装配式变电站在分布式能源项目中的适用性分析

刘静，宋洪涛

(华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100160)

0 引言

燃气分布式能源站包括区域式和楼宇式2种主要建设模式，其设计理念与传统火力发电厂热电联产有所不同，更加强调土地建设的节约化、一次能源利用的高效化、设计的标准化和模块化以及系统的集成化。本文结合具体工程的电气设计方案，重点探讨区域式能源站的电气设计，吸取电网装配式变电站建设经验，将电气部分进行模块化划分，每个模块在工厂进行加工、组装和预调试，最后在现场进行组装和调试。模块化设计、制造和安装的最大优点是可以最大限度减少设计和安装阶段的错误，减少现场安装的工程量并降低技术复杂性，从而加快工程进度，满足工业标准化生产要求，提高系统可靠性；同时也可促进分布式能源站标准化建设，降低运行成本，提高自动化水平。

1 装配式变电站简介

1.1 装配式智能变电站特点

装配式智能变电站又称为预装式智能变电站，就是将变电站根据功能划分为不同模块，预先在工厂内根据模块要求进行制造、装配，包括变压器、高压开关设备、内部接线(电缆、母排等)、继电保护设备、交/直流电源设备、自动化监控系统、通信设备等，并集成了照明系统、环境监控系统等辅助系统。

预装式变电站是针对面广量大、建设工期紧迫、安装风险加大的基建实际，应运而生的一种高效、可控、标准、节能、环保、经济的建(构)筑物建造的新模式、新方法、新途径。它能有效减少占地面积、投资、工期等，推行标准化设计、标准化施工，也能降低工程管理难度和复杂性。

1.2 装配式变电站应用现状

2008年年初，国家电网公司要求推行全过程和全寿命周期内的最优化设计和建设，实现建设项目全寿命周期内的功能匹配、寿命协调和费用平衡，全面提高建设项目的技术指标和经济效益。在“两型一化”(资源节约型、环境友好型、工业化)变电站建设的要求下，预装式变电站从2008 年开始在各省(市)电力公司陆续开展试点建设，并逐渐演变成目前变电站设计、建设的一种新模式。

经过4年的设计、制造、施工、调试和运行实践，多装配式变电站的设计和制造等核心技术逐步走向成熟，110 kV及以下等级的装配式变电站技术日趋完善并往智能化方向迈进。个别省(市)已经开始试点建设220 kV装配式变电站，例如江苏位庄220 kV变电站，建设规模达到3×240 MV·A+1×40 MV·A。据了解，目前已投产的35 kV电压等级的装配式智能变电站建设周期控制在3个月以内；110 kV电压等级可将建设周期控制在6个月以内，其中现场施工仅需75 d。

2 分布式能源系统的技术特点

分布式能源系统是相对于大电网能源集中的生产方式而言的，是靠近用户端直接向用户提供各种形式能源的中小型终端供能系统。分布式能源系统包含燃气冷热电联产系统、风力发电、生物质发电、光伏发电等多种形式。冷热电三联产系统是分布式能源系统的主要实现形式，即将高品质的电能与低品质的热、冷能这3种能源有效地结合成一个系统，从而达到能量的梯级利用，提高能源利用率。

3 应用方案分析

本文以某分布式能源项目为背景，浅析装配式智能变电站在区域式分布式能源项目的主要设计方案和应用优势。

3.1 项目背景

系统装机方案为2×33 MW燃气轮机(LM2500+G4 RD型)+1×4.6 MW次高温次高压背压机+1×6 MW供热抽凝式汽轮机的联合循环机组，总装机容量为76.6 MW(2×33 MW+1×4.6 MW+1×6 MW)。能源站采用110kV电压等级接入系统；厂用电采用10 kV/380 V 2种电压等级。

3.2 电气主接线

2×33 MW燃气轮机发电机组采用发电机-变压器组单元接线，经主变压器升压至110 kV，接入厂内110 kV配电装置；2台汽轮发电机组接入10 kV机压母线段，经1台主变压器升压至110 kV接入厂内110 kV配电装置。以上发电机均设置发电机出口断路器(GCB)。

设置3段10 kV厂用电母线，燃气轮机厂用电电源T接于燃气轮机出口断路器之后，蒸汽轮机厂用电直接接自机压母线段。

3.3 设计方案

分布式能源站中电气设备的配置不同于常规电网项目，也与火力发电厂的电气部分有所差异。分布式能源站往往位于冷热电负荷中心，直接向经济技术开发区、工业园区、大学、医院和商业中心等区域供应各种能源，这些区域的主要特点是土地资源紧张，价格昂贵。能源站设计必须要与周围建筑协调一致，设备布置应因地制宜，节约投资，设计理念要体现其经济性、灵活性、安全性、可靠性及智能性的特点。

