全寿命周期管理理念在变电站设计中的应用

黄少雄

（茂名市粤能电力股份有限公司，广东 茂名 525000）

1 变电站全寿命周期设计

1.1 变电站设计的安全可靠性

变电站对电网的正常运行影响非常重要，它的可靠性和安全性是设计时应该考虑的首要问题。

（1）主接线应重点考虑可靠、灵活、节约和便于扩建的要求。

（2）严格执行有关结构设计规范，重点考虑大风、覆冰、高温、低温、安装、检修、短路、地震等各种情况下建筑物基础、结构、连接的受力性能。

（3）接地设计应保证变电站内发生接地故障时人身安全不受威胁；事故照明应满足全站停电时人员的行动安全的要求。

（4）计算机监控采用分层分布结构，充分保证当地监视操作和远传可靠性。

1.2 运行维护检修设置

设计阶段应考虑运行时维护检修所面临的各种问题，设计方案要使变电站运行时易于维护检修，以保证运行的可靠性。

（1）总平面布置应充分考虑运行维护的需求，配电装置四周设置环形道路，内部设置检修道路和巡视小道，保证车辆、机械设备、人员在运行检修时，可以在电气设备附近进行操作。

（2）高压配电装置的设计考虑必要的运行维护要求，在满足电气设备正常运行的前提下，设备彼此间距的设定要满足单台设备检修和就地试验，以及与其他设备的距离要求。

（3）部分设备附近设置操作平台，方便运行维护人员登高操作。

（4）尽可能选择成熟定型的电气设备产品，减少维护工作量。

1.3 满足施工设计

变电站项目的可施工性设计尽可能使用预制构件，以满足“建筑工业化”的要求，同时还要考虑材料、设备的可供性和施工的便捷性。

（1）设计时分析所需物资的可供性，对当地的建筑材料、土源、水源、运距等进行调查，提高设计对自然环境的适应性。

（2）采用通用的典型设计方案，执行两型一化变电站设计要求。将专业内容和专业协作要求最大程度的标准化。

（3）主变压器消防采用安全可靠且施工周期短的方式。（4）变电站通风采用分体空调，安装简便，施工周期短，安装成本低。

1.4 扩建的可能性设计

随着社会经济的快速发展，地区的用电量必将增加，必须考虑到变电站建设规模的扩展。

（1）进行所区规划和总平面布置时，预留远景扩建的场地，不堵死扩建的可能。配电装置皆留出备用间隔，各电压等级的配电装置均留出扩建端，以备将来进行超规模破围墙扩建。

（2）建筑物预留远景屏柜等电气设备的房间，预设留孔埋件。

（3）设备导体参数选择时考虑扩建裕速度，同时不明显增加额外的成本。

（4）由于变电站的接地网很难更换，在一期工程设计时严格按照远景系统最大短路电流进行接地体截面选择计算，以保证在远景年也能满足设计要求。

2 全寿命周期设计的一些措施

根据全寿命周期成本最优化设计理念：

Lcc＝C1＋C0＋CM＋CF

式中：Lcc：全寿命周期成本；

C1：投入成本；

C0：运行成本；

CM：维护成本；

CF：停运成本，亦称惩罚成本。通过各项成本的协调，以达到Lcc最小的目标。

2.1 电气主接线

扩建间隔或母线时，要特别注意选择合适的扩建时间，避免停电或减少停电时间；节约征地及设备投资，满足节约性要求。

具体事项如：主接线形式的可靠性计算与L 最低主接线的选用，扩建时的停运成本与先期投入的利息的协调，站用变与接地变的合并设置等。

2.2 主要电气设备选型

在设备参数满足项目需要的前提下应用通用设计成果，如：

2.2.1 根据项目特点合理选用主变压器的冷却形式

（1）强迫油循环风冷，其噪音较大，冷却系统能耗较大。（2）自然油循环自冷，设备投资高，占地面积大。

（3）自然油循环风冷。目前该形式产品技术成熟，噪音及冷却系统能耗、设备投资、占地面积指标适中，符合设备可靠性、安全性、节约性以及全寿命周期成本最优化设计理念。

2.2.2 隔离开关地刀操动机构的选用

充分考虑项目的发展趋势，户外隔离开关的地刀可考虑选配电动（可手动）机构，其较好的可扩展性为将来实现完全的远方操作创造条件。

2.3 电气布置

电气布置上主要考虑以下几方面：

（1）总布置综合考虑节约线路投资与变电站安全可靠运行的需要。在实际输变电工程中，各电压等级出线往往相互交织。设计时以最终出线相互交叉次数为依据，采用正反出线相结合等方式，保证高电压等级的线路出线基本顺畅，同时避免线路穿越集中开发区或规划区。

