二次設備模塊化設計

劉 濤，劉明月

（沈陽電力勘測設計院，遼寧 沈陽 110003）

二次設備模塊化設計

劉 濤，劉明月

（沈陽電力勘測設計院，遼寧 沈陽 110003）

結(jié)合220 kV變電站以及國家電網(wǎng)公司近2年來開展建設的模塊化變電站相關要求，介紹模塊化的概念及總體思路。采用模塊化二次組合設備最大程度地實現(xiàn)變電站建設的模塊化、標準化及工廠化，從而減少資源消耗和土地占用；提高工作效率；降低建設和運營成本。

模塊化；預制式；預制艙

隨著國民經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，能源需求越來越大，人力資源緊張、建設工期緊、電網(wǎng)工程質(zhì)量及工藝要求越來越高等矛盾日益突出，變電站現(xiàn)有的建設模式已無法適應新要求。加快變電站建設進度，提高工程質(zhì)量，變電站建設采用模塊化、標準化、工廠化模式成為必然。本文結(jié)合220 kV變電站以及國家電網(wǎng)公司近2年來開展建設的模塊化變電站相關要求，對變電站內(nèi)二次設備的模塊化方案進行研究［1］。

1 模塊化簡介

1.1 模塊化概念

模塊化一般指使用模塊的概念對產(chǎn)品或系統(tǒng)進行規(guī)劃和組織。模塊是模塊化產(chǎn)品的基本組成元素，是一種實體概念，把模塊定義為一組同時具有相同功能和相同結(jié)合要求，具有不同性能或用途，甚至不同結(jié)構特征，但能互換的單元［2－3］。

1.2 智能變電站二次設備模塊化總體應用

智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、保護、測控裝置與智能組件均采用滿足國網(wǎng)要求的程序以及模型文件，按照功能分區(qū)的不同形成二次設備模塊化。隨著技術的不斷進步及智能變電站的推廣應用，二次設備模塊化的優(yōu)勢將更為明顯。

目前各廠家的自動化系統(tǒng)、保護及智能組件設備均實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。根據(jù)二次設備模塊化設計方案，結(jié)合建設規(guī)模、總平面布置、配電裝置型式大致分為預制式模塊化二次組合設備、預制艙式二次組合設備及預制式智能控制柜。

2 預制式模塊化二次組合設備

當變電站內(nèi)主廠房采用裝配式建筑物時，變電站二次設備布置方式采用模塊化二次組合設備，包括站控層設備模塊、公用設備模塊、通信設備模塊、一體化電源系統(tǒng)模塊、間隔設備模塊、主變間隔設備模塊等。

3 預制艙式二次組合設備

預制艙式二次組合設備由預制艙體、二次設備屏柜（或機架）、艙體輔助設施等組成，在工廠內(nèi)完成制作、組裝、配線、調(diào)試等工作，以箱房形式整體運輸至工程現(xiàn)場，就位安裝于基礎上。

3.1 典型模塊

預制艙式二次組合設備宜按設備對象模塊化設置，以方便運行、維護，變電站可根據(jù)需要設置公用設備預制艙、間隔設備預制艙、電源預制艙等模塊，可根據(jù)變電站具體建設規(guī)模、布置方式等進行選擇調(diào)整組合。

a.公用設備預制艙。配置站控層設備、公用測控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設備、二次系統(tǒng)安全防護設備、通信設備、交直流一體化電源、時鐘同步系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)等設備。

b.間隔層設備預制艙。配置變電站220 kV／110 kV電壓等級間隔層設備，包括220 kV／110 kV線路（母聯(lián)、分段）保護測控裝置、220 kV／110 kV母線保護、220 kV／110 kV故障錄波裝置、220 kV／110 kV線路電能表、220 kV／110 kV公用測控裝置及直流分屏等二次設備。

c.主變間隔設備預制艙。配置主變壓器間隔層設備，包括主變保護裝置、主變測控裝置、主變故障錄波裝置、主變電能表及直流分屏等。

d.電源預制艙。交直流電源預制艙配置交流配電屏，直流充電柜、直流饋線屏、蓄電池組等設備。

3.2 布置方案

3.2.1 公用設備預制艙（Ⅲ型）

艙內(nèi)二次設備劃分為4個模塊化二次組合設備：

a.站控層設備模塊包括監(jiān)控主機及操作員站柜、綜合應用服務器柜、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機柜、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)柜［4］；

b.公用設備模塊包括公用測控柜、時鐘同步柜、故障錄波及網(wǎng)絡報文分析系統(tǒng)柜；

c.通信設備模塊包括SDH光傳輸設備柜、綜合配線柜等；

d.電源系統(tǒng)模塊包括智能電池組件柜、直流饋出柜、交流進線柜、交流饋出柜、逆變電源柜、通信電源柜。

設備屏柜尺寸為2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）。屏柜采用前接線、前顯示裝置，雙列靠墻布置，屏正面開門，屏后面不開門，具體見圖1。

3.2.2 間隔設備預制艙（Ⅱ型）

艙內(nèi)二次設備劃分為4個模塊化二次組合設備：

a.主變間隔設備模塊包括主變保護柜、主變測控柜、關口計量柜；

b.220 kV／110 kV間隔設備模塊包括220 kV母線保護柜、110 kV母線保護柜；

c.公用設備模塊包括對時擴展時鐘柜；

d.電源系統(tǒng)模塊包括直流饋出柜、智能電池組件柜。

設備屏柜尺寸為2 260 mm×600 mm×600 mm（高×寬×深）。屏柜采用前接線、前顯示裝置，雙列靠墻布置，屏正面開門，屏后面不開門，具體見圖2。

3.3 預制艙艙體技術條件

3.3.1 預制艙結(jié)構及尺寸設計

艙體宜采用輕型門式鋼架結(jié)構，主鋼架采用等截面實腹鋼架，柱間支撐間距應根據(jù)箱房縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。當不允許設置交叉柱間支撐時，可設置其它形式的支撐；當不允許設置任何支撐時，可設置縱向鋼架。在鋼架轉(zhuǎn)折處（邊柱柱頂和屋脊）應沿艙體全長設置鋼性系桿。