遵循装配式变电站设计理念进行分布式能源站项目设计时，既要改变传统火力发电厂的设计模式，也不能完全照搬电网变电站的设计方法。笔者在进行该项目电气设计时，尽可能选用免维护的、集成度及智能化程度较高的设备，以实现分布式能源站的单元化和智能化。

3.3.1 模块划分

对分布式能源站进行装配式设计，首先就要对电气设备进行模块化划分，将电气设备按其功能划分为不同的模块，然后对模块进行合理布置。模块供应厂家按照设计要求在工厂进行模块化生产、组装和预调试，最后整体运至工程现场进行模块安装、组合和调试。

该案例中能源站电气部分主要分为燃气轮机电气模块、蒸汽轮机电气模块、主变压器模块、110 kV配电模块、化学站用电模块、水工站用电模块、制冷站用电模块、其他生产办公用电模块、发电厂电气监控系统(ECMS)、通信系统(含站内通信及系统通信)等。

3.3.2 模块功能

(1)燃气轮机电气模块：集中设置2台燃气轮机出口高压电气设备、高/低压厂用电设备、燃气轮机系统保护控制等。

(2)蒸汽轮机电气模块：集中设置2台蒸汽轮机出口断路器设备、高/低压厂用电设备、励磁设备、保护测控设备、同期设备等。

(3)升压兼备用变压器模块：每个模块设置1台变压器及相应变压器本体进/出线端子、控制设备等。

(4)110 kV配电模块：设置全站气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、110 kV各间隔保护测控装置、变压器保护测控设备等。

(5)化学站用电模块：化学专业相关高/低压站用电设备及相应的保护测控装置。

(6)水工站用电模块：水工专业相关高/低压站用电设备及相应的保护测控装置。

(7)制冷站用电模块：暖通专业相关高/低压站用电设备及相应的保护测控装置。

(8)其他生产办公用电模块：生产、生活用电配电设备。

(9)ECMS：包含分散安装的保护测控装置、远动系统、综合自动化网络设备、站用直流系统、站用不间断电源(UPS)系统等。

(10)通信系统：站内通信设备、站外通信设备等。

3.3.3 电气设备选型、布置方式及土建

(1)考虑紧凑型、免维护型预装式变电站设计指导思想，电气开关设备尽量选择各种封闭式组合电器作为进线模块的基础；主变压器高压侧采用可拔插的电缆附件或油气套管与进线模块相连，低压侧可以考虑电缆或金属排2种出线方式；10 kV配电装置主要考虑采用紧凑型SF6气体开关柜，其体积小、质量小、维护量小、吊装和运输方便，提高了出线模块拼装模式的可行性。

(2)电气二次部分保护测控装置可分散布置于开关设备内，各装置间经网络通信线连接，可大大减少二次电缆用量并降低现场敷设电缆、接线、调试的工程难度。

(3)建筑物主体及围墙可采用装配式结构，在施工现场实现一次就位和安装。

3.3.4 模块化设备布置

能源站采用紧凑型总体布置方案，各专业界限应简洁、清晰。将电气设备划分为相应功能模块后，因地制宜分布于能源站各功能区。

考虑燃气轮机发电机出口电气接线及厂用电负荷分布情况，将燃气轮机电气模块布置于2台燃气轮机发电机之间，在燃气轮机发电机出口附近，靠近主变压器低压侧。

根据蒸汽轮机专业提供的资料，蒸汽轮机电气模块可考虑布置于蒸汽轮机主厂房B列柱外。

结合主变压器高压侧接线及110 kV出线方向终端塔的位置，在能源站总平面布置中，110 kV配电模块可布置在主变压器10 m外一处靠近终端塔的空地。

其他各专业高、低压配电模块根据相应专业建筑设置灵活考虑。

3.4 优势分析

分布式能源项目遵循装配式变电站的设计理念，改变了传统火力发电厂的建设模式和外观，将高耸于户外的高压电气设备布置于建筑设施内，使其外观整齐，布置灵活，节省占地面积；保证安装质量，提高工作效率；能源站运行时各模块功能清晰，运行维护量小，操作流程简单，误操作的几率大大降低。

4 结束语

本文对装配式智能变电站的建设优势进行分析，探索装配式变电站应用于分布式能源建设项目的设计思路，促进制定并完善燃气分布式能源项目的设计、加工、施工、管理、定额等标准，从而有效地控制工程质量、建设周期和工程造价，使分布式能源项目建设走向科技含量高、资源消耗低、环境污染少、精细化建造的道路。

参考文献：

[1]叶建峰.110 kV全预制装配式变电站建设实践[J].供用电，2010(2)：42-45.

[2]柳国良，张新育，胡兆明.变电站模块化建设研究综述[J].电网技术，2008(14)：36-39.