风峪沟35 kV变电站预制舱式改造方案分析

郭玉峰

(西山煤电集团公司 发电事业部， 山西 太原 030053)

西山煤电集团官地矿风峪沟35 kV变电站负担着井下供风的重任，是官地矿“一通三防”工作的重要环节，运转风机一旦出现事故，将直接威胁井下工作人员的生命及矿井的生产安全。该变电站主要设备多为2005年制造，主变压器为两台20 MVA三相两绕组油浸式有载调压变，现阶段运行正常。但是站内无功补偿装置因故障已退出运行，造成主变功率因数低，无功损耗增大，设备老化加速。站内设备老化，监控系统不能接受站内所有信息，保护及监控信息无法向煤矿调度上传，影响运行人员对保护装置运行状态及网络报文监视；且保护装置无备件，若装置元件发生故障时不能快速消除，直接影响到一次设备的正常运行。因此，为保障官地矿日常安全生产需要，杜绝因失电而造成的生命财产损失，同时改善官地矿电网结构，降低电网损耗，保证电能质量，提高电网的供电可靠性、稳定性和灵活性，满足该地区的安全和发展要求，亟需对该变电站进行改造。

1 变电站概况

1.1 厂区概况

官地矿风峪沟35 kV变电站地处太原市西山风峪沟源头北面山坡风峪沟古滑道的滑坡平台上，同时处于官地矿采空变形区内，该处山体滑坡、地壳运动频繁、地质不稳定。

1.2 电网现状

风峪沟35 kV变电站两回电源进线分别由杜儿坪矿110 kV变电站不同母线提供，线路长度约5.8 km，再由风峪沟35 kV变电站35 kVⅠ段母线出一回线作为安家沟35 kV变电站的电源，由变电站6 kV母线各出2回专线作为黄冶风机房和要子庄风机房的电源。电网示意图见图1.

图1 风峪沟35 kV电网示意图

1.3 设备现状

35 kV开关柜是长城电器集团生产的KYN-40.5-10型开关柜，于2005年8月投运，现已运行15年，设备老化，操作机构卡涩，手车合闸和分闸操作不能就位，且制造厂已经停产，无法提供备品备件和技术服务。

6 kV开关柜是长城电器集团生产的KYN28A-12型中置式开关柜，布置于主体建筑一层，为双列背对背布置，柜后无预留检修巡视通道。

出站6 kV电缆露天敷设，随意摆放，末端负荷均为煤矿重要负荷，敷设未满足《电力工程电缆设计规范》要求，双电源电缆未采取防火分隔等措施。

2 改造方案

遵循“安全可靠、技术先进，投资合理、标准统一、切实可行、适应地址”的原则，结合电网现状、场地及设备现状，原主变利旧，其它电气设备选用技术先进、质量可靠并且适合风峪沟35 kV变电站地质情况的电气设备。

2.1 现场问题分析

变电站场地位于滑坡轻微变形区，该变电站的主体建筑为二层砖混结构，预制盖板，由于地质结构等多种原因，变电站地表出现较大裂缝，建筑外墙开裂严重，楼面层也出现开裂现象等，在原位置更换设备，从技术角度上分析，房屋依然达不到现有抗震要求，存在安全隐患。从经济角度分析，更换设备需在变电站场区空地上放置临时箱式35 kV开关站作为施工过渡措施，临时箱式35 kV开关站造价高，会造成投资浪费。变电站除主变压器外的一次设备运行情况较差，综合自动控制系统也无法满足无人值守变电站的要求，需考虑全站改造，且需一次性完成，分步实施会造成主要设备之间、一次和二次系统的重复调试，增加设备带病运行的时间，影响变电站的安全稳定运行。

2.2 方案选择分析

我国现有变电站中建筑结构型式主要有砖混结构、框架结构、钢结构、预制舱式等。预制舱式变电站是采用先进、可靠、环保的智能模块化单元组成集约型封闭式的变电站，它以信息数字化、网络化、标准版为基本要求，具备自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等功能。从全寿命周期成本来看，预制舱式变电站造价要稍高于其他布置型式，但其具有设备通用、布局灵活、安装便捷、建站快捷、运维简单等特点，可减少现场施工周期和人员的配置，设备及材料可回收和利用[1]. 预制舱自身具备抗变形能力，不同模块互相独立，能有效降低地质变动对整站造成的影响。结合风峪沟特殊的地质条件和近年由于地质沉陷的变电站改造先例，将风峪沟35 kV变电站改造为预制舱式变电站是可行的。

