淺談集成式變電站的推廣與應用

陳勝利

（四川南充水利電力建筑勘察設計研究院，四川南充637000）

0 引言

我國智能變電站建設經過十年發展取得了舉世矚目的成就，實現了數字信息化、通信網絡化、高級應用互動化、信息標準化；實現了信息采集與傳輸、測量與計量、監測與監視、控制與保護等自動功能；實現了實時監測、自動運行控制、智能調節、在線分析決策、與站外系統協同互動等功能，其與先期的綜合自動化變電站相比具有明顯的優越性。

但隨著土地資源的日益稀缺、環保要求的不斷嚴苛、建設工期的不斷壓縮、科學技術的不斷進步、新材料新設備新工藝的不斷出新、全壽命周期設計理念的踐行，現有傳統智能化變電站在規劃、選址、征地、設計、施工、周期、安防、環保、運行維護等諸方面又顯現出許多缺陷與不足。為此，針對傳統智能變電站存在的問題，人們提出了集成式變電站的建設模式。本文就傳統智能化變電站建設存在的缺陷與不足作了剖析，對集成式變電站的主要優點進行了研究，并就其推廣應用前景進行了分析，希望能為集成式變電站的推廣作些許貢獻。

1 傳統智能化變電站存在的缺陷與不足

經過多年總結，傳統智能化變電站存在以下缺陷與不足：

（1）占地面積較大，浪費土地資源。

（2）因占地較大，規劃及站址選擇較為困難，在城市繁華地帶矛盾尤為突出。

（3）難以深入負荷中心，供配電半徑長，能耗大、電能質量差。

（4）安全與防護功能不足；設備及元器件工作環境較差；檢修維護工作量大；耐候性弱，適應面窄，不適用于污穢、地震頻發、高海拔等地區。

（5）集成度低，現場檢驗、試驗、安裝工作量大而繁雜，建設周期長。

（6）設計工作量大，設計銜接任務多。

（7）存在大量裸露導電體及裸露電氣設備，有意外觸電風險。

（8）噪聲、電磁輻射等環保問題較為突出。

（9）變電站外體與周邊環境難以融為一體，在城市核心區或美麗鄉村顯得尤為突兀。

（10）工程投資較大。

2 集成變電站推廣與應用的必要性

《全國土地利用總體規劃綱要（2006—2020）》是實行最嚴格土地管理的綱領性文件，集約節約用地、優化土地利用結構成為工程建設的必然要求。在此背景下，變電站土地征用難度日益加大，站址選擇及線路走廊落實日益困難，電網工程與城鄉其他基礎設施建設的沖突日漸突出，用地成本不斷攀升，建設工期持續延誤。這種用地面積大、用地征用困難、用地成本昂貴、建設工期長的傳統建設模式必然被新的集約節約用地理念所替代。

國家對環境保護要求越來越嚴苛，有可能造成環境污染的生產方式、設備、工藝、過程將被嚴厲查辦。傳統變電站安防功能不足、耐候性弱、適應面窄，傳統的有污染的建設方式必將被無污染、少排放、可循環利用、安防功能強、耐候性強的新方式所替代。

傳統變電站設計工作量大、廠家之間協調面廣而繁雜、設備集成度低、施工現場作業多、安裝誤操作概率大、施工現場病險診斷困難、后期維護工作量大，因此，其必然被設計工作量小、設備集成度高、施工現場作業少、安裝簡便、后期維護容易的模式所替代。

電力是國民經濟和社會發展的動力引擎，電力建設必須與國民經濟及社會發展相適應，“資源節約與環境友好”建設理念必然淘汰現有變電站的建設模式而向資源及時間耗費低（占地少、建設周期短）、技術水平高（設備集成化、運行可靠、維護簡便）、環境污染小（設備及其運行無污染、無毒害）、設計精細化且銜接工作量小（精細設計、工廠內集成）、現場建安簡便（工廠內集成、出廠前檢驗試驗）的標準集成化配送式智能變電站模式轉變。

