智能变电站设计节能措施方案研究

【摘 要】节能可以保证人与自然的和谐发展，是一项从源头上保护环境、节约资源的有效措施。根据能源的现状、节能的趋势、国家的节能政策和国家电网公司对于“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站的要求，变电站建筑设计优化和节能设计势在必行。它是贯彻国家节能政策的重要举措，是提高电力企业经济效益、增强电力企业竞争力的重要手段，是贯彻国网公司典型设计、落实“两型一化”的具体措施。

【关键词】智能变电站；节能设计；措施探究

引言

近几年随着大量输变电站工程的建设完成，我国电网已初步形成了西电东送、南北互供、全国联网的格局，电网发展滞后的矛盾得到较大缓解。在大规模的电网建设中，采用新技术、新设备等措施后，电网输送能力将大大提高。同时，可以进一步改善和提高电网运行的可靠性，确保电网的安全可靠运行。

一、智能变电站系统的现状概述

供电数字化防越级跳闸保护系统，主要是针对以上问题而开发的技术。基于全站网络数据共享的数字化变电站技术，运用高速光纤通讯和纳秒级同步采样技术，将精确同步采样的井下各采区变电所高爆的电流，电压数据上传至地面控制中心的保护主机。保护主机采用差动保护模块取代传统的过流速断保护作为主保护，线路差动保护范围固定，实现全系统零时限全线速动，从而彻底解决煤矿供电系统广泛存在的越级跳闸问题，大大提高了供电系统的可靠性。在实现保护的同时，系统还能实现遥测、遥信、遥控、及防误操作功能，在地面的保护主机上均可完成井下高爆的分、合操作，遥控时间由传统监控的分秒级、秒级下降到毫秒级，实现了采区变电所的无人值守。

本系统利用数字化技术采用分层采集、集中控制的架构体系，将模拟量、开关量的信息采集和信息的计算、逻辑判断分层实现。各智能电气设备的模拟量、开关量信号就地采集，数字化处理后通过点对点光纤通讯网络和保护、计量装置通讯；保护、计量装置安装于主控室，综合全站数据和信息实现保护、測控、计量功能。该系统具备数字化变电站系统需求：系统采用IEC61850标准，能实现变电站内智能电气设备间信息互享和互操作；全站同步、数据共享大大简化现场接线，实现以整个变电站作为考虑对象的保护控制等功能；二次设备网络化，通信网络取代复杂的控制电缆，消除电缆带来的电磁干扰问题；便于变电站新增功能和扩展规模，新增功能时只需在原有设备上运行带有高级应用的软件，无需硬件投资；扩展规模时只需在通讯网络上接入新增设备，不需要更换或改造原有设备。

为彻底解决困扰供电安全的越级跳闸问题，在经过多方的考察和论证后，经过于南京磐能电力科技股份有限公司的沟通和协商。确定技术方案。我们于2014年5月份，在我矿35kV变电站、中央变电所、下山变电所、三采区变电所、五号煤变电所、四采区变电所及一期的南翼变电所、南翼左翼变电所安装完成DMP5000煤矿数字化防越级及监测监控系统。系统的光纤通讯网络，防爆交换服务器和保护主机均采用双重化配置，一套系统故障时不会影响另一套系统的可靠运行。矿用智能保护器具有完善的就地保护功能，在通讯完全中断的情况下自动启动就地保护，从而实现了保护的三重化，大大提高了保护的可靠性。运行以来，该系统运行稳定可靠，取得了良好的效益，在保证供电安全上发挥了重要作用。

二、智能变电站节能设计的对策

1、认真做好规划并优化总平面布置

变电站总体规划设计要以“两型一化”设计导则为依据，以占地少、布置紧凑、功能分区明确、充分利用站区面积的设计理念进行。主变运输路尽量直对大门及站外道路，且站外道路与公路连接，方便大型设备运输；站内取消巡视小道，道路宜采用公路型清水混凝土路面，既满足自身运行要求，又满足生产防尘和环境卫生要求。控制室、值守室靠近大门口，便于对站区的巡视和管理。取消站前区，减少占地面积。合理利用地形，因地制宜，站区土石方实现自身平衡，将对土地及自然环境的影响降到最低程度。电缆路径最短且便于管理，主电缆沟宜采用砖砌或现浇混凝土沟体，配电装置区不设电缆支沟，可采用电缆埋管或电缆排管，电缆沟盖板宜采用成品有机复合盖板，实现工业化。构、支架采用钢结构，与基础之间宜采用地脚螺栓连接，满足变电站60年使用寿命及外观要求；钢结构采用冷喷锌工艺，环保、节能、美观。采用通用设备基础，统一基础尺寸，采用标准化定型钢模浇制混凝土，提高工艺水平。配电装置场地采用碎石或卵石地坪，不绿化，节约水资源。围墙采用装配式实体围墙，预制混凝土柱加清水混凝土预制条板或蒸压轻质加气混凝土板（ALC板）形式，不使用黏土砖，节约土地资源。站内建筑物宜布置在向阳、无日照遮挡地段，建筑体型应紧凑、规整，在可能的情况下，建筑物应优先采用南北向或接近南北向。结合配送式智能化变电站的特点，通过二次设备的整合，合理配置功能用房，在满足使用要求的前提下，减少建筑面积，提高建筑利用率，节约占地。

