预制舱式二次设备在智能变电站中的应用

杨雪婷

（佛山电力设计院有限公司，广东 佛山 528000）

0 引言

根据南方电网公司智能电网建设的规划，新建变电站将不再采用传统的综合自动化模式进行建设，智能化变电站将成为未来南方电网公司智能电网建设规划工作中的主要方向。预制舱式二次设备在设备厂家采用标准化模块化生产，仅在现场进行组装工作，能够有效缩短变电站的建设周期。随着变电站建设要求的提高，为提升工程质量、加快工程建设速度，引入预制舱式二次设备成为电网公司建设智能化变电站项目中的重点举措。

1 智能变电站二次设备建设的实际情况

现场施工量大，施工周期相对比较长。二次设备需要等到土建施工完成之后，才可以开展现场的安装调试工作，整个施工周期相对比较长，对工程进度的控制提出了比较高的要求[1]。

建设质量把控难度相对较大。在变电站的建设过程中，受天气、工期限制等因素的影响，土建和电气施工经常会出现交叉作业，各类施工人员的数量也相对比较多，导致施工质量的控制难度相对比较高。

2 预制舱式二次设备的使用特点

预制舱式将二次设备集中布置在预制舱之内，在设备厂家工厂进行接线调试，安装完毕之后，整体运送到现场安装，其主要的特点有4 点。1）便于厂家进行集中式的安装，可以有效对二次设备的功能进行整合，进一步提升设备的集成度[2]。2）通过合理开展二次设备的接线工作，有效降低现场作业量，促进工程顺利完工。3）为实现标准化生产奠定一个良好的基础，最大程度地保证产品的生产质量。4）由于可以采用设备就地布置的形式，因此能够有效缩短二次光缆的铺设长度。

为了满足变电站实际运行的需要，从变电站设备应用的安全性、通用性和经济性3 个方面进行控制。保证舱体可以正常运输，在外形尺寸的设计过程中，应该根据《超限运输车辆行驶路管理规定》，预制舱的横向长度应该设计在200 mm的范围内，长度也不宜超过1 300 mm，通常会采用3 种规格设计标准，见表1。

表1 标准预制舱的规格

2.1 舱体结构

由于舱体设计制造过程中使用的是不锈钢材料，具有非常强的抗腐蚀能力，因此，通常预制舱式二次设备都能够在有腐蚀介质的环境中长期使用。此外，由于舱体采用的是金属六面体结构，因此可以提升舱体抗电磁辐射的能力，保证舱体的防护等级可以达到IP54[3]。舱体很多时候需要在户外使用，通过在其舱壁夹层中附着保温层，可以使其防火性能高于V2 级。由于舱内附着保温材料的厚度超过了45 mm，因此可以让舱体具有更强的保温能力。

2.2 做好舱体结构的设计

在进行舱体结构设计的过程中，应该根据舱体实际运行环境中的受风和震动情况进行针对性设计。为了进一步增强舱体结构的刚性，主体结构可以采用双H 型钢柱设计形式，梁之间可以采用焊接结构形式。如果采用的是标准双开门，可以作为设备输入的通道使用。门的设计宽度应该满足相关的要求，并具有一定的防火能力，防火等级通常为二级。对于舱体可以不设置窗户，轴流风机应该直接布置在墙面上，通过在风机外设置防护罩，可以有效防止雨水、灰尘渗入其中。通过对其顶部设置斜顶，让斜顶与箱顶成15°的夹角，能够有效预防积水的产生。

对于照明、空调、换气扇等电气设施，应该合理布置走线槽、配电盒、开关面板和插座等。此外，对于消防、监控系统还应该预留加装铺设电缆的位置。舱体和地网接触点的接触面积应该不小于100 mm×80 mm，其接地电阻也不应该大于0.1 Ω，在接地导体的设置中，应该使用不小于30 mm2的铜带。

3 预制舱式二次设备的布置方案

在预制舱式二次设备的布置过程中，经常会采用2 种布置方式，一种是单列布置，另外一种是双列布置。预制舱布置示意图如图1 所示。

如果采用的是单列布置形式，屏柜应该布置在舱体的中间位置，屏幕应该留有1 000 mm 的维护通道，屏后应该留有750 mm 的通道，为更换插件提供足够的空间。在40 尺舱体的设计过程中，其屏柜可以设计成17 面的，该技术已经非常成熟，比较适合应用于当前施工中。如果采用的是双列布置形式，需要采用靠边布置的形式，并采用旋转开门结构，中间应该预留150 mm，作为维护通道进行使用。如在40 尺舱体的设计中，将屏柜设计为26 面的，有利于内部结构的调整，方便柜内走线布置，由于走线比较复杂，在试点中应用较多。因此，为了优化预制舱式二次设备的布局，需要做好以下3 个方面的工作。

