浅谈集成式变电站的推广与应用

0 引言

我国智能变电站建设经过十年发展取得了举世瞩目的成就，实现了数字信息化、通信网络化、高级应用互动化、信息标准化；实现了信息采集与传输、测量与计量、监测与监视、控制与保护等自动功能；实现了实时监测、自动运行控制、智能调节、在线分析决策、与站外系统协同互动等功能，其与先期的综合自动化变电站相比具有明显的优越性。

但随着土地资源的日益稀缺、环保要求的不断严苛、建设工期的不断压缩、科学技术的不断进步、新材料新设备新工艺的不断出新、全寿命周期设计理念的践行，现有传统智能化变电站在规划、选址、征地、设计、施工、周期、安防、环保、运行维护等诸方面又显现出许多缺陷与不足。为此，针对传统智能变电站存在的问题，人们提出了集成式变电站的建设模式。本文就传统智能化变电站建设存在的缺陷与不足作了剖析，对集成式变电站的主要优点进行了研究，并就其推广应用前景进行了分析，希望能为集成式变电站的推广作些许贡献。

1 传统智能化变电站存在的缺陷与不足

经过多年总结，传统智能化变电站存在以下缺陷与不足：

（1）占地面积较大，浪费土地资源。

（2）因占地较大，规划及站址选择较为困难，在城市繁华地带矛盾尤为突出。

（3）难以深入负荷中心，供配电半径长，能耗大、电能质量差。

（4）安全与防护功能不足；设备及元器件工作环境较差；检修维护工作量大；耐候性弱，适应面窄，不适用于污秽、地震频发、高海拔等地区。

（5）集成度低，现场检验、试验、安装工作量大而繁杂，建设周期长。

（6）设计工作量大，设计衔接任务多。

（7）存在大量裸露导电体及裸露电气设备，有意外触电风险。

（8）噪声、电磁辐射等环保问题较为突出。

（9）变电站外体与周边环境难以融为一体，在城市核心区或美丽乡村显得尤为突兀。

（10）工程投资较大。

2 集成变电站推广与应用的必要性

《全国土地利用总体规划纲要（2006—2020）》是实行最严格土地管理的纲领性文件，集约节约用地、优化土地利用结构成为工程建设的必然要求。在此背景下，变电站土地征用难度日益加大，站址选择及线路走廊落实日益困难，电网工程与城乡其他基础设施建设的冲突日渐突出，用地成本不断攀升，建设工期持续延误。这种用地面积大、用地征用困难、用地成本昂贵、建设工期长的传统建设模式必然被新的集约节约用地理念所替代。

国家对环境保护要求越来越严苛，有可能造成环境污染的生产方式、设备、工艺、过程将被严厉查办。传统变电站安防功能不足、耐候性弱、适应面窄，传统的有污染的建设方式必将被无污染、少排放、可循环利用、安防功能强、耐候性强的新方式所替代。

传统变电站设计工作量大、厂家之间协调面广而繁杂、设备集成度低、施工现场作业多、安装误操作概率大、施工现场病险诊断困难、后期维护工作量大，因此，其必然被设计工作量小、设备集成度高、施工现场作业少、安装简便、后期维护容易的模式所替代。

电力是国民经济和社会发展的动力引擎，电力建设必须与国民经济及社会发展相适应，“资源节约与环境友好”建设理念必然淘汰现有变电站的建设模式而向资源及时间耗费低（占地少、建设周期短）、技术水平高（设备集成化、运行可靠、维护简便）、环境污染小（设备及其运行无污染、无毒害）、设计精细化且衔接工作量小（精细设计、工厂内集成）、现场建安简便（工厂内集成、出厂前检验试验）的标准集成化配送式智能变电站模式转变。

集成变电站是将传统站的一次设备（主变、配电装置、无功补偿装置、站用电系统、绝缘母线）、二次及通信设备（监控、继保、通信、远动、计量、直流等系统）按集成化、系统化、网络化、标准化、安全化、智能化、易维护的原则集成安装在一个隔热、防火、防盗、防潮、防小动物，五面通风、全封闭、可移动的钢结构箱体内。集成站以信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。全站分为过程层、间隔层、站控层。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，完成电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。间隔层包含继保装置、测控装置等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。站控层包含自动化、站域控制、通信、对时等子系统，实现面向全站的测量和控制的功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

集成变电站实现了“由建一座变电站的传统模式向买一座集成变电站的跨越”，被誉为“21世纪变电站建设的目标模式”，完全有必要大量推广应用。

3 集成变电站的主要优点

（1）占地较小，节约土地资源。

集成变电站占地面积较小，以110 kV变电站为例，传统变电站若采用AIS设备全站占地约5～7亩，若采用GIS设备占地约4～6亩，但若采用集成式智能变电站全站占地仅需1亩左右。再以35 kV变电站为例，传统变电站若采用AIS设备全站占地约2～4亩，但若使用集成变电站标准设计占地仅为228 m2。与传统变电站相比，集成站可节省60%～80%占地面积，大大节约了土地成本和土地资源，完全符合国家集约节约用地原则。

（2）占地较小，规划及站址选择较为容易。

实行最严格土地管理制度以来，变电站土地征用难度加大，站址选择及线路走廊落实越发困难，电网与城乡其他基础设施规划的冲突日渐突出。占地较小的集成变电站在城乡规划中具有显著的优点，特别是在人口集聚的城市中心集成变电站极具优势。

（3）可深入负荷中心，供配电半径短，能耗小。

由于传统站占地大，选址困难，故往往难以布置在负荷中心。而集成站往往能深入负荷中心，减小供电半径，从而减少能耗。

（4）设备及元器件工作环境优良；安全与防护功能强大；检修维护工作量小；耐候性强，适应面宽。

集成变电站采用全封闭钢架结构，外壳采用热镀锌钢板，框架采用标准H型钢材料，具有良好的防腐性能，且抗震性能好。钢架底部悬空，便于通风散热，利于防汛抗洪。外壳涂航空涂料，能保温隔热，保证设备运行环境温度（可在-55～+70℃的外部环境中正常运行）。