艙體宜采用雙坡屋頂結(jié)構，屋面坡度不小于5%，北方地區(qū)可適當增大屋面坡度，預防積水和積雪。

當運輸條件受限時，預制艙尺寸也可根據(jù)實際工程情況適當調(diào)整，具體尺寸見表1。

圖1 公用二次設備預制艙（Ⅲ型）布置圖

圖2 間隔二次設備預制艙（Ⅱ型）布置圖

表1 艙體尺寸mm

3.3.2 預制艙與外部線纜接口方式

預制艙內(nèi)推薦采用集中配線方案，將外部線纜統(tǒng)一引入到預制艙內(nèi)一處，從該處至艙內(nèi)其他設備的接線預先已經(jīng)完成，該接線端作為預制艙與艙外連接的唯一接口，具體見圖3。

4 預制式智能控制柜

預制式智能控制柜經(jīng)優(yōu)化整合后柜體尺寸為800 mm×600 mm×2 000 mm（寬×深×高）。

將傳統(tǒng)模擬屏取消，以觸摸液晶屏替代。對開關本體采用預制光／電纜來取代端子排方式，實現(xiàn)標準化接線。柜內(nèi)二次設備均采用標準機箱。

采用雙層不銹鋼結(jié)構，內(nèi)層密閉，夾層通風。柜內(nèi)具有散熱和加熱除濕裝置，在溫濕度傳感器達到預設條件時啟動。智能控制柜內(nèi)部環(huán)境能夠滿足二次元件的長年正常工作溫度、電磁干擾、防水防塵條件，不影響其運行壽命，具體見圖4。

圖4 預制式智能控制柜外形布置圖

5 二次設備模塊間標準化接口

每個模塊的屏柜整體配置均采用一體化底座，模塊內(nèi)裝置一次上齊，內(nèi)部接線由設備廠內(nèi)完成，方便運行維護管理。

本次方案采用的模塊化與傳統(tǒng)意義上的屏柜安裝不同，每個模塊在出廠時一次建成，按遠期規(guī)模預留安裝位置，模塊內(nèi)配線廠內(nèi)完成，以主變間隔模塊為例，見表2。

表2 主變間隔模塊配置

主變間隔模塊按遠期9面柜一次建成，需要從以下方面對模塊化設備進行標準化接口：

a.裝置尺寸要求統(tǒng)一。經(jīng)過分析，本、遠期只有主變模塊設備數(shù)量不同，目前二次設備廠家裝置尺寸基本相似，即保證測控裝置的安裝統(tǒng)一；

b.裝置對外接口要求統(tǒng)一。在智能變電站中保護、測控等裝置接口均采用光口，但光口類型有LC圓口，ST方口，為考慮遠期預留設備安裝方便，接線簡單，采用統(tǒng)一LC接口。

采用模塊化標準接口，考慮遠期、一次建成方案，可以有效提高現(xiàn)場工作效率，有利于生產(chǎn)設備的標準化、模塊化。

6 屏前接線標準化

為實現(xiàn)不同廠家設備在柜內(nèi)能通用化、模塊化的安裝，各廠家“前接線、前顯示”式二次裝置安裝固定及裝置前面板（液晶面板）位置統(tǒng)一。二次設備裝置安裝（固定）處與裝置前面板距離為130 mm，安裝（固定）處至裝置后部應不大于350 mm，裝置前面板必須為一平面，裝置前面板寬度統(tǒng)一為447 mm，裝置前面板與柜門距離為85 mm。

7 結(jié)束語

綜上所述，一、二次設備智能化的集成整合［5］，設備廠家設計、生產(chǎn)、整體調(diào)試、整合效果將大大提高，對內(nèi)具備完善控制、保護、診斷等功能，對外具有數(shù)字化、標準化信息接口，并發(fā)揮不同功能作用。這些智能體能夠在智能化電網(wǎng)控制決策系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，既相對獨立又友好合作，共同完成智能電網(wǎng)的運行目標。

［1］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能變電站整體設計方案［J］.電力建設，2012，33（11）：1－5.

［2］柳國梁，張新育，胡兆明.變電站模塊化建設研究綜述［J］.電網(wǎng)技術，2008，32（12）：36－38.

［3］張幼明，高忠繼，黃 旭.智能變電站技術應用研究［J］.東北電力技術，2012，33（5）：12－14.

［4］黃少雄，黃太貴，程 羽.智能變電站信息一體化平臺建設方案研究［J］.東北電力技術，2012，33（2）：32－34.

［5］王 冰，徐明宇，穆興華.智能變電站二次裝置整合測試方法研究［J］.東北電力技術，2015，36（1）：11－13.

Secondary Equipment Modular Design

LIU Tao，LIU Ming?yue
（Shenyang Electric Power Survey＆Design Institute，Shenyang，Liaoning110003，China）

Combining relevant requirements in state grid corporation of China based on 220 kV substation，the concept of module and the general idea are introduced.Modular two combined equipment to maximize the realization of the substation construction standard is adopted，factory construction achieves the reduction of resources consumption and land use，it can improve work efficiency，reduce the cost of construction and operation.

Modularization；Prefabricated；Prefabricated cabin

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）05－0035－04

劉 濤（1982—），男，工程師，從事220 kV及以下變電站電氣一、二次設計工作。

2015－01－22）