浅谈变电站站用电系统模块化设计

福建永福电力设计股份有限公司 刘用云

1 引言

近年来，国家大力倡导绿色发展，鼓励科技创新，国家电网公司也在创新推进智能变电站模块化建设，开展标准化设计、工厂化加工、模块化建设，实现建设方式从传统的“量体裁衣”向“成衣定制”转变。而目前变电站的交流馈线屏模块化、智能化程度较低，开关柜内设备集成度较低，柜体数量较多，结合二次设备舱布置常常需加大或增加设备舱。与此同时，二次设备在模块化、智能化和舱体集成布置方面已经取得很大发展。在此背景下，本文提出站用电系统智能模块化开关柜组件优化方案。

2 站用电系统模块化设计

2.1 传统低压配电柜简介

传统的低压配电柜主要有GGD、GCS、GCK 等，其特点如下。

2.1.1 固定接线低压配电柜GGD

特点：1991年开始投入使用，包括G G D1、GGD2、GGD3型，价格便宜、安装灵活。柜内开关固定安装于柜中支架上，表计在屏柜上部集中布置。

缺点：安全防护等级低，操作危险；无法单个开关检修维护；回路少，单元之间不能任意组合且占地面积大，不能与计算机联络；二次接线无标准。

2.1.2 低压抽出式开关柜GCK

结构特点：

①框架采用C 型材，主构架上安装模数为E=25mm，框架组装灵活方便；

②柜体上部为母线室，前部为抽屉单元，后部为电缆进出线室，各室间有钢板或绝缘板做隔离，以保证安全；

③单元抽屉高度的模数为200mm，相同功能单元的抽屉具有良好的互换性；

④抽屉面板具有工作、实验、分闸和抽出四种状态。

优点：开关柜机构设置合理，容量大，分断能力高，动稳定性强，防护性能好，安装和维护方便，电器方案适用性广泛[1]。

缺点：回路少，单元之间不能任意组合且占地面积大，不能与计算机联络。

2.1.3 抽出式（分隔式）开关柜GCS

结构特点：

①框架采用8MF 型开口型钢，主构架上安装模数为E=20mm，框架组装灵活方便。

②开关柜的各功能室相互隔离，其隔室分为功能单元室、母线室和电缆室，各室的作用相对独立。

③电缆室的设计使电缆上、下进出均十分方便。

④单元抽屉高度的模数为160mm，抽屉不会改变宽度、深度的尺寸，而仅仅在高度尺寸上有变化。相同功能单元的抽屉具有良好的互换性。

⑤抽屉面板具有分，合、实验、抽出等位置的明显标志。

优点：GCS 低压抽出式开关柜具有较高的技术性能指标、能够适应电力市场发展的需要，并且可以与现有引进的产品竞争。

缺点：除抽屉可以更换，抽屉内开关可以检修外，其它元件无法检修。馈线开关模块不能采用热插拔安装方式，在母线不断电情况下不能检修维护。

2.2 智能模块化开关组件配电柜

2.2.1 智能模块化开关组件配电柜简介

智能模块化配电柜由智能组件单元含馈线开关（普通固定式开关）、电流采样传感器、智能监控单元、指示灯及一些标准的塑胶或金属附件组成。是集固定柜的低成本与高可靠性、抽屉柜的维护便利性为一体，实现流水线生产方式、满足快速交货的智能化精密配电设备。

2.2.2 系统组成

系统由进线部分智能双电源切换组件、母线系统、智能馈线开关组件以及通信监控等部件组成。

2.2.3 系统主要功能特点

①电能安全分配功能。

②标准化生产功能。

③快速组装功能。

④采用固定插拔式安装，兼具固定式接触性能好、抽出式检修方便的优点。

⑤系统数字化通信功能。

⑥交直流馈线智能监控功能。

2.2.4 智能模块化开关组件的特点

（1）电气安全性高

①所有带电部分均有安全防护。

②没有不可视的大电流接插件。

③信号灯更换不需拆二次线。

④智能模块更换可开关不停电热拔出。

（2）机械安全性高

①开关更换只需拧松绝缘螺钉，简单安全。

②解决抽屉柜机械故障服务多、大电流插接件安全隐患问题。以3P 固定式塑壳开关为例：常规低压抽屉柜机械结构件连接点有“螺丝硬连接6处+闭锁机构连接1处+抽屉滑道连接2处+大电流接插连接6处，共计15处”；智能馈线组件机械结构件连接点有“绝缘螺钉硬连接6处+中转螺钉硬连接6处，共计12处”。而抽屉柜2处滑道连接、闭锁机构连接1处正是产生卡涩的主要故障点，6处大电流接插连接则是安全隐患点。

以螺丝硬连接可靠性99.999%计算、滑道连接可靠性99.9%计算、闭锁机构连接99.9%计算、大电流接插连接可靠性99.99%计算。常规低压抽屉柜机械结构可靠率为：