集成變電站是將傳統站的一次設備（主變、配電裝置、無功補償裝置、站用電系統、絕緣母線）、二次及通信設備（監控、繼保、通信、遠動、計量、直流等系統）按集成化、系統化、網絡化、標準化、安全化、智能化、易維護的原則集成安裝在一個隔熱、防火、防盜、防潮、防小動物，五面通風、全封閉、可移動的鋼結構箱體內。集成站以信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能，同時具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能。全站分為過程層、間隔層、站控層。過程層包含由一次設備和智能組件構成的智能設備、合并單元和智能終端，完成電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護、計量、狀態監測等相關功能。間隔層包含繼保裝置、測控裝置等二次設備，實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，與各種遠方輸入/輸出、智能傳感器和控制器通信。站控層包含自動化、站域控制、通信、對時等子系統，實現面向全站的測量和控制的功能，完成數據采集和監視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。

集成變電站實現了“由建一座變電站的傳統模式向買一座集成變電站的跨越”，被譽為“21世紀變電站建設的目標模式”，完全有必要大量推廣應用。

3 集成變電站的主要優點

（1）占地較小，節約土地資源。

集成變電站占地面積較小，以110 kV變電站為例，傳統變電站若采用AIS設備全站占地約5～7畝，若采用GIS設備占地約4～6畝，但若采用集成式智能變電站全站占地僅需1畝左右。再以35 kV變電站為例，傳統變電站若采用AIS設備全站占地約2～4畝，但若使用集成變電站標準設計占地僅為228 m2。與傳統變電站相比，集成站可節省60%～80%占地面積，大大節約了土地成本和土地資源，完全符合國家集約節約用地原則。

（2）占地較小，規劃及站址選擇較為容易。

實行最嚴格土地管理制度以來，變電站土地征用難度加大，站址選擇及線路走廊落實越發困難，電網與城鄉其他基礎設施規劃的沖突日漸突出。占地較小的集成變電站在城鄉規劃中具有顯著的優點，特別是在人口集聚的城市中心集成變電站極具優勢。

（3）可深入負荷中心，供配電半徑短，能耗小。

由于傳統站占地大，選址困難，故往往難以布置在負荷中心。而集成站往往能深入負荷中心，減小供電半徑，從而減少能耗。

（4）設備及元器件工作環境優良；安全與防護功能強大；檢修維護工作量小；耐候性強，適應面寬。

集成變電站采用全封閉鋼架結構，外殼采用熱鍍鋅鋼板，框架采用標準H型鋼材料，具有良好的防腐性能，且抗震性能好。鋼架底部懸空，便于通風散熱，利于防汛抗洪。外殼涂航空涂料，能保溫隔熱，保證設備運行環境溫度（可在-55～+70℃的外部環境中正常運行）。

艙內布置能充分保證設備及人員巡檢的安全，站四周設鋼制防盜門及防盜遙視報警系統，除門以外的所有對外部分均以金屬網封堵，能防止飛鳥及小動物進入。保溫層采用防火棉填充，梁柱表面覆蓋LG防火隔熱涂料，各配電室內均設有相應的防火設置，并配有遙視感應探頭，可對煙霧和火災情況及時報警。

艙內所有電氣設備及元器件都受外層防護而永處封閉運行狀態，不會受灰塵、風沙、雨水、紫外線、霜雪、冰雹、凝露、酸雨、鹽霧等影響，可從根本上解決傳統站設備易損難題。集成站可實行狀態檢修，維護工作量小，運維成本大大降低。

正是因為集成站具有強大的安防功能、優良的運行環境，故其具有超強的耐候性能、超廣的適應地域，可無禁忌地應用于電網、水電、火電、風電、太陽能等各行業，適應高原、峽谷、海岸、地震帶、污染區、高寒區、炎熱區等各類地域條件。

（5）集成度高，現場檢驗、試驗、安裝工作量少而簡便，建設周期短。

集成變電站采用整體化的建設方案，集成度高，整體性強。各類方案都經過設計、施工及運行多次考驗。建設方案可按現成的套用，局部調整量極少。各功能模塊（進出線模塊、變壓器模塊、保護模塊）都在工廠內生產，生產與現場前期準備可同時進行，最后到現場安裝調試即可。而大量的檢驗、試驗、裝配工作在廠內完成，現場工作量少而簡便，現場僅需完成箱體定位、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其他需調試工作，全站從訂貨到投運只需90天時間，極大地縮短了建設工期。

