模块化智能变电站与常规智能变电站技术经济差异化分析

童学胜， 谢 成

(安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230022)

模块化智能变电站与常规智能变电站技术经济差异化分析

童学胜， 谢 成

(安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230022)

国家电网公司自2009年提出智能变电站建设理念后，专家们在技术领域做了大量的理论研究和试点工程建设，使得智能变电站建设取得重大突破，在一次设备智能技术、数据采集标准化、二次设备集成优化、全站信息流数字化、信息传输网络化等方面取得了一系列研究成果。模块化智能变电站更是在现有智能变电站的基础上经过梳理、整合和改进后的突破性创造，对解决当下电网建设的弊端和提高电网建设水平具有重大意义。

智能;重大突破;模块化

1 概 述

由于当前电网建设过程中，土地征用难度增加，电网建设对周边生态环境的不利影响，电力设施与其他基础设施建设之间的矛盾日趋凸显，项目建设周期被迫不断延长等诸多问题，已经成为制约电网进一步快速发展的“瓶颈”。未来变电站的建设必将走向资源耗费低、技术含量高、标准化设计[1-2]和工业化建造、环境友好型的发展模式。

模块化建设理念正是在这种严峻的外部环境和内部的迫切需求相结合的形势下产生的，它在现有智能变电站的基础上，进一步梳理、整合、完善、挖掘和提升功能性要求；从设计到施工全阶段遵循“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”的管理理念，通过电气一、二次集成设备，最大程度实现工厂内规模生产、集成调试、模块化配送，减少现场安装、接线、调试工作；建筑物采用模块化结构，工厂预制、现场机械化安装，按工业建筑实现标准化设计；统一建筑结构、材料、模数等，实现设计、建设标准化，有效提高建设质量、效率，提升电网建设能力。

模块化变电站的技术方案正在不断积累，目前国内对模块化变电站的造价投资分析案例较少，没有针对各项费用进行全面分析，不能给决策者一个全面的造价指标作为参考。本文通过对模块化智能变电站与常规智能变电站的特征进行全方位、专业化的分析对比，得出相应的技术经济指标，为今后模块化变电站设计、施工、运行及投资提供参考。

2 研究方法

本文选择《国家电网公司输变电工程通用设计110(66)kV智能变电站模块化建设(2105年版)》中的一个典型方案[1]，依托安徽蚌埠光彩110 kV变电站工程110-A2-4方案，与对应的常规智能变电站做差异化比较分析，得出相应的技术经济指标。

3 智能变电站间技术经济差异化分析

3.1 对比方案概况

安徽光彩110 kV变电站采用模块化建设通用设计110-A2-4 方案。远期规模：50 MVA主变压器3台；110 kV出线2回；10 kV出线36回；10 kV侧装设6组(3 600+4 800)kvar并联电容器装置。本期规模：50 MVA主变压器2台；110 kV出线2回；10 kV出线 24回；10 kV侧装设2组(3 600+4 800)kvar并联电容器装置。

110 kV电气主接线远期采用扩大内桥接线，本期采用内桥接线。

10 kV电气主接线远期采用单母线四分段接线，本期采用单母线三分段接线。

110 kV采用户内GIS设备，10 kV采用金属铠装移开式封闭开关柜。

全站设置1间二次设备室。站控层设备、公用设备、通信设备、交直流电源系统布置于二次设备室。

全站采用预制光缆。除电流、电压互感器外，一次设备本体与智能控制柜之间采用预制电缆。

3.2 模块化智能变电站与常规智能站技术差异

本文选取了规模及出线方式相同的同期常规智能变电站——采石路110 kV变电站，与模块化的光彩110 kV智能变电站进行对比。

3.2.1 土建部分技术差异分析

光彩变电站建筑采用钢结构型式单层建筑[3-4]，结构采用钢框架结构，屋面采用钢筋桁架楼承板现浇板体系，外墙采用压型钢板复合墙板[2]，内墙采用防火石膏板；基础采用柱下独立钢筋混凝土基础形式[5]，建筑面积为1 111.5 m2。外墙板采用标准尺寸设计，在工厂集成制造完成，运抵现场直接吊装，免去湿作业及现场开孔分割。成品压型钢板复合板可广泛应用于建筑物的非承重、隔墙，采用扣件直接挂板，缩短墙体施工周期。压型钢板复合墙板是以两层、中间填充无毒无污染的保温岩棉板，其保温隔热、隔音、防水、耐火、抗冻、抗渗性能优于混凝土和砖砌建筑。这种作业法不会受寒冷天气环境影响，适合寒冷地区施工，同时又具有装饰性好、无环境污染、施工简单等优点。

