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摘要：随着社会经济的不断发展，人们用电需求不断升高，电力建设规模越来越大，高效、低耗、低污染的模块化智能变电站将越来越受欢迎。本文基于模块化智能变电站技术特点，从各个角度分析了模块化智能变电站在电力工程中的具体应用，为后续模块化变电站在电力工程设计中的应用提供了良好的借鉴。
关键词：模块化智能变电站;电力工程设计;即插即用
二十世纪中期以前，我国变电站建设型式大部分都是采用户外常规敞开式变电站，将除开关柜外的其他高压设备都布置在户外。二十世纪中后期，城市经济建设快速发展，城市用地愈发紧张，城市环境要求越来越高，户外常规敞开式变电站已不再适合城市发展规划，户内变电站逐步增多。2007年12月，国家电网公司发布了《国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则》，全面开展“资源节约型、环境友好型、工业化”（简称“两型一化”）变电站建设。2013年国家电网公司结合“两型一化”要求提出标准配送式变电站的概念，模块化变电站成为主流变电站的建设模式。
1.传统变电站缺点
占地面积大。传统变电站一次设备多为户外或户内布置，设备本身体积差别不大，而二次设备多为晶体管型和电磁型，设备体积庞大而且比较笨重，需相应扩大主控室和继电保护室的面积以满足二次设备布置要求，征地投资增大。供电质量不稳定。随着国民经济的发展和人民生活质量的提高，供电质量要求越来越高。衡量电能质量的主要指标为电压和频率，传统变电站大多数不具备调节电压的手段，无法满足目前电力市场发展需求。供电安全性和可靠性不满足现代电力系统的要求。传统变电站采用的是常规电气设备，设备结构复杂、可靠性不高，且不具备故障自诊断的能力，安全性和可靠性均无法满足现代电力系统高可靠性的要求。设备运维工作量大。传统变电站二次设备多为晶体管型或电磁型，容易受运行环境的温湿度影响，需定期停电校验其整定值，增加维护工作量。
2.模块化智能变电站的构成
模块化智能变电站是一种新型的顺应时代发展的变电站，以220kV变电站为例，一般分为主变压器模块、220kV开关模块、110kV开关模块、10kV开关模块、电容器组模块、电抗器模块、站用变模块、接地变模块以及配套的综合自动化模块等八个主要功能模块。主变压器模块220kV、110kV部分进线主要采用插拔的方式实现与进线电缆的有效电气连接，10kV部分主要采用全绝缘封闭母线桥或多股电缆连接方式实现与10kV开关模块的连接。220kV开关模块、110kV开关模块主要为气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），预装在一体化开关室内，现场可拼装，通过插拔的方式实现与进线电缆的有效电气连接。10kV开关模块采用组合电器，预装在一体化开关室内，现场可拼装，也可选择箱式开关室，通过全绝缘封闭母线桥或多股电缆连接方式实现与主变压器模块的连接。电容器组模块、电抗器模块、站用变模块、接地变模块由工厂预制，可与10kV开关模块进行拼装或独立安装。综合自动化模块采用一体化预制舱型式，与其他模块采用控制电缆和通信电缆进行连接。
3.模块化智能变电站在工程设计中的应用
3.1模块化智能变电站的设备选型
对于设备容量、额定电流等常规设备参数，模块化智能变电站设备选型与传统变电站并无较大差异，可根据系统要求进行配置。为实现模块化设备“即插即用”功能，对于主变压器模块，需对接线端子进行改造，采用可插拔的电缆附件与进线模块连接；对于220kV开关模块、110kV开关模块，工程设计时考虑利用气体绝辐射热量的85%，而白色仅为20%。工程设计时，需根据当地气候条件合理选择预制舱外立面颜色。在我国南方地区，气候多为冬暖夏热，推荐采用白色作为主色调搭配其他浅色系颜色设计预制舱外立面；在北方地区，气候多为冬冷夏热，为兼顾夏季的隔热性能，推荐采用白色作为主色调搭配其他深色系颜色设计预制舱外立面。5.结语模块化智能变电站作为一种新型的建站方式，具有高效率、低能耗、低污染等特点。