预装式变电站在电力行业的应用

／西安西电高压开关有限责任公司 白世军 王莉 张玉荣 刘浩峰 杜涛／

预装式变电站在电力行业的应用

／西安西电高压开关有限责任公司 白世军 王莉 张玉荣 刘浩峰 杜涛／

本文对预装式变电站的发展背景、国内外发展情况进行简单介绍，对预装式变电站与传统电站的建设模式进行了阐述，探讨了预装式变电站的主要优势，分析了目前存在的问题和以后的发展趋势，对研究者有一定的借鉴意义。

预制舱；预装式变电站

0 引言

随着科技的发展，新技术、新材料和新工艺的出现和应用，我国变电站的建设模式日趋完善。预装式变电站是一种新型电站建设模式，在预制舱与开关设备及二次设备相互融合之后，预装式变电站以其更加快速建立电网的优势，已经在电力行业尤其是新能源领域得到了广泛应用。

1 背景

近年来，国家大力减少煤炭使用，鼓励光伏及风能等新能源领域发电，放开售电市场。同时，国家每年6月30日新能源上网电价的调整、新能源“领跑者”9月30日上网电价的调整，“两型一化”（资源节约型、环境友好型、工业化）电力建设的逐步推进等等, 使得变电站建设必然走向减少土地占用、降低造价、缩短建设周期, 与周围环境协调、提高运行可靠性和较少设备维护的模式。

预制舱式组合设备将电气设备和预制舱融合为一个有机整体，打破传统的建站模式，加快了整站施工进度，提高了工程质量，节约用地，降低成本，为变电站“标准化设计、工厂化加工、模块化建设”提供了有力支撑，符合“两型一化”和“两型三新”变电站建设的要求和全寿命周期理论的运用。

2 国内外发展情况

2.1 国外发展情况

20世纪60～70年代欧美等西方国家推出的一种作为户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低等优点，受到各国电力工作者的重视。在20世纪80年代中期，美国开始应用整体模块化的33kV变电站，在20世纪90年代在日本出现的整体模块化的66kV变电站也应用了预制式设备舱。ABB公司推出的集装箱式电气小屋在中东国家中已经得到较大范围的应用。例如应用于环境控制、矿山、能源等行业的电气小屋（E-HOUSE）。其应用对象多为中东、澳大利亚等气候地理条件特殊的国外客户。产品主要材料有标准集装箱式钢材、玻纤复合材料等，其内部功能齐全，主要采用空调作为环境控制设备，但依然存在无标准外形尺寸，多数尺寸偏大，需大件运输；采用传统的现场接线方式，内部设计复杂，且设备价格昂贵。

2.2 国内发展情况

早期，预装式变电站的典型代表设备为箱变，进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易箱式变电站，但应用并不广泛，到90年代末期，特别是农网改造工程启动后，科研开发、制造技术及规模等都进入了高速发展，被广泛应用于城区。

在国内，35kV、10kV预装式变电站已在工程中得到广泛应用，集装箱式SVG设备、集装式直流熔冰设备、集装式光伏逆变器等中也应用广泛。2013年国家电网公司开展了新一代智能变电站示范工程建设，提出“标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工”的建设原则。按此原则，在新一代智能化变电站中，几乎看不到任何建筑物，取而代之的是预制舱式组合设备。在国家电网公司的新一代智能变电站示范工程中，重庆大石220kV变电站和湖北未来城110kV变电站为AIS变电站，均采用了预制舱式组合设备。新一代智能变电站的建设，对于预制舱式组合设备的应用积累了宝贵的经验，积极引导国内设备制造企业开展设备研制和技术创新。

2014年以来，国内相关设备厂家开始试水预装式变电站，在电站建设整个推进的过程中，西安西电高压开关有限责任公司的预装式变电站迅速占领市场，建立了绝对的优势，其预装式变电站的设计方案及设备广泛应用于新能源领域（光伏、风电、用户站）110kV及以下电站的建设。

3 预装式变电站技术

目前预装式变电站核心技术主要有预制舱式组合设备：110kV GIS预制舱式组合设备、35kV开关柜预制舱式组合设备、预制舱式二次组合设备、预制舱式控制舱及生活舱、预制舱式站用变/接地变成套装置等；其他辅助技术有预制式设备连接：预制光电缆、预制槽盒、预制电缆沟、装配式防火墙、预制式活动盖板、装配式围墙等。上述部分构成整站设备的工厂化加工，现场的模块化安装、调试。

3.1 预制舱式电气设备

（1）110kV GIS预制舱式组合设备

优化GIS布置，将主变进线、出线和母线PT三个间隔融合为线变组，节省空间、便于检修移动，一个线变组模块可以全部布置于预制舱内一体化运输。在GIS间隔数较多，无法整舱布置时，可考虑舱体的拼接方案，这种解决方案可以完全适应各种工况下的GIS布置。图1为110kV GIS预制舱式组合设备。

