预制式二次组合设备模块方案应用

谢瑞，周兴扬，杨卫星，江香云，林斌，曹丰文

（1.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江杭州 310012；2.国网浙江省电力公司，浙江杭州 310008；3.苏州市职业大学，江苏苏州 215600）

预制式二次组合设备模块方案应用

谢瑞1，周兴扬2，杨卫星1，江香云1，林斌1，曹丰文3

（1.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江杭州 310012；2.国网浙江省电力公司，浙江杭州 310008；3.苏州市职业大学，江苏苏州 215600）

基于“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的理念，针对现在变电站建设的问题，提出了预制式二级组合设备的方案。根据二次设备功能和间隔将二次设备模块化，优化了舱内屏柜尺寸，规范了舱内接线以及利用预制光/电缆的即插即用特性，减少了现场工作量。研究结果表明：预制式二次组合设备模块化方案解决了传统建设模式存在的现场施工量大、施工周期长、二次接线工作量大的问题。

二次组合设备；模块化；智能变电站；预制式

随着经济的发展，社会对能源的需求越来越大，建设智能电网已成为全球共识，是当今国家能源发展的战略目标[1-2]。智能变电站作为电网建设的主要组成部分，建设总量巨大，传统变电站的建设模式已无法适应新的要求，制约了智能变电站建设效率、工程安全质量和工艺水平的提升。为了全面提升变电站的建设能力，国家电网公司提出了“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的理念，大力推广标准配送式变电站的建设。

变电站二次设备现场接线，调试工作量大，现场施工需等待土建、电气一次等专业施工完毕后方可进行[3]，制约了工程的建设周期；另外，由于二次设备建设由不同厂家提供物资技术支持，在建设上没有统一规范化标准，给检修维护造成了一定的困难。标准配送式变电站二次设备主要采用预制式二次组合设备模式，由厂家整体生产、安装、运输，最大化实现工厂化集成加工，方便现场安装、接线，便于检修维护，同时也减小了工程实际占地面积。预制式二次组合设备以建设模块化、标准化、工厂化变电站为目标，是未来智能变电站建设的必然要求。

1 智能变电站建设现状

目前变电站的建设中，二次系统均要在现场进行安装、接线、调试，存在以下问题[4]。

1.1 施工周期长

受施工工序的限制，二次设备必须等土建完成设计、场面平整、各种设备基础制作后，才能运至现场安装；二次设备的光/电缆接线、调试，只有在电气一次完成设备安装后方可进场进行[5-6]。施工工序的流程图如图1所示。二次系统调试受制于一、二次设备安装及接线，严重制约了工程的建设周期。

图1 施工工序流程图Fig.1 Flow chart of construction process

1.2 现场工作量大

变电站常规建设方案中二次设备的布置均在二次设备室或继电器小室内进行，需要土建专业完成设计、施工、安装等工作；变电站调试项目多，技术复杂，现场的工作量大。

1.3 建设质量难以保证

变电站的施工是由不同的工队完成的，再加上现场工作量大且繁杂、劳动强度高，因此质量难以保证。

1.4 二次设备接线工作量大

变电站内二次设备的安装接线工作量较大，尤其是智能变电站中，屏柜间以光缆连接为主，而光缆较电缆相比更容易受损，导致二次设备在接线中任务更繁重。

2 预制式二次组合设备

2.1 基本含义

2.1.1 预制式二次设备舱

预制式二次设备舱是指能对人员和电子设备提供适宜的工作环境和安全防护，具有良好的电磁屏蔽能力和接地性能，且便于实施多种方式装卸、运输以及设备运行维护的工作间。

2.1.2 预制式组合二次设备

预制式二次组合设备由预制式二次设备舱、舱体辅助设施、二次设备屏柜和二次设备等组成。整套二次设备由厂家集成，并在工厂内完成屏柜间相关配线工作，然后作为一个整体运输至工程现场，再与一次设备、土建设施完成对接[7-8]。预制式组合二次设备一般按二次系统特点及服务的一次对象进行模块化组合配置。