随着我国社会经济和电力系统规模不断发展，土地和人工资源将愈发紧缺，模块化智能变电站容易选择建设地点，节省土地资源，且可以缩短施工周期，降低变电站的整体造价，将会越来越多的应用在电力工程建设上。缘金属封闭开关设备（GIS）作为模块的基础形式，结合设备厂家的工厂预制化工艺，将断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等高压设备进行高度集成，进出线采用可插拔的整体式电缆套管和电缆插接头，充分体现模块化变电站的特点，便于维护和检修；对于10kV开关模块，可选用金属铠装移开式开关柜或固定柜，在工厂提前预制为可拼装的开关室，现场进行拼装，减少施工时间，但需同时考虑开关室的运输及吊装问题。综合自动化模块主要有变电站的继电保护系统、调度自动化系统、智能监控系统和通信系统等，10kV保护系统可在工厂提前预制在10kV开关模块内，其余部分安装在预制式中央控制室内。
3.2模块化智能变电站的总平面布置
变电站总平面布置需遵循《总图制图标准》（GB/T50103-2010）和《变电站总布置设计技术规程》（DL/T5056-2007），总平面布置必须树立全局观念，因地制宜采用成熟的新材料、新工艺、新布置，满足可持续发展的要求。另外，还需符合国家土地政策，合理使用土地，提高土地利用率，通过多种方案的技术经济比较，不断优化设计方案，尽可能降低工程造价，缩短建设周期。依据以上原则，结合工程地理环境特点，以南方地区为例，应尽量使变电站各功能模块避免大面积长期日晒，可将各开关室以坐北朝南的方向布置，即开关室长边朝向南北方向，可有效减少日晒影响。另外，还需考虑当地水文气象条件，对于沿海地区，需考虑台风影响，适当调整变电站总体布置，减小受风面积。当下，城市环境要求越来越高，模块化变电站设计时，可结合当地历史人文情况设计各个模块的外立面，使变电站总体外立面与周边环境融为一体，实现与周边环境的有机结合，整体协调统一，可参考周边大型建筑的外立面设计，并征询当地规划部门的意见。总之，在设计模块化变电站总平面布置时，不仅要考虑变电站的土地使用、地理气候条件和当地人文情况，同时还需结合变电站的总体节能要求，合理布置变电站的总体朝向和各功能模块的位置。
4.模块化智能变电站的节能分析
如前面分析，模块化变电站主要在工厂按照各功能模块分别预制，在现场拼装而成，为达到变电站节能要求，需对预制舱结构、材质以及预制舱外立面颜色等方面进行考虑。为保证预制舱舱体的抗震、防风性能，预制舱舱体结构主要采用高强度型钢组成的骨架作为舱体承重框架，可在舱体顶部、底部和舱体墙面等位置设置适量的通风口，确保舱体内部空气可与外部空气进行交换。通风口需进行改造，根据内外环境温度变化进行换气，保持舱体内外气压平衡，当舱体内部温度升高（下降）至制冷设备启动温度时，通风口自动关闭，使舱体内形成封闭式的空气隔热体。舱体墙壁主要由（由外至内）纤维水泥外墙挂板、换气层、防潮防湿薄膜、定向结构刨花板、保温材料、方管或其他钢结构、耐水耐火防潮型纸面石膏板等材料组成，这种墙壁具有卓越的隔热性以及气密性，能有效防止室内产生结露现象的发生，无需担心长期使用会导致箱体腐朽，同时具有防尘、防腐、防潮、防火性能。外墙所用的金邦板材料具有绿色环保、轻质高强、隔音隔热、耐水防火、耐候抗冻等方面的特点，保证了预制舱的节能效果。研究数据表明，不同颜色吸收的太阳光热量不同，浅色系太阳光热量吸收系数远低于深色系，以白色和黑色为例，黑色吸收的热量为太阳光辐射热量的85%，而白色仅为20%。工程设计时，需根据当地气候条件合理选择预制舱外立面颜色。在我国南方地区，气候多为冬暖夏热，推荐采用白色作为主色调搭配其他浅色系颜色设计预制舱外立面；在北方地区，气候多为冬冷夏热，为兼顾夏季的隔热性能，推荐采用白色作为主色调搭配其他深色系颜色设计预制舱外立面。
5.结语
模块化智能变电站作为一种新型的建 站方 式，具有高效率 、低能耗、低污染等特点。随着我国社会经济和电力系统规模不断发展，土地和人工资源将愈发紧缺，模块化智能变电站容易选择建设地点，节省土地资源，且可以缩短施工周期，降低变电站的整体造价，将会越来越多的应用在电力工程建设上。
作者：张群 单位：广州汇隽电力工程设计有限公司