（2）配电装置型式的合理采用。根据全寿命周期成本最优化理念，结合当地地形地貌特点，合理选用配电装置型式。下面以某基地110 kV支持管母线半高型为例说明这一情况，该方案布置紧凑合理，在国家电网公司典型设计评审中被审定为III－2类特色模块。

该方案突出的优点是：①占地面积小，节约资源。配电装置为双母线，采用双柱水平开起式隔离开关，其中2组母线隔离开关布置于7 m层；断路器、电流互感器布置于母线下方0 m层，其间隔宽度为8 m，纵向尺寸为19.5 m，出线构架每两个间隔一跨。该配电装置特点是占地少、构架简单、布置整齐、投资较小，但由于母线隔离开关位于7 m层，维修此隔离开关时，不如隔离开关布置于0 m层方便；②可靠性与安全性：广东地区十余年数十个220 kV变电站的运行经验表明，该方案与常规110 kV中型配电装置比较，具有同等的可靠性和安全性；③可施工性：与常规110 kV中型配电装置比较，7 m层隔离开关的吊装需采取更多的保护措施，但不影响设备安装；④可扩展性：与常规 110 kV中型配电装置相当；⑤节约性：与常规110 kV中型配电装置比较，可显著节约土地资源，实际设计中可将出线构架按每两个间隔一跨设置，进一步节约混凝土及钢材耗量。

2.4 电气二次

电气二次设计主要考虑以下问题：

（1）变电站计算机监控系统采用开放式分层分布结构，双重化网络，站控层配置主机兼操作员工作站、两组远动工作站，充分保证当地运行监视操作和远动信息远传的可靠性。

（2）二次设备屏柜统一采用2 260×800×600 mm，安装采用螺栓连接，方便施工和安装。

（3）主控及继电器室预留远景屏柜等电气设备的位置，预设埋件及留孔；计算机监控屏上对预留的远景装置进行结构预留。

（4）取消微机“五防”工作站及电气硬接点闭锁回路，减少控制电缆的长度，减少电能损耗。

（5）对变电站内直流系统用蓄电池组、系统通信用蓄电池组、UPS用蓄电池组进行整合、归并，减少设计配置，保证运行、维护的经济性。

（6）站用直流系统和系统通信直流系统整合配置。

（7）综合自动化系统的集成设计。

（8）防火灾设计严格执行防火规范，采用封堵加阻燃的综合措施。

3 变电站全寿命周期设计理念的实现

3.1 将全寿命周期设计理念细化为各专业的目标

变电站设计工作涉及到系统一次、系统二次、系统通信、变电一次、变电二次、土建及技术经济等专业。各专业在设计过程中应根据全寿命周期设计理念对其专业设计工作目标进行考虑，从而制定出各专业的可执行的目标。

3.2 按照各专业目标制定各专业工程设计要求

在制定出各专业的可执行目标后，设计单位制定各专业工程的设计要求，指导设计工作达到可执行的目标。

3.3 加强设计团队全寿命周期理念建设

依据全寿命周期设计理念指导设计工作，构建全寿命周期理念设计团队。以设计团队进行设计工作，保证各专业之间的有效沟通，加强各专业的配合，保障全寿命周期目标的实现。

3.4 业主和施工方参与设计工作

设计单位在设计过程中应充分听取业主和有施工经验的施工单位的意见，以提高方案的可施工性。

3.5 施工阶段，设计单位与施工单位的保持沟通

施工过程实际上是实现全寿命周期设计理念的过程。在施工过程中，设计单位要与施工单位有效沟通，保证施工单位在施工中实现全寿命周期设计理念。

4 结束语

全寿命周期管理是一种先进的管理理念，是今后变电站建设的发展方向。将全寿命周期管理措施引入工程设计环节，符合可持续发展的科学发展观。设计单位应提高认识、转变观念、注重长期的费用节省和效益提高。

1 林 辉、陈 巍、张 颖.全寿命周期成本分析在变电站设计建设中的应用研究［J］.中国科技信息，2009（23）