2、选择合理的建筑体形和平面形式

建筑体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围体积的比值。不同的体形系数，对围护结构要求有不同的传热系数限值，体形系数越大，围护结构的传热系数就要越小。体形系数的确定还与建筑造型、平面布局、采光通风等相关。民用建筑的体形系数要求不大于0.35（点式建筑不大于0.40），总平面布置和建筑设计应利用冬季日照，避开冬季主导风向，夏季应考虑自然通风的利用，建筑物的平、立面尽量不出现过多的凹凸。变电站单体建筑设计也应照此执行。

3、智能切换模式的照明控制

智能照明控制系统采用“调光模块”，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果。通过一台计算机就可对整个大楼的照明实现监控与合理的能源管理，这样不仅减少了不必要的耗电开支，同时还降低了用户的运行维护费用，比传统照明控制节电20%以上。另外，在智能照明系统中，可通过系统人为地设置电压限制，避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具、延长灯具使用寿命的作用。在工程设计中，针对控制对象的不同（即各功能区域的照明具有不同的特点），智能照明控制系统可以采取不同的回路控制方式。对变电站里功能要求不高、人员出入少的区域，可采用简单回路控制；对站外配电装置部分、道路、各保护小室等公用部位，不仅要实现简单回路的控制，还须对局部回路实现照明的自动通断控制。这种控制方式须在系统结构中加入动、静探测器和智能探头等电气元件，通过每个调光模块、控制面板和动静探测器实现在各种状态下对各区域正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。采用智能切换模式的照明系统，除了有大大降低照明负荷，使变电站变得更加工业化的功能，还具有节省电缆的优势。通过合理的网络控制结构可以大大缩短照明分支线路的电缆长度，减少控制电缆的数量，从而减少布线工程量，降低火灾隐患，便于维护。

4、其它节能设计方案

4.1导体选择。导线截面选择过大，则导致导线投资显著增加，并且增大有色金属耗量及其在制造过程中的耗能量；导线截面选择过小，则导致运行中的电能和电压损失加大，使电能的传输质量和运行经济性变差。另外，在变电站设计过程中优化金具设计，使其表面场强分布尽量均匀，减少电晕损耗。

4.2选用新型电缆防火材料。现有变电站广泛应用的传统电缆防火材料虽然初次投资成本低，但施工过程中没有具体的耐火性能测试标准，施工工艺随意，防火性能难以保证，没有对防烟气密性、水密性提出具体要求，无法解决复杂工况。新型电缆防火材料具有防烟气密性强，对环境温度变化有很强的适应性。除具备卓越的防火性能外，新型防火材料还具有生物防护作用、水密性、可扩展性、施工方便等功能，满足国网公司资源节约，环境友好的要求。从初次投资看，新型电缆防火材料比传统材料成本高40%左右，但是新型防火材料寿命周期长，可达20年左右，从变电站全寿命周期看，新型防火材料的更换周期远大于传统防火材料，因此全寿命周期成本要低于传统防火材料，并且新型防火材料可靠性高，降低了全寿命周期内的故障成本。

结束语

智能变电站设计中考虑以上节能措施方案，来达到依靠科学技术、降低消，合理利用资源，提高资源利用效率，切实保护生态环境。推广采用节能、降耗、节水、环保的先进技术设备和产品，强制淘汰消耗高、污染大、质量差的落后生产能力、工艺和产品，有利于资源节约和综合利用，从源头杜绝能源浪费。

参考文献：

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[2]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～500kV变电站分册[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3]国家电网公司.智能变电站技术导则[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4]国家电网公司.国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介：李田燕，女，冀中能源股份有限公司葛泉矿动力队，助理工程师