2.2 功能特点

预制式二次组合设备由设备厂家统一集成安装完成后，整体运输到施工现场，布置在配电装置区，完成一、二次设备的光/电缆接线。预制式二次组合设备的主要特点有：

1）由厂家集成安装，有利于二次设备功能的整合，提高了设备的集成度，大大提高了设备的运行维护效率。

2）在厂家生产时就完成了二次设备的安装接线，减小了现场的接线工作量。

3）厂家生产时制定标准规格，产业规范化，有利于提高产品质量。

2.3 二次设备模块化组合

2.3.1 模块化原则

传统变电站存在建设施工周期长，二次设备现场接线、调试工作量大等缺点，智能变电站通过二次设备模块化组合，实现整套二次设备由厂家集成加工，减少设计、现场施工调试工作量，简化检修维护工作，缩短建设周期，达到减少土地占用，提高了工作效率。二次设备模块化的划分必须体现：安全性、独立性、适应性、灵活性、先进性、经济性相协调统一的原则[3]。

1）安全性。各模块安全可靠，通过格式化拼接得到的技术方案安全可靠。

2）独立性。各模块应能独立实现相应的功能。

3）适应性。二次系统的模块划分应该适应于已有的电气一次模块划分。

4）灵活性。模块划分合理、接口灵活，建设规模的变化只引起模块的简单增减。

5）先进性。推广应用电网新技术，设备选型合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济指标先进。

6）经济性。综合考虑模块的组成，配置经济合理。

2.3.2 二次组合设备功能模块

模块化设计是将同间隔或功能类似的设备组合为一个单元，以单元模块组合的方式实现二次设备由单元到整体的转变，提高了二次系统的集成度。按照功能及间隔对象的划分理念，将二次设备以模块为单元划分为一体化监控模块、一体化电源模块、间隔设备模块、通信模块[9-10]。各模块内部模块化组屏，降低工地装屏、接线任务量，提高变电站的建设效率。

1）一体化监控模块。一体化监控模块包含监控系统设备、调试数据网络、二次系统安全防护设备等。模块由设计好的对外接口现场实现模块间的插拔。

2）一体化电源模块。一体化电源模块包含站用交流电源、直流电源、UPS、逆变电源、直流变换电源、蓄电池组等。

3）间隔设备模块。间隔设备模块包含母线测控装置、线路保护测控装置、主变低压测控装置、电度表和交换机等。

4）通信模块。通信模块包含光纤系统通信设备、站内通信设备等。

具体建设变电站工程时，要结合实际一次系统特点和模式，先按电压等级划分二次系统设备，然后以同间隔或功能相似为基础设计二次系统子模块，从设计、制造、运输、调试等方面进行综合组合设计。

3 预制式二次组合设备方案简介

3.1 二次设备组屏尺寸和布置

目前，二次设备厂家生产的保护测控类屏柜的典型尺寸为2 260 mm×800 mm×600 mm（高×宽×深）；一体化电源柜的典型尺寸为2 260 mm×800 mm× 600 mm或2 260 mm×600 mm×600 mm（高×宽×深）[4]。由于智能变电站二次柜内端子排数量比传统变电站相比大大减少，因此采用预制舱布置时，可对二次屏柜进行优化。保护测控类屏柜可取消柜内2侧竖端子排、压缩屏柜横向尺寸，一体化电源类屏柜可采用摇架或减少每面屏内的回路数，横排接线，相应的柜体尺寸可改为2 260 mm×600 mm×600 mm（高×宽×深）。服务器类的屏柜尺寸可达到2 260 mm× 900 mm×900 mm（高×宽×深），可采用横向布置，柜体采用正面和侧面开门形式，并布置于端部，便于设备维护。

预制舱内二次屏柜布置形式可采用单列布置，也可采用双列布置。对于保护测控类屏柜，由于前接线显示技术的发展成熟，为了提高预制舱内的空间利用率，减少变电站的舱体数量，宜采用双排布置方式；对于一体化电源柜，可根据实际接线情况选择。

3.2 二次设备柜内接线方案

二次设备室采用模块化组屏方式，柜体通过一体化底座实现屏柜固定和预制线缆储纤功能；通过屏间侧壁开孔，完成内部走线，减少了现场接线。常规二次设备室内的线缆一般通过屏后走线槽从屏柜下方出线与其他柜体及其他一、二次设备连接。而且，由于柜内设备数量差异大，导致柜内线缆疏密不一，空间利用率不高。采用组合二次设备，按功能和间隔将设备模块化组合，同时在柜体下方设置线缆室，走线集中有条理。 布置了一体化底座预制线缆，柜内走线采用设备—线缆室—设备方式。二次设备室采用活动地板，可在地板下空间内盘光缆或尾缆，减少了通道的线缆数量。厂家通过在屏间侧壁开孔，在厂内完成内部走线，避免了电缆沟或架空地板的铺设，减少了现场安装接线。

