測控、計量設備的布置位置。

1.就地柜式布置方式

就地柜式布置方式按間隔配置的保護裝置、測控裝置與電度表全部就地布置于就地GIS智能匯控柜，同時還需要另外建設1個二次設備室來安裝其它二次公用設備，如站控層設備、交直流電源設備、通信及遠動設備等。根據遠期規模，需要一個二次設備室用于布置站控層設備、主變保護、主變測控、母線保護、公用測控、故障錄波及網絡報文裝置、遠動設備、通信設備及交直流一體化系統等共88面屏。

本方式具有以下技術特點：

1.1單間隔內二次設備與一次設備相對應，布置清晰，便于單間隔設備的運行維護和檢修，但天氣惡劣時不方便進行維護和檢修。

1.2采樣值和開關量由智能組件直接接入保護測控裝置，全直采直跳，過程層只需中心交換機，各間隔保護測控裝置通過光纜連接至中心交換機，甚至可以將保護裝置與智能終端進行整合，一體化設計，減少相應二次回路。

1.3減少二次設備間面積，從而減少主控樓建筑面積，變電站擴建間隔方便，不用考慮擴張二次設備間。

1.4但各間隔至間隔層交換機有一定的距離，需要采用光口交換機，增加交換機設備投資。

1.5最關鍵問題在于戶外智能控制柜的選型，根據國家電網公司企業《智能變電站智能控制柜技術規范》中要求：柜體采用雙層柜體，兩層板材之間距離為25mm，板材厚度不小于1.5mm;應安裝防雨帽;采用自然通風方式;外殼防護等級為IP55及以上。

智能控制柜布置于就地，同間隔內多個裝置布置在同一柜中，空間過于緊湊，且柜子密封較好，即使采取以上措施，溫度控制往往仍不能滿足運行要求。查閱上海地區氣象資料，上海碧海變電站位于上海市奉賢區，奉賢區屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和濕潤，四季分明，日照充分，雨量充沛;春季溫暖濕潤，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季嚴寒短，雨雪少。夏季多高溫伏旱、初夏晚秋多陰雨的特征，夏季累年極端最高地面溫度達到69.2℃。

而根據類似氣候帶已投運的試點變電站實測溫度數據，夏季晴天時，控制柜內溫度最高時可達70℃以上，而現階段多數保護裝置的正常工作溫度一般處于0℃～40℃之間，即使部分廠家可提供定制的-25～55℃的型號，仍不能達到本地區匯控柜的溫度范圍要求。而保護裝置長期運行在超溫環境下，極易發生故障，運行壽命也受到較大影響。智能控制柜的環境直接關系到保護裝置的正常運行，需要對其運行狀態進行監視甚至控制，還需考慮其檢修維護，以保障保護裝置正常運行。

就地柜式布置方式在220kV戶內GIS變電站應用很少，缺少運行維護的經驗，通過幾個保護就地下放布置的變電站運行人員反饋，運行維護也極其不便，可靠性也有待驗證。

2.集中布置方式

集中布置方式在一般的變電站經常使用，將所有二次設備在二次設備室集中組屏，設二次設備室一個，布置二次屏位88塊。

本方式具有以下技術特點：

2.1運行的變電站非常多，運行經驗豐富。

2.2二次設備室一般有空調，二次設備裝置壞境好，運行人員工作環境好、安全可靠、便于巡視維護。

2.3各間隔內二次設備與間隔層交換機距離近，可以采用電口交換機，以雙絞線連接，節省光纜及光口，節省設備投資。

2.4二次設備室一般處于變電站各電壓等級中間，到各電壓等級間隔距離都不遠，節省光纜的數量。

2.5因預留二次設備房間面積用于遠期擴建間隔，一期一次性投資大，而且遠期規模如果有變化，需要增加出線規模，往往有可能造成二次設備間屏柜不夠，而需要另外再建設一個二次設備間。

3.布置方式的技術經濟分析

3.1經濟性比較分析

通常來說，二次設備就地布置相對于二次設備室集中布置方案的一大優勢是電纜、光纜使用量較低。

而本工程對光纜數量進行了優化，220kV每個間隔只需要2根光纜，110kV每個間隔只需要1根光纜，對于集中布置來說，本期一共只需光纜總長度6公里（含一定預留量）。而就地布置方案，220kV每個間隔也需要2根光纜連接至二次設備室間控層交換機，110kV每個間隔也需要1根光纜連接至二次設備室間控層交換機。所以根據本工程光纜優化結果，就地方案并沒有起到節省光纜的效果。

通過給技經專業提資，深入比較二次設備室建筑費用、交換機費用、二次屏柜費用等，得出就地柜式布置布置方案投資比集中布置方式節省大約57萬元。

3.2適用性比較

3.2.1就地柜式布置方式能有效減少占地;

3.2.2集中組屏布置方式可靠性最高;

3.2.3就地柜式布置方式受環境溫度影響大，即使在戶外智能控制柜上加裝空調，相比集中組屏方式，增加了功耗，且就地柜空調長期運行，易出現故障，運行可靠性仍有待驗證。

3.2.4集中組屏方式安裝，維護、巡視環境最為便利。

綜合上述分析結果，考慮可實施性的要求，本工程推薦采用成熟可靠的二次設備室集中布置方式。通過對智能變電站二次系統硬件及功能整合進行可行性分析及論證，通過對相應二次系統的設計集成及優化，加強了專業間融合，提高了裝置集成度，使得智能變電站二次設備數量降低，有利于創新布置、組屏方式，減少變電站建筑面積和占地面積。