（6）設計工作量大大減少，設計銜接簡易。

傳統站設計工作量大而繁雜，且需銜接主變、開關、自動化、監控、通信、電容補償、直流、電纜、光纜、消防、視頻監控等眾多廠商，需召開多次設計聯絡會解決有關技術問題。而集成站推行標準化設計、模塊化組合，可實現一、二次設備就地融合。設計選型或訂貨時，只需根據工程需求，提出一次接線圖和設備技術參數，就可以選擇廠商集成變電站的規格和型號。所有設備在制造基地預制，眾多廠商銜接協調在廠內完成，真正實現了變電站建設工廠化，極大地減少了設計及銜接工作量。

（7）不存在裸露導電體及裸露電氣設備，無意外觸電風險。

傳統站內存在大量裸露導電體及裸露電氣設備，存在一定的安全隱患。而集成站為全封閉、全絕緣結構，安全性高。

（8）幾乎無噪聲、電磁輻射等環保問題。

傳統站電氣設備往往露天布置，施工及運行不可避免地會帶來揚塵、噪聲、電磁輻射等環境污染。而集成站主要采用預制裝配結構，土建施工量非常少，施工過程可開展施工工藝創新，推行機械化施工，減少人工濕法作業，減輕環境污染。運行過程中的噪聲及電磁輻射都屏蔽在金屬層內，故集成站對環境幾乎沒有影響。

集成站外殼是金屬構件，使用壽命比磚混及水泥結構的長得多，且所有部件都可以回收再利用。而傳統站常用的水泥結構件只能成為永久性的建筑垃圾，影響生態環境，浪費礦產資源。集成站采用減量化、再利用理念，符合國家政策要求。

（9）集成變電站外體與周邊環境易融為一體。

集成變電站外殼色彩可任意選擇，外形美觀，易與環境協調。

（10）工程投資較小。

據不完全統計，集成站投資較傳統站節省5%～20%，再綜合建設周期、后期運維、材料再利用等因素，集成站全壽命周期建設成本比常規站大幅降低。

4 集成變電站推廣應用前景

2009年，國網提出了智能變電站發展“三大階段”的戰略：第一階段為規劃試點階段（2009—2011年）；第二階段為全面建設階段（2012—2015年）；第三階段為引領提升階段（2016—2020年），第三階段主要任務是要實現新建重要變電站智能化率100%，對原有重要變電站智能化改造率達到30%～50%，同時對原有5 000座左右變電站進行智能化改造。

目前國網變電站智能化建設正處于引領提升階段，根據《中國智能變電站行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告前瞻》分析，未來我國智能變電站將迎來爆發式增長。而集成式變電站符合國網對智能變電站提出的“四化”要求：集成一體化（一次設備狀態監測集成，二次設備功能集成，一、二次設備有機集成）、信息標準化、協同互動化、生成調試工業化，因此集成變電站在我國具有廣泛的推廣與應用前景。

5 結語

集成式變電站實現了標準化設計、工廠化加工、緊湊型布置、裝配式建設，顯著減少了占地面積，節約了土地資源；可深入負荷中心，配網能耗小；安防功能強大；設備及元器件工作環境優良；檢修維護工作量小；耐候性強，適應面寬；現場檢驗、試驗、安裝工作量少而簡便，建設周期短；設計工作量少，設計銜接簡易；不存在裸露導電體及裸露電氣設備，無意外觸電風險；全過程綠色環保；降低了全壽命周期成本。從技術經濟性出發全面分析，集成式變電站是一個技術可靠、經濟安全的方案；從國網規劃及市場分析，集成式變電站具有廣闊的推廣應用前景。

但集成式變電站畢竟是一個才試運行數年的新型產品，目前仍存在一些待改良、改善、改變的環節，應盡快優化以推動其有序發展，如：關于集成站有關設計、制造、安裝、運維的規程規范的制定工作滯后；二次屏柜與航空插頭和光電連接器的接口未能標準化；一、二次設備之間網絡光纜接口的標準化工作滯后。