采石路变电站布置一栋生产综合楼，为钢筋混凝土框架结构，屋面为钢筋混凝土现浇板结构[6]，填充墙采用蒸压灰砂砖，基础采用筏板基础[5]，建筑外墙采用面砖饰面，建筑面积为2 395.2 m2。建筑为常规施工方案，为现场湿作业施工，沿用了就地采购建筑材料，现场施工的传统模式。这种作业因建造队伍的技术水平参差不齐而使工程质量很不均衡，同时施工周期较长，现场湿作业，文明管理难度较大。现场施工情况对比见图1～图4所示。

图1 模块化建筑钢框架

图2 常规变电站建筑框架

图3 模块化建筑外墙施工

图4 常规建筑外墙施工

3.2.2 电气二次部分技术差异分析

常规智能站设置一间二次设备室，总面积为13.2×9 m2，屏位按46面考虑，采用常规接线形式分四行布置，全站二次屏柜除直流分电屏外均布置于二次设备室内，屏柜布置集中。

模块化变电站二次设备实现工厂规模生产、集成调试、模块化配送，二次接线“即插即用”，有效减少现场施工，提高建设质量、效率。110 kV及主变一次设备至智能控制柜间电缆使用预制航空插头，实现二次标准接口。预制电缆采用圆形高密度航空插头，体积小，密度高，单端预制。

3.3 主要工程量对比分析

根据以上技术方案的比较，模块化智能变电站与常规智能变电站具体工程量的差异如表1所列。

表1 模块化智能变电站与常规智能站工程量差异对比

由表1可见：变电站方案选取及站区平面布置方案直接影响站区建筑和安装主要工程量的差异大小。

(1) 模块化智能变电站方案采用单层钢构架结构，取消了常规智能站的双层建筑及地下电缆半层，建筑面积减少53.5%，平面布置较紧凑，占地面积较常规智能变电站减少约21%。

(2) 由于模块化智能变电站平面布置较紧凑，电缆等工程量减少18%～20%；模块化智能变电站使用预制电缆、预制光缆，实现“即插即用”，常规控制电缆、光缆工程量均略有减少。

3.4 工程费用差异对比分析

依据设计施工图纸，分别对光彩变电站模块化与采石路变电站常规方案进行施工图预算编制[7-8]，从建筑工程费、安装工程费、设备购置费及其他费用进行对比分析[9]，见表2所列。

表2 模块化变电站与常规智能站全费用对比表 万元

从表2可以看出，模块化智能站较常规智能站，建筑工程费减少21.73%，安装工程费减少3.92%，设备购置费增加2.78%，其他费用减少31.86%，总的静态投资减少8.89%。

3.5 工程进度对比分析

模块化智能站建筑物采用装配式设计、采用预制光缆、预制电缆、设备舱布置，可将工程建设由以往的传统模式转变为标准化设计、模块化组合、工业化生产、集约化施工，使变电站建设周期进一步缩短。与常规变电站相比，智能化变电站在进度上提升：

(1) 设计效率提升：采用模块化变电站可节省设计周期约60天，每个工程可减少设计人员2～3名，节省总工日240个，经济效益可观。

(2) 工程评审效率提升：采用模块化变电站，工程评审可采用工程打包，对建筑物无需再进行精细化评审，节约人力物力。

(3) 施工效率提升：采用模块化变电站，工程初设评审后，施工单位即可进场进行主厂房基础及结构施工，同时工程建设不再采用木模板及脚手架，节约了木材及减少了模板工种，施工效益显著提高。现场光缆采用即插即用的预制式光缆，减少了现场安装施工时间。整个工程建设周期可节省120天以上。