柜外走线采用柜内设备—线缆室—线缆配线架—电缆沟或架空地板—柜外设备方式。其中柜内设备—线缆室—线缆配线架部分的线缆可由厂家在生产是完成，剩余部分根据现场实际设计完成。

3.3 预制式二次组合设备的即插即用方案

二次组合设备和模块柜通过预制光/电缆实现二次设备间、一次设备与二次设备的标准化连接，航空插头由厂家封闭，现场连接时能即插即用。

3.3.1 预制电缆

预制电缆分为单端预制电缆和双端预制电缆。单端预制电缆是指电缆的一端预制航空插头，另一端甩线用于现场连接端子排。双端预制电缆是指电缆的两端预制航空插头。布置时，设备舱体之间的联络电缆、舱体至户外汇控柜采用双端预制电缆，户外汇控柜至一次设备采用单端预制电缆，一次设备机构箱处采用传统接线，即可实现二次电缆的即插即用。

3.3.2 预制光缆

预制光缆是指光缆端部根据不同的需要，预制了不同类型的光缆连接器。在进行设计时应考虑连接器的集成化、小型化，在同一个链路方向内集成更多的芯数，避免因多次布线带来的施工难度。相对于传统的光缆熔接工艺而言，预制式光缆无须现场熔接，消除传统熔接操作带来的多种质量风险，可以在大幅降低现场施工强度、缩短变电站建设周期的同时，提高系统长期运行可靠性。实现变电站二次光缆回路的即插即用功能。

4 经济效益

采用预制式二次组合设备模块方案，实现了二次规范化，集成化生产，具有显著的经济效益。

1）二次设备由厂家集成生产、安装、接线，利于二次设备功能的整合和质量保证，提高设备集成度，减少了现场的工作量。

2）与传统的二次设备室相比，减少了占地面积，由于二次设备舱就地化布置在配电间隔，减少了二次光/电缆的长度，降低了工程造价。

3）改变建设流程，将现行的串行施工模式改为并行施工模式，大大缩短了建设周期，并使现场安装、调试量减小，提高了建设效率。预制式二次组合模型设备见图2。

图2 预制式二次组合模型设备Fig.2 Prefabricated twice-combined model equipment

5 结语

本文基于“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的理念提出了预制式二次设备组合模块化的方案。按照二次设备功能类似或者间隔相同的原则，将二次设备模块化组合，提高了变电站二次设备建设的集成度，提升了运行维护的效率；优化了二次屏柜的尺寸，将二次组合设备的生产规范化。预制式二次组合设备采用了预制舱的形式，使二次设备在厂家完成了生产、接线、安装，直接运往现场与土建、电气一次完成对接，利用预制光/电缆实现现场即插即用功能，大大减少了现场的接线工作量。

预制式二次组合设备有利于二次设备的集成化、规范化、标准化建设，其应用理念改变了传统变电站建设的模式，大大缩短了变电站的建设周期，减小了现场的工作量，同时也提高了施工质量，是未来智能变电站的建设方向，具备推广应用的价值。

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（编辑 董小兵）

Application of Prefabricated Secondary Modular Equipment

XIE Rui1，ZHOU Xingyang2，YANG Weixing1，JIANG Xiangyun1，LIN Bin1，CAO Fengwen3
（1.China Energy Engineering Group Zhejiang Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310012，Zhejiang，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；3.Suzhou Vocational University，Suzhou 215600，Jiangsu，China）

Basedontheconceptionof“standardized design，factory processing and assembly-styled construction”，this paper proposes the application of the prefabricated secondary modular equipment to deal with the troubles existing in the substation construction.This project modularizes the secondary equipment according to the function and interval.In this way，the sizes of the cabinets and the connection modes are improved and standardized.The prefabricated secondary modular equipment can solve many problems in the construction of traditional substations，which include large amount of site construction work，long construction period and heavy wiring workload.

secondary combination device；modularization；intelligent substation；prefabricated

2016-07-21。

谢 瑞（1979—），男，博士，高级工程师，主要研究方向为智能变电站电气工程设计和电力电子技术研究；

周兴扬（1962—），男，硕士，高级工程师，主要从事电力系统分析研究、电网项目建设管理工作；

杨卫星（1978—），男，高级工程师，主要研究方向为智能变电站电气工程设计；

江香云（1982—），女，高级工程师，主要研究方向为智能变电站电气工程设计；

林 斌（1990—），男，硕士，主要研究方向为智能变电站电气工程设计。

国家自然科学基金（51377112）。

Project Supported by the National Nature Science Foundation of China（51377112）.

1674-3814（2016）12-0047-04

TM02；TM05

A