3 预制舱改造方案

3.1 电气总平面布置

站区长66 m，宽49.8 m，围墙内总占地面积3 286.8 m2. 站内设置35 kV设备预制舱和6 kV一二次设备联合预制舱，35 kV配电装置布置于35 kV设备预制舱内，6 kV配电装置和二次、通信、调度自动化设备布置于6 kV一二次设备联合预制舱内。35 kV采用电缆进出线，6 kV进线采用管母线，6 kV出线采用电缆出线。主变压器布置于35 kV预制舱的西侧，户外布置。电容组器及站用变压器布置于场地西北侧。变电站内设置T型道路，满足主变压器等大设备的整体运输及消防要求。

按照无功负荷就地平衡和补偿变压器无功损耗的原则，结合本期工程规模以及电容器投切合闸涌流考虑，推行全寿命周期管理理念。经过合理计算，单台变压器最终补偿容量为4 800 kVar，按补偿容量为主变容量的24%考虑，本站补偿总容量2×4 800 kVar.

站内6 kV采用电缆出线，为消除电容电流，需要在6 kV各段母线上装设消弧线圈。

原有6 kV电缆由原开关柜分段倒接至新增6 kV预制舱。其中电缆线路出线24回，西侧出线电缆20回，东侧出线电缆4回，西侧出线电缆可重新做户内电缆头接入新建6 kV预制舱内，共需重新制作20套户内冷缩电缆头，东侧出线电缆无法利旧需重新敷设电缆4回，新建线路由6 kV预制舱起至线路1#杆塔，线路总长度约为600 m，共需重新制作4套户内冷缩电缆头和4套外冷缩电缆头。

施工时，6 kV预制舱和35 kV预制舱就位，主变进行轮停，6 kV母线分段运行，将6 kV电缆分段倒接进新建6 kV预制舱内，以减少停电时间，变电站正常运行后将原建筑物和设备拆除。

3.1.1 电气主接线

1) 35 kV主接线采用单母线接线方式。2) 6 kV主接线采用单母线分段接线方式。

3.1.2 中性点接地方式

1) 35 kV侧中性点不接地系统。2) 6 kV侧中性点不接地系统。

3.1.3 配电装置形式

1) 35 kV配电装置。采用户内移开式开关柜，预制舱内单列布置，采用电缆进出线，主变压器35 kV侧进线通过YJV22-26/35-1×240电缆引入35 kV配电装置开关柜。共需建设9面开关柜，其中35 kV进线柜2面、35 kVPT及避雷器柜2面、35 kV出线柜3面、35 kV分段柜1面、35 kV联络柜1面。

2) 6 kV配电装置。采用户内金属铠装移开式开关柜，预制舱内双列布置，采用架空进线、电缆出线，主变压器6 kV侧进线通过封闭母线引入6 kV配电装置开关柜。共需建设37面开关柜，其中6 kV主变进线柜2面、6 kV出线柜27面、6 kVPT柜2面、6 kV分段柜1面、6 kV隔离柜1面、6 kV电容器开关柜1面、6 kV接地变开关柜2面。

3.2 一次设备

风峪沟35 kV变电站站址污秽等级为d级，户外设备外绝缘按d级上线考虑。35 kV设备按每条线路带2台20 MVA主变计算。本站各级电压等级的设备短路电流按以下短路水平选择:35 kV电压等级按25 kA考虑，6 kV按31.5 kA考虑。主要设备配置如下：

1) 主变压器。根据利旧原则，选用三相双绕组油浸式自冷有载调压变压器。

2) 35 kV电气设备。选用铠装移开式户内开关柜，柜中断路器选择采用真空断路器，额定电流为1 250 A，开断电流为25 kA；配干式电流互感器、干式电压互感器、交流无间隙金属氧化物避雷器。

3) 6 kV电气设备。选用铠装移开式户内交流金属封闭开关柜，柜中断路器选用真空断路器，回路额定电流为2 500 A，开断电流为31.5 kA；配干式电流互感器、干式电压互感器、交流无间隙金属氧化物避雷器。

4) 无功补偿装置。采用户外SVG电容器成套装置，总补偿容量2×4 800 kVar.