3.6 质量影响对比分析

模块化方案在质量上优于常规方案，主要体现在：① 常规方案变电站施工常采用“湿法”，对于漏水、墙体开裂等质量通病没有一个很好的处理方案，而采用模块化方案，外墙采用压型钢板复合墙板，内墙采用防火石膏板，有效解决了墙体开裂、漏水等质量通病，同时由于建筑面积减少，保温效果更好。② 常规方案变电站保护测控装置现场安装、调试，电缆采用现场制作安装电缆头，光缆采用现场熔接。而模块化方案引入了二次设备预制舱、预制电缆、预制光缆等新技术。有效解决了二次设备的二次损坏，电缆及芯线的损伤，光缆的拉断、熔芯对接错误等问题。

3.7 安全影响对比分析

采用列举法对模块化方案与常规方案对比分析，模块化方案在安全上主要有以下优点：

(1) 建筑物采用钢结构方式、外墙采用压型钢板复合墙板，内墙采用防火石膏板，减少了高空坠落、机械伤害等方面的风险。

(2) 采用二次设备预制舱、预制电缆、预制光缆等新技术，减少了触电、坠沟等安全风险。

(3) 由于模块化方案多采用成品，有效避免了交叉施工的安全风险。

3.8 全寿命周期成本差异分析

由于模块化智能变电站与常规智能变电站运行时间基本一致，根据国家电网公司基建(2011)1515号文件规定，“新设计建设的输变电工程建筑物使用寿命达到60年以上，变电主要一次设备和线路主要设计使用寿命达到40年以上，主要二次设备使用寿命达到20年以上”，采用40年(一次设备使用年限)作为二次设备的寿命周期进行对比分析[10]，以下所有费用均为折现值，见表3所列。

表3 模块化变电站全寿命周期费用对比分析表

由表3可知，模块化智能变电站全寿命周期成本较常规智能变电站平均减少400.49万元。随着设备价格的降低及土地征用单价的提高，模块化智能变电站全寿命周期成本更低。

4 结论及建议

(1) 模块化智能变电站较常规智能变电站投资减少约8.88%；从全寿命周期成本分析，模块化智能变电站较常规智能变电站减少8%～12%。

(2) 模块化智能变电站由于减少了现场施工及材料制作，信息化程度高，使建设工期缩短约35%～40%。

(3) 模块化智能变电站由于布置紧凑，较常规智能变电站可节约土地约0.1 hm2，既减少了工程投资，又符合国家节约用地的一贯政策。

(4) 模块化变电站建(构)筑物的构件在工厂完成生产过程，现场组装，人力资源的消耗可降低10%～20%，较大幅度地提高了施工劳动生产率。

(5) 模块化智能变电站由于建筑物采用了钢结构方式、外墙采用压型钢板复合墙板，内墙采用防火石膏板，有效节约了水资源且减少了污水、废水的排放，符合可持续发展的要求，将环境影响降低到最低限度。

(6) 模块化智能变电站施工方案在质量上有效解决了漏水、墙体开裂等质量通病，保温效果更好。保护、测控等二次设备集中在二次设备预制舱，预制电缆及预制光缆等新技术有效避免了电缆及芯线损伤、熔芯错误等常见问题，使用寿命更长。

模块化智能变电站是变电站建设的一种创新模式，是对装配式变电站建设模式的细化、深化，体现了变电站所有模块元件“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”的新理念，有效提高建设质量、效率，提升电网建设能力。随着模块化变电站技术的不断成熟，可逐渐探讨现有的“元件的模块化”方式向“整站的模块化”方向发展，使模块化建设理念不断升华。

[1] 国家电网公司.国家电网公司输变电工程通用设计110(66)kV智能变电站模块化建设(2105年版)[M].北京：中国电力出版社,2015.

[2] 中国建筑标准设计研究院.压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造[M].北京:中国计划出版社,2001.

[3] GB 50017-2014，钢结构设计规范[S].

[4] 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2004.

[5] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[6] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[7] 国家能源局.电网工程建设预算编制与计算规定[M].北京:中国电力出版社，2013.

[8] 国家能源局.电力建设工程预算定额[M].北京:中国电力出版社，2013.

[9] 刘振亚.国家电网公司输变电工程通用造价(2014年版)110 kV变电站分册[M].北京:中国电力出版社,2014.

[10] 国家发展改革委，建设部.建设项目经济评价方法与参数[M].北京:中国计划出版社,2006.

2016-11-21；修改日期：2016-12-01

童学胜(1978-)，男，安徽长丰人，安徽华电工程咨询设计有限公司工程师．

TM62

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1673-5781(2016)06-0738-04