綠色環保變電站的設計

王政

[摘 ? ?要]全社會都在倡導綠色環保的背景下，變電站在設計、建造和運維的過程中也應該按照這一思路來盡可能降低其資源消耗水平和管理成本。在具體實施環節應該從土建基礎結構設計、變配電設備選型、施工設計以及后期運維等方面來提高綠色環保水平。本文主要從以上幾個方面來分析現代化的變電站應該如何提高其綠色環保的設計水平。

[關鍵詞]變電站;綠色環保;設計思路

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]Under the background of advocating green environmental protection in the whole society， the design， construction and operation and maintenance of substation should also follow this idea to reduce its resource consumption level and management cost as much as possible. In the specific implementation， we should improve the level of green environmental protection from the aspects of civil infrastructure design， power transformation and distribution equipment selection， construction design and later operation and maintenance. This paper mainly analyzes how to improve the green design level of modern substation from the above aspects.

[Keywords]substation; green environmental protection; design idea

1 變電站綠色設計概述

發電廠在完成發電之后需要通過變電站進行電壓和電流的變換并在此基礎上實現電力能源的輸送，變電站最主要的應用場景之一就是通過升壓來實現電力能源的長距離、跨區域輸送。變電站在設計和建造的過程中需要根據不同的功能劃分出不同的分區且幾乎每個部分都在運行一些具有特定功能的電氣設備[1]。例如高低壓配電室、變壓器室、電容器室、控制室等。

變電站的設計中包含了土建基礎結構、電氣設備選型、新材料的應用、節能控制以及經濟環保等各個方面的內容，在當前的發展背景之下需要變電站利用節能環保的綠色發展理念來完成建筑基礎結構和各種電氣系統的設計。通過采取新型設備、新的工藝以及新型的節能環保材料來提升變電所的運行穩定性，并在此基礎上實現低能耗、低污染以及低運營成本的管理目標，以上就是變電站綠色設計的核心涵義。

2 變電站綠色環保設計

2.1 土建設計

（1）選址。變電站在運行過程中需要具備非常良好的穩定性以及盡可能降低其發生故障的概率，一旦其出現故障就會對下游的電力輸送、企事業單位用電以及居民用電產生嚴重的影響，這些需要變電站在設計選址時應該盡可能規避那些存在潛在地質災害或者環境危害的地塊。通過嚴格的地質調查對地下水情況、軟土地層情況、地下設施以及變電站的功能實現進行綜合考慮，可以有效地降低其在建造和后期運行過程中的成本以及提升變電站的整體穩定性。例如，通過詳細的地質勘察規避開地下污水管道、電纜、光纜以及軟土地層等可以降低變電站的建造成本[2]。另外，施工區域周邊的交通條件對材料運輸和節能施工等具有非常顯著的影響，在選址的過程中也需要考慮這一因素。

（2）節約土地。在這一方面需要變電站的設計人員通過科學的設計來減少占地面積、減少對施工區生態環境的影響以及減少對耕地的占用，盡可能利用廢棄的土地或者廠房用地來提高土地資源的利用效率也是一種相對優秀的方法。另外，在這一過程中還需要充分考慮作業區域的平整程度、地質情況、排水施工的便捷性以及土方開挖的工程量等因素。如果相關的作業區域需要進行大量的基坑施工、邊坡支護以及軟土地基處理，就會極大地增加建造成本以及對相關區域土地資源和生態資源的影響。

（3）建筑節能設計。變電站在運行過程中還需要為管理人員提供必需的室內照明、通風以及保暖等基本的保障條件，同時變電站的各種電氣設備在運行過程中也需要具備一定的溫度和干燥度，這些因素綜合在一起要求變電站在設計環節必須兼顧節能環保與實現各種建筑功能之間的平衡。

①在采光設計中應該通過合理地朝向來盡可能利用太陽光并在此基礎上減少電能的消耗。②變電室的門窗設計對室內保溫、防塵、防雨以及密閉性等具有非常重要的作用，減少窗戶的面積以及增加其閉合部位的密閉性可以減少室內熱量的流失，變電所內一般會采用具有良好密閉性和耐火性能的門，這一點只需要按照相關的規范來進行防火等級的控制即可[3]。③墻體設計。墻體的保溫性能、抗裂性能以及防滲漏性能對變電所的后期運行和管理具有重要的作用，墻體材料使用不佳可能會造成變電所在后期的運行中產生各種或大或小的質量通病并增加運維的成本。使用新型的墻體施工材料可以有效地克服傳統材料的各種缺陷并提高以上各個方面的性能。例如，可以使用新型的砌體材料代替傳統的磚材。④室內裝修。變電所的室內裝修設計通常應該采用極簡的風格，重點從防火、防靜電以及防滲漏等層面做好室內裝修工作且避免使用可污染室內外環境的材料。

（4）暖通及水工設計。①暖通設計。變電站內部的變壓器、配電柜以及其他設備在運行過程中需要做好散熱以及防凍工作，而且變電所的值班管理人員也需要暖通空調設備。在設計過程中應該通過系統的設計方案來提升關鍵部位的暖通效果并盡可能減少不必要的能耗。②節水設計。在給水和排水系統的設計中需要按照節約用水量以及提高廢水回收利用率的思路來開展工作。例如，在給水系統的設計中可以采用具有水量自動調節功能和變頻功能的水泵來實現節水目標，也就是說給水系統需要根據實際的用水情況來自動調節供水量以及能源消耗量。在變電站排水系統的設計中需要將其與污水回收系統進行有效地連接。