舱内布置能充分保证设备及人员巡检的安全，站四周设钢制防盗门及防盗遥视报警系统，除门以外的所有对外部分均以金属网封堵，能防止飞鸟及小动物进入。保温层采用防火棉填充，梁柱表面覆盖LG防火隔热涂料，各配电室内均设有相应的防火设置，并配有遥视感应探头，可对烟雾和火灾情况及时报警。

舱内所有电气设备及元器件都受外层防护而永处封闭运行状态，不会受灰尘、风沙、雨水、紫外线、霜雪、冰雹、凝露、酸雨、盐雾等影响，可从根本上解决传统站设备易损难题。集成站可实行状态检修，维护工作量小，运维成本大大降低。

正是因为集成站具有强大的安防功能、优良的运行环境，故其具有超强的耐候性能、超广的适应地域，可无禁忌地应用于电网、水电、火电、风电、太阳能等各行业，适应高原、峡谷、海岸、地震带、污染区、高寒区、炎热区等各类地域条件。

（5）集成度高，现场检验、试验、安装工作量少而简便，建设周期短。

集成变电站采用整体化的建设方案，集成度高，整体性强。各类方案都经过设计、施工及运行多次考验。建设方案可按现成的套用，局部调整量极少。各功能模块（进出线模块、变压器模块、保护模块）都在工厂内生产，生产与现场前期准备可同时进行，最后到现场安装调试即可。而大量的检验、试验、装配工作在厂内完成，现场工作量少而简便，现场仅需完成箱体定位、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其他需调试工作，全站从订货到投运只需90天时间，极大地缩短了建设工期。

（6）设计工作量大大减少，设计衔接简易。

传统站设计工作量大而繁杂，且需衔接主变、开关、自动化、监控、通信、电容补偿、直流、电缆、光缆、消防、视频监控等众多厂商，需召开多次设计联络会解决有关技术问题。而集成站推行标准化设计、模块化组合，可实现一、二次设备就地融合。设计选型或订货时，只需根据工程需求，提出一次接线图和设备技术参数，就可以选择厂商集成变电站的规格和型号。所有设备在制造基地预制，众多厂商衔接协调在厂内完成，真正实现了变电站建设工厂化，极大地减少了设计及衔接工作量。

（7）不存在裸露导电体及裸露电气设备，无意外触电风险。

传统站内存在大量裸露导电体及裸露电气设备，存在一定的安全隐患。而集成站为全封闭、全绝缘结构，安全性高。

（8）几乎无噪声、电磁辐射等环保问题。

传统站电气设备往往露天布置，施工及运行不可避免地会带来扬尘、噪声、电磁辐射等环境污染。而集成站主要采用预制装配结构，土建施工量非常少，施工过程可开展施工工艺创新，推行机械化施工，减少人工湿法作业，减轻环境污染。运行过程中的噪声及电磁辐射都屏蔽在金属层内，故集成站对环境几乎没有影响。

集成站外壳是金属构件，使用寿命比砖混及水泥结构的长得多，且所有部件都可以回收再利用。而传统站常用的水泥结构件只能成为永久性的建筑垃圾，影响生态环境，浪费矿产资源。集成站采用减量化、再利用理念，符合国家政策要求。

（9）集成变电站外体与周边环境易融为一体。

集成变电站外壳色彩可任意选择，外形美观，易与环境协调。

（10）工程投资较小。

据不完全统计，集成站投资较传统站节省5%～20%，再综合建设周期、后期运维、材料再利用等因素，集成站全寿命周期建设成本比常规站大幅降低。

4 集成变电站推广应用前景

2009年，国网提出了智能变电站发展“三大阶段”的战略：第一阶段为规划试点阶段（2009—2011年）；第二阶段为全面建设阶段（2012—2015年）；第三阶段为引领提升阶段（2016—2020年），第三阶段主要任务是要实现新建重要变电站智能化率100%，对原有重要变电站智能化改造率达到30%～50%，同时对原有5 000座左右变电站进行智能化改造。

目前国网变电站智能化建设正处于引领提升阶段，根据《中国智能变电站行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》分析，未来我国智能变电站将迎来爆发式增长。而集成式变电站符合国网对智能变电站提出的“四化”要求：集成一体化（一次设备状态监测集成，二次设备功能集成，一、二次设备有机集成）、信息标准化、协同互动化、生成调试工业化，因此集成变电站在我国具有广泛的推广与应用前景。

5 结语

集成式变电站实现了标准化设计、工厂化加工、紧凑型布置、装配式建设，显著减少了占地面积，节约了土地资源；可深入负荷中心，配网能耗小；安防功能强大；设备及元器件工作环境优良；检修维护工作量小；耐候性强，适应面宽；现场检验、试验、安装工作量少而简便，建设周期短；设计工作量少，设计衔接简易；不存在裸露导电体及裸露电气设备，无意外触电风险；全过程绿色环保；降低了全寿命周期成本。从技术经济性出发全面分析，集成式变电站是一个技术可靠、经济安全的方案；从国网规划及市场分析，集成式变电站具有广阔的推广应用前景。

但集成式变电站毕竟是一个才试运行数年的新型产品，目前仍存在一些待改良、改善、改变的环节，应尽快优化以推动其有序发展，如：关于集成站有关设计、制造、安装、运维的规程规范的制定工作滞后；二次屏柜与航空插头和光电连接器的接口未能标准化；一、二次设备之间网络光缆接口的标准化工作滞后。