5) 6 kV接地变消弧线圈成套装置。接地变700/6.9-50/0.4，消弧线圈6.0/6.9 50-105A,隔离开关GW19-12，避雷器HY5WR2-10/45.

6) 导体选择。主变进线选择导线型号YJV22-26/35-1×185，载流量455 A；电容器组选择导线型号YJV22-6/6-1×300,载流量600 A；站用变选择导线型号YJV22-6/6-1×150,载流量400 A.

一次设备部分布置方案可将原占地面积较多、分布较为分散的电气设备最大程度的集成化，节省变电站内土地资源的同时，缩短了各设备间隔，节省了电缆导线的成本，便于运维人员对设备进行日常巡检和维护，提升变电站运转工作效率。

3.3 二次设备

二次设备作为监控和组织一次设备预制舱有序运行的设备，其核心内容包括测控配置、故障信息配置、安全性配置、监控配置、计量配置。将二次设备布置于预制舱内，35(6) kV多合一装置下放至开关柜，站控层设备、主变保护、测控及其他二次设备(含通信设备)组屏安装。屏柜靠墙布置，采用前接线、前显示式(主变保护测控柜采用柜前开门，屏后接线方式)，屏柜高2 260 mm×宽800 mm×深600 mm. 主要设备配置如下：

1) 站控层设备。按远期配置，包括监控主机1台、数据通信网关机1台、其他网络设备打印机等。

2) 间隔层设备。主变各侧测控装置与后备保护集成配置，35(6) kV部分采用保护测控集成装置。

3) 网络通信设备。站控层交换机采用级联方式，配置1台中心交换机，安装于公用测控柜；6 kV配置1台隔层交换机，安装于6 kVⅠ段PT柜。

4) 远动系统。35 kV电压等级变电站远动通信装置按单套配置，与其他自动化系统共享信息，不重复采集。

5) 电能计量系统。全站配置一套电能远方终端，以串口方式采集各电能计量表信息，并通过电力调度数据网与电能主站通信。

6) 主变保护。采用主、后备保护独立装置，后备保护与测控装置集成；非电量保护单独配套，并通过电缆直接采样、直接跳闸。

7) 组合式一体化电源系统。全站直流、交流、UPS、通信等电源采用集成设计、集成配置、集成监控，其运行工况和信息数据通过集成监控单元展示并通过DL/T860标准数据格式接入监控系统。

以上设备配置加强了站内设备运行期间数据收集汇总能力，加强了运维人员对站内设备状态了解，便于运行和检修期间对站内各个设备的详细情况及时了解；在一次设备运行出现故障时，通过站控层设备及时了解故障信息，对故障点及故障原因快速做出研判，避免了事故扩大的可能性，提升站内供电安全和供电质量。

4 效能分析

预制舱式变电站智能化程度较高，人为控制因素较少，同时配套有远程监控操作系统，同比普通布置型式变电站，可使后期运维成本大幅降低。同时，受益于预制舱模块化的优点，对变电站运行期间设备突发故障的处理时间和费用也可有较大程度的降低。改造方案实施后将能有效解决风峪沟变电站基础沉陷，建筑物变形，站内配电装置运行不可靠，检修不方便，主要设备老化，运行年限较长，电网安全可靠性差等问题，避免可能发生因地壳运动导致地质灾害引起重大生产安全事故的发生，对保证矿区安全用电有重要意义。

5 结 语

预制舱是变电站应用新技术、新材料、新设备的一个重要体现，是由预制舱体、二次设备屏柜(或机架)、舱体辅助设施等组成，在工厂内完成制作、组装、配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场，就位于安装基础上。将其用于煤矿变电站的改造中，可有效减少设计、施工、调试等工程量，简化检修维护工作，缩短建设周期，加快智能变电站建设周期。