(99.999%)6×(99.99%)6×(99.9%)3=99.6345%

智能馈线组件机械结构可靠率为：(99.999%) 12=99.9888%

（3）智能化控制

（4）简化电源系统的设计与维护

①设计简单：无需做二次线设计，根据柜体的尺寸，叠加标准化组件即可。

②扩容简单：将标准组件固定，无打孔母线夹，不需要做二次线的设计。

③维护简单：只需拧松绝缘螺钉即可进行开关的更换。

④实用：兼容性强，兼容施耐德、ABB、人民电器等国内外品牌开关。

2.2.5 智能模块开关组件柜与GGD 系统、GCS 系统技术性能比较

财政监督业务转型的目标是使财政监督从事后的合规性检查工作，转型为贯穿预算编制、预算执行和决算管理等财政运行全过程的常态化检查工作，是财政监督面临的机遇和挑战。风险导向审计使审计的中心环节从内控测试转向风险评估，并通过量化风险分析确定实施审计的范围和重点，合理分配审计资源，在兼顾审计效率和审计质量的前提下形成比较正确的审计意见。将风险导向审计的理念、方法和技术与财政监督工作实践相结合，把风险导向审计在分配资源和控制风险等方面的特点恰当地应用于财政监督领域，则可以在实现对财政运行全程化监督机制方面发挥积极作用。

（1）智能模块化开关组件电源系统

特性：功能模块化配电；

安装：方式固定模块组件；

单柜最大回路数：①100-250A 塑壳开关：24，②63A2P 微断：52，③63A3P 微断：44，④400-630A 塑壳开关：4；

维护性：可实现在线安全更换开关、霍尔传感器、采集单元等易损元件、单回路检修不影响其它回路的正常运行；

智能化：单回路可检测三相电流、三相电压、功率等数据、单回路具有独立通讯功能；

生产模式：流水化、预制化生产；品质保证：所有的元件都是模具标准化预制.各元件一致性高，质量稳定；

品质保证：所有的元件都是模具标准化预制，各元件一致性高，质量稳定；

性价比高。

特性：传统配电；

安装：固定式；

单柜最大回路数：开关安装随意性大、无规律，回路数相对较多

维护性：更换开关、传感器时存在很大安全隐患，需要单屏停电或者单段母线停电；

智能化：无智能化；

生产模式：配电柜传统生产模式；

品质保证：传统生产模式，一致性差，质量不稳定；

性价比低。

（3）GCS 系统

特性：抽屉式配电；

安装：抽屉式；

单柜最大回路数：①100-250A 塑壳开关：18，②63A2P 微断：36③63A3P 微断：36④400-630A塑壳开关：4；

维护性：可在线更换抽屉；

智能化：单回路可检测三相电流、三相电压，不带通讯；

生产模式：单抽屉标准化生产；

品质保证：大电流接插件无法判定其可靠性接触；

性价比中。

3 380V 配电柜的选型和集成化布置方案

3.1 220kV 变电站站用电负荷回路统计

本文以庞公变电站为案例，对站内站用电负荷回路数进行了详细统计，终期需20个回路，考虑预留30%的备用，按26个回路数进行设计。

3.2 常规GCS 柜方案

常规GCS 柜，每面屏柜回路数为11个，按终期回路数计算，馈线柜需约4面，计及进线，共计约6面。

常规方案需设置4800×800mm 的屏体布置空间，且必须连续。

考虑将6面GCS 柜布置于#1 10kV 配电装置室，与站用接地变室一列布置，整个房间长度16m，3台站用接地变长度均为3m，则设备总长为3×3 +4.8=13.8m，剩余长度约为2m，仅供布置站用电屏两侧走道，站用接地变需首尾相邻布置，站用接地变仅有一侧检修维护通道，如图1所示。

图1 采用GCS 柜时的10kV 室布置

3.3 站用电系统一体化布置方案

3.3.1 柜体内开关组件布置优化

鉴于常规GCS 柜体结构原因，每面柜体只有11个回路，所需馈线柜多。

利用模块化开关组件的特点，增加单个柜体开关组件的数量，每个柜体可以布置开关组件18个，较常规GCS 柜11个，增加64%容量。从而减少柜体数量，进而实现集成化布置。

整合后总计仅需2面开关柜，大大缩减了占地面积，布置灵活。

3.3.2 本站智能模块化开关组件电源系统布置方案

经整合后的4面站用电柜整体宽度减少了1.6m，可用作站用接地变间巡检通道，同时有利于设备散热，如图2所示。

图2 采用智能模块开关组件优化的10kV 室布置

3.3.3 优化后的方案特点

馈线开关布置紧凑，提高了开关柜柜体空间利用效率，减少了2面馈线柜，便于同站用接地变共小室布置。

智能模块化开关组件在安全性与维护方便性、经济性与可靠性方面可以兼顾。既可以实现标准化提前生产，又可以实现工厂快速组装。在条件许可下，散件发货，现场装配，实现订货和发货同时进行。

智能模块化开关组件应用于630A 及以下各种交直流电源馈线电能分配，且兼容性好，可与国内外各知名品牌的馈线开关兼容。

智能模块化开关组件采用固定式开关，创新的结构设计及配件的保障安全维护，可保证在不影响其他开关运行的前提下，独立检修单个开关、传感器及智能电路等配件。

智能模块化开关组件均配置RS485通信接口，可实现遥测、遥控、遥信。

4 结语

智能模块开关柜可以实现在线安全更换开关等易损元件，在不影响其它回路的正常运行的情况下进行单回路检修，增强了用电的安全性和可靠性。并且，相较传统低压配电柜，智能模块开关组件柜的运用，大大提高了空间利用率，实现了设备布置的优化，后续还可以结合不同的设备形式实现设备舱集成布置，进而实现一体化设计、工厂化加工、模块化建设。