图1 110kV GIS预制舱式组合设备

（2）35kV开关柜预制舱式组合设备

由于货物道路运输限制，在设计阶段，通常会考虑设计的舱体尺寸满足整舱运输要求，一旦预制舱尺寸超过道路运输的极限，将采用拼舱设计手段，来满足分段运输，现场拼接，保证舱体安全、快速地运往现场。

预制舱式开关柜通常采用手车式开关柜，具有灵活性好，检修安全、供电可靠性高、安装紧凑等优点，大大减少现场施工量，缩短现场工期，如图2所示为舱体与开关柜融合。

图2 预制舱式35kV开关柜

（3）二次设备舱

屏柜二次装置采用“前接线、前显示”或者采用旋转柜，舱内二次屏柜双列布置 ，工厂内完成舱内全部设备安装、接线、调试，整舱配送、吊装、就位后使用预制电缆、光缆，即插即用，如图3所示。

图3 二次设备预制舱

（4）预制舱式控制舱及生活舱

控制舱内安装控制台，生活舱内安装基本的生活家具，两个舱可结合成一个整舱进行整体设计，现目前已经成为一种的典型设计方案，简称控制舱，如图4所示。

图4 控制舱

（5）预制舱式站用变/接地变成套装置

由于该模块尺寸较小，可实现整舱加工，在运输、现场安装，施工、调试过程中，预制舱式站用变/接地变成套装置可避免对该模块造成不必要的损坏，如图5所示。

图5 预制舱式站用变

3.2 其他辅助技术

采用预制光缆、电缆，在预制式槽盒快捷走线，进入预制式电缆沟，光电缆的“即插即用”，完成整站设备的现场安装施工，大大减少现场施工周期，降低调试难度，提升了全站整体标准化和模块化水平。

现场预制舱土建建设完成后，预制舱可以直接吊装至对应位置，完成预制舱式电气设备与土建的对接安装。如图6所示。

日前，随着预制舱技术的革新，预装式变电站选址也开始“不拘一格”。安徽两淮濉溪项目中，整座电站漂浮在湖面之上，这无疑也对预制舱的外壳防护等级及减震措施提出了高要求。整站高低压电缆敷设于浮台平面的槽盒内，预制舱顶部设计避雷带，如图7所示。

图6 预制舱安装

图7 水上漂浮电站

4 技术优势

预装式变电站具有建设周期短、现场工作量少、占地面积小、安全可靠性高、服务接口少、施工质量易于控制、后期扩建方便、易于环境协调、投资节省等众多优点， 与常规电站相比，具体如下表所示。

5 存在的问题

虽然预制舱设备在电力行业发展迅猛，经济效益明显，但作为最新一代电力设备，其中也存在一些亟待解决的问题，主要表现在以下方面：

1）国家对该设备的行业标准欠缺，导致舱体设计的不规范性；

2）对预装式变电站紧凑型布局，运行单位对变电站安全运行有部分担忧；

3）预制舱内设备布局紧凑，维修空间较常规站较小。

若对尚存在的不足之处予以改进, 预装式变电站将展现出明显的优势和强大的生命力。

表 预装式变电站与常规电站分析表

6 发展趋势

1）随着技术的不断发展，设备的集成度将更高，预装式变电站将逐步小型化、微型化。

2）在高海拔，污秽等级较高的区域，预装式变电站将逐步取代常规建站模式。

3）目前来看，现场仍有很大一部分施工量，随着技术的逐步完善，现场“零施工”是必然趋势。

4）二次设备舱、控制舱、生活舱融为一体成为一个独立的模块，使得现场模块化程度更高。

7 结束语

以上是对预装式变电站的一些初步认识，希望对初学者及刚刚接触预装式变电站的人员起到帮助和指导作用。预装式变电站的目的就是采用最新技术提高生产率、降低成本、提高电网安全运行水平。随着各类技术的成熟和发展，它将成为未来变电站建设的主流方向。

[1]谢利英，李德超.关于变电站接地及降阻措施的浅述[J].变压器，2009,46（6）:30-33.

[2]王建华，王兆安，巫松桢，等.电器工程师手册[M].北京:机械工业出版社，2008.

[3]陈国玉，张良.城市用预装式变电站智能化的探讨[J]. 变压器，2008,45（6）:25-26.

[4]顾虹.预装式变电站中高、低压开关设备对变压器的保护[J]. 变压器，2008,45（4）:10-13.

[5]刘曙光，荣江伟，王宏斌.预装式变电站综合保护装置的设计与实现[J]. 电力系统自动化，2007,27（16）:90-93.