图1 预制舱布置示意图

3.1 机架设计

在机架设计方面，主要是对舱内的屏柜设置和布置的方式进行优化，以及对舱内二次回路的连接方式进行优化，着力推动智能变电站在空间、功能和运维方面的一体化设计。在实际操作中需要紧密结合实际需求，提高机架内安装设备空间的利用率，做好多间隔设备的集成安装工作，机架需要从上到下进行安装，分别做好空开安装、设备安装、附件安装检修、竖向检修维护区域与通道的设置。在舱体的一体化布局中，首先，把舱内划分为3个独立的区域，分别是温控区、主设备区、办公区，每个区域都具有较强的独立性，相互之间不能干扰，确保设备运行的稳定性，同时为后期检修和运维提供便利。因此，需要通过分区设计来促进舱内整体性与融合性的提升。其次，切实提高舱顶与侧部空间的利用率，对灯具、摄像头、烟雾探测器进行统一安装规划，采用开放式的布线通道，便于后期的运维，并保证舱内的光线路均匀和柔和，为舱内的运维和检修提供便利，促进舱内工作环境的优化。最后，把舱体内的空调统一在短边侧安装，做好隔声设置，预留检修门，提升预制舱的美观性。

3.2 集中温控

在集中温控方面，为了确保机架顶部空间的利用率得到有效的提升，需要将空调安装在舱体的短边侧并进行一体化的风道设计。采用的出风量调节方案，能结合机架自身的散热特性进行温控量化，更好地提高开放式温控的效率，使设备的温控更加均匀、灵活，对有限的资源进行按需分配，在促进通风系统优化的同时，使舱内通风散热效率得到提升，在散热能耗降低的同时，达到节能环保的目的。一般而言，空调冷风需要从风道进入机架顶部，每个机架内部的发热量又不同，需要对机架顶部出风口的大小进行针对性的调节和优化，精准地对每个机架的温度进行控制，在促进温控成效提升的同时将其能耗降低。此外，在排布舱内机架时，需要把发热量较大的机架与空调端接近，有助于机架温度控制和舱内温控效果的优化。

3.3 220 kV变电站建设实例分析

该文以佛山某个220 kV 变电的建设为例，在进行施工的过程中，采用的3 台主变的设计方案，其220 kV 侧配置8 回出线，110 kV 侧采用了12 回的出线方案，并根据电压等级进行分区配置。在220 kV 区配置了一个二次组合设备，其集中布置了220 kV 侧保护、测控、计量、录波及直流柜等间隔层设备，总共15 面柜，直接选择使用40 尺的舱体设计。对于110 kV 的变电区域，配置了1 个预制舱式的二次组合设备，可以对110 kV 侧提供更强的保护，这些设备主要具有保护、测控、计量和录波等功能，总共12 面柜，直接选择30尺的舱体设计。对于主变区采用了一个预制舱式的二次组合设备，其对主变保护、测控、计量、录波设备集中进行了布置，共16 面柜，选择使用40 尺的舱体，如图2 所示。

光缆和电缆的配置。在二次舱内的配线区域之中，可以通过尾缆和控制电缆的使用，来实现对各种插件的连接，这可以有效实现屏柜内零光配和少量横排端子。通过舱外各间隔光缆的连接，可以让智能控制柜直接和多个二次设备相连，进一步简化了柜内的连接形式，可以直接采用一根光缆就完成舱内的接线。

4 预制舱式二次设备应用的经济效益

图2 预制舱布置示意图

通过对预制舱式二次设备的应用，可以实现对二次设备的标准化安装，取得了比较明显的经济效益。1）在出厂前完成对二次设备的接线工作，这样更有利于对二次设备的功能进行整合，进一步提升设备的集中度、集成度，有效减少现场的作业量。2）有效改变了联调模式，通过采用工厂联调+现场调试的模式，进一步实现了对全站五防逻辑、信号表命名等设备SCD 文件的固化，对于现场的一次设备一次传动验证即可。3） 对二次设备采用加工厂加工、现场吊装的方式，省去了建筑物施工中结构、砌筑、装饰和电气安装等环节，在减少施工量的同时，还进一步降低了对环境的污染。通过对二次设备舱地的优化布置，进一步减少了二次电缆使用的长度，降低了工程造价。在当前预制舱式舱体的拼装过程中，经常会采用各种环保集成材料，其采用无砌筑施工、油漆粉刷施工工艺，进一步避免了粉尘污染情况的出现，给舱内设备的运行提供了一个更加稳定的环境，进一步延长了设备的实际使用寿命。将现行的串行施工改为并行施工的模式，使设计、施工效率得到了很大程度的提升，大大缩短了工期，二次设备的调试项目得到大大减少，现场施工调试时间可以节省60%左右。

5 结语

随着电力事业的不断发展，各种智能变电站越来越多。针对传统二次设备实际使用过程中出现的问题，应该引起足够的重视，将先进的预制二次设备应用到智能变电站的建设过程中，在保证变电站建设质量的同时，还能进一步降低施工费用。