2.2 電氣系統設計

（1）站區設計。在完成選址工作之后還需要根據變電站的施工要求合理地規劃出場地布局、交通線路以及出線條件等，在充分考慮變電站運行穩定性的基礎上對其遠期的擴建需求以及運維需求進行評估。當相關作業區域面積比較狹小時可采用全室內的布置形式來提高空間利用率。若采用敞開式的配電裝置布置形式則應該采用管型的高壓電母線配置形式。垂直斷口類的各類開關以及懸臂式阻波器具有占地面積小、空間利用率高的優勢，因而在站區設計中應該盡可能采用這種電氣裝置來實現節約土地資源的目標。總之，站區設計是根據變電站的功能需求來合理的選擇配電裝置并實現節約土地以及提高空間利用率的目的[4]。

（2）設備選型。變電站中的各種電氣設備在其后期的運行中對可靠性、故障率、能耗水平以及使用壽命等都具有非常重要的影響。選用低能耗且高可靠性的先進設備型號對其綠色環保設計效果具有非常顯著的作用。①在變電站的室內照明系統設計中，應該采用光伏電池、節能燈具來實現電力能源的開源節流，利用太陽能系統為變電站提供部分電力能源供應可以有效地減少傳統電力的消耗，進而實現減少碳排放的目標。②在變壓器的選擇方面，應該通過低阻抗的設備型號來降低絕緣油進和鋼材消耗，這樣就可以間接地減少鋼材和絕緣油制造消耗的各種物資和人力。③變壓器設備的技術水平隨著社會的發展得到了持續性的改進和提高，早期的鐵芯變壓器在空載的情況下具有較高的能耗水平，而后期出現的非晶合金變壓器則具有較低的能耗[5]。

（3）智能設計。信息技術、光纖通信以及自動化技術可以極大地提高互感器、高壓開關以及變壓器等變電站設備的智能化水平，采用這些技術進行變電站的設計和建造可以極大地降低其運維的難度并提高設備自動調節能力。智能變電站的設計中要求使用智能變壓器和智能開關設備，這些設備的優勢在于其具有完善的故障實時監測和報警機制且可以依據配電系統的功率及電壓等進行自動調節。另外，智能變電站在管理過程中大量依靠先進的信息化平臺來實現各種日常操作、信息共享，對人力資源的消耗更少且管理成本也更低。圖1為變電站的演進和發展過程，當前新建的變電站應該采用最先進的智能變電技術來提高節能環保的水平。現代化的智能變電站在設計和建造過程中應用IEC61850協議和具有數字式特點的電子互感器和斷路器智能接口結束，在通信方面使用了具有網絡化功能的高速工業通信網絡技術，因而其整體的節能管理水平也大幅度提高。

2.3 綠色施工及運維設計

（1）標準化。在設計變電站的過程中還需要從施工便捷性的角度出發來控制各種設備的選型，盡量減少個性化、特殊性設備的使用，并且盡量使用一些具有標準化特點的設備或者材料。因為后者在施工器具、施工方法以及人員培訓方面的成本往往更小，進而可以更好地實現變電站的節能施工管理目標。

（2）采用綠色施工方法。變電站在施工過程中需要消耗大量的鋼筋、混凝土、電纜、電力能源、水資源以及其他各種類型的物資，與此同時還會產生一些設備包裝垃圾、施工材料包裝垃圾、廢水以及廢渣等可能污染環境的物質。因此，變電站在施工準備階段需要從節能環保的角度出發制定綠色環保的作業和管理方案。例如，在施工現場的管理中應該對作業過程中產生的各種垃圾進行分類處理和及時清理，通過精細化的管理措施來提高變電站施工質量，減少各種物資的浪費以及提高其使用壽命。

（3）綠色運維。在進行變電站的設計時還需要從運維的角度出發來設計室內的用電、用水以及設備操作管理規程。例如，在用電管理方面應該做到“人走燈滅”的管理要求，在變電站房間外的照明中可以采用聲控設備來減少電力資源的浪費。變電站的值班管理人員需要根據用電負荷、電壓以及其他類型的影響因素來合理地控制各種設備的運行狀態并盡可能減少能源消耗。采用信息化的運維管理平臺可以在很大程度上減少變電站的管理難度并提高工作效率。

3 案例分析

某變電站的變壓器設備中有一部分是在2000年前后生產的老舊型號，其中包括1993年生產的SFZ9_40000/110型變壓器，這種設備的技術相對比較落后且在長期的使用后產生了較大的耗損，該變電站的四臺該型變壓器的耗損值分別達到了2.675%、2.420%、1.643%以及1.125%。這種技術過時且已經老化的變壓器在運行過程中造成了較高的能耗水平，因此，該變電站從綠色環保的角度出發對各種老舊設備逐步進行更換，全面地提高節能環保水平。

4 結束語

建設變電站的過程中需要占據一定的土地資源、消耗大量的物質資源以及產生一定的環境污染。通過綠色環保的設計方案來減少能耗、降低物資消耗以及降低投產后的運維成本具有非常重要的節能環保意義，在具體實施過程中需要科學選址、合理選用變配電設備以及采取綠色施工技術等。

參考文獻

[1] 劉威.綠色變電站設計探討[J].工程技術：引文版，2016（7）：127.

[2] 張彬，張鳳雷，王智超，等.綠色節能在變電站設計中的應用[J].建筑工程技術與設計，2018（13）：4686.

[3] 陳宏.試述綠色環保變電站設計的思路[J].工業A，2016（6）：18.

[4] 劉川.綠色變電站和變電站設計模型[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（26）：3525.

[5] 潘玲.綠色節能在變電站設計中的應用[J].科技視界，2015，3（3）：290.