二次设备模块化设计

刘 涛，刘明月

（沈阳电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110003）

二次设备模块化设计

刘 涛，刘明月

（沈阳电力勘测设计院，辽宁 沈阳 110003）

结合220 kV变电站以及国家电网公司近2年来开展建设的模块化变电站相关要求，介绍模块化的概念及总体思路。采用模块化二次组合设备最大程度地实现变电站建设的模块化、标准化及工厂化，从而减少资源消耗和土地占用；提高工作效率；降低建设和运营成本。

模块化；预制式；预制舱

随着国民经济和社会的快速发展，能源需求越来越大，人力资源紧张、建设工期紧、电网工程质量及工艺要求越来越高等矛盾日益突出，变电站现有的建设模式已无法适应新要求。加快变电站建设进度，提高工程质量，变电站建设采用模块化、标准化、工厂化模式成为必然。本文结合220 kV变电站以及国家电网公司近2年来开展建设的模块化变电站相关要求，对变电站内二次设备的模块化方案进行研究［1］。

1 模块化简介

1.1 模块化概念

模块化一般指使用模块的概念对产品或系统进行规划和组织。模块是模块化产品的基本组成元素，是一种实体概念，把模块定义为一组同时具有相同功能和相同结合要求，具有不同性能或用途，甚至不同结构特征，但能互换的单元［2－3］。

1.2 智能变电站二次设备模块化总体应用

智能变电站的监控系统、保护、测控装置与智能组件均采用满足国网要求的程序以及模型文件，按照功能分区的不同形成二次设备模块化。随着技术的不断进步及智能变电站的推广应用，二次设备模块化的优势将更为明显。

目前各厂家的自动化系统、保护及智能组件设备均实现模块化生产。根据二次设备模块化设计方案，结合建设规模、总平面布置、配电装置型式大致分为预制式模块化二次组合设备、预制舱式二次组合设备及预制式智能控制柜。

2 预制式模块化二次组合设备

当变电站内主厂房采用装配式建筑物时，变电站二次设备布置方式采用模块化二次组合设备，包括站控层设备模块、公用设备模块、通信设备模块、一体化电源系统模块、间隔设备模块、主变间隔设备模块等。

3 预制舱式二次组合设备

预制舱式二次组合设备由预制舱体、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，以箱房形式整体运输至工程现场，就位安装于基础上。

3.1 典型模块

预制舱式二次组合设备宜按设备对象模块化设置，以方便运行、维护，变电站可根据需要设置公用设备预制舱、间隔设备预制舱、电源预制舱等模块，可根据变电站具体建设规模、布置方式等进行选择调整组合。

a.公用设备预制舱。配置站控层设备、公用测控装置、调度数据网络设备、二次系统安全防护设备、通信设备、交直流一体化电源、时钟同步系统、智能辅助控制系统、火灾报警系统等设备。

b.间隔层设备预制舱。配置变电站220 kV／110 kV电压等级间隔层设备，包括220 kV／110 kV线路（母联、分段）保护测控装置、220 kV／110 kV母线保护、220 kV／110 kV故障录波装置、220 kV／110 kV线路电能表、220 kV／110 kV公用测控装置及直流分屏等二次设备。

c.主变间隔设备预制舱。配置主变压器间隔层设备，包括主变保护装置、主变测控装置、主变故障录波装置、主变电能表及直流分屏等。

d.电源预制舱。交直流电源预制舱配置交流配电屏，直流充电柜、直流馈线屏、蓄电池组等设备。

3.2 布置方案

3.2.1 公用设备预制舱（Ⅲ型）

舱内二次设备划分为4个模块化二次组合设备：

a.站控层设备模块包括监控主机及操作员站柜、综合应用服务器柜、数据通信网关机柜、调度数据网柜［4］；

b.公用设备模块包括公用测控柜、时钟同步柜、故障录波及网络报文分析系统柜；

c.通信设备模块包括SDH光传输设备柜、综合配线柜等；

d.电源系统模块包括智能电池组件柜、直流馈出柜、交流进线柜、交流馈出柜、逆变电源柜、通信电源柜。

设备屏柜尺寸为2 260 mm×600 mm×600 mm（高×宽×深）。屏柜采用前接线、前显示装置，双列靠墙布置，屏正面开门，屏后面不开门，具体见图1。

3.2.2 间隔设备预制舱（Ⅱ型）

舱内二次设备划分为4个模块化二次组合设备：

a.主变间隔设备模块包括主变保护柜、主变测控柜、关口计量柜；

b.220 kV／110 kV间隔设备模块包括220 kV母线保护柜、110 kV母线保护柜；

c.公用设备模块包括对时扩展时钟柜；

d.电源系统模块包括直流馈出柜、智能电池组件柜。

设备屏柜尺寸为2 260 mm×600 mm×600 mm（高×宽×深）。屏柜采用前接线、前显示装置，双列靠墙布置，屏正面开门，屏后面不开门，具体见图2。

3.3 预制舱舱体技术条件

3.3.1 预制舱结构及尺寸设计

舱体宜采用轻型门式钢架结构，主钢架采用等截面实腹钢架，柱间支撑间距应根据箱房纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当不允许设置交叉柱间支撑时，可设置其它形式的支撑；当不允许设置任何支撑时，可设置纵向钢架。在钢架转折处（边柱柱顶和屋脊）应沿舱体全长设置钢性系杆。

舱体宜采用双坡屋顶结构，屋面坡度不小于5%，北方地区可适当增大屋面坡度，预防积水和积雪。

当运输条件受限时，预制舱尺寸也可根据实际工程情况适当调整，具体尺寸见表1。

图1 公用二次设备预制舱（Ⅲ型）布置图

图2 间隔二次设备预制舱（Ⅱ型）布置图

表1 舱体尺寸mm

3.3.2 预制舱与外部线缆接口方式

预制舱内推荐采用集中配线方案，将外部线缆统一引入到预制舱内一处，从该处至舱内其他设备的接线预先已经完成，该接线端作为预制舱与舱外连接的唯一接口，具体见图3。

4 预制式智能控制柜

预制式智能控制柜经优化整合后柜体尺寸为800 mm×600 mm×2 000 mm（宽×深×高）。

将传统模拟屏取消，以触摸液晶屏替代。对开关本体采用预制光／电缆来取代端子排方式，实现标准化接线。柜内二次设备均采用标准机箱。

采用双层不锈钢结构，内层密闭，夹层通风。柜内具有散热和加热除湿装置，在温湿度传感器达到预设条件时启动。智能控制柜内部环境能够满足二次元件的长年正常工作温度、电磁干扰、防水防尘条件，不影响其运行寿命，具体见图4。

图4 预制式智能控制柜外形布置图

5 二次设备模块间标准化接口

每个模块的屏柜整体配置均采用一体化底座，模块内装置一次上齐，内部接线由设备厂内完成，方便运行维护管理。

本次方案采用的模块化与传统意义上的屏柜安装不同，每个模块在出厂时一次建成，按远期规模预留安装位置，模块内配线厂内完成，以主变间隔模块为例，见表2。

表2 主变间隔模块配置

主变间隔模块按远期9面柜一次建成，需要从以下方面对模块化设备进行标准化接口：

a.装置尺寸要求统一。经过分析，本、远期只有主变模块设备数量不同，目前二次设备厂家装置尺寸基本相似，即保证测控装置的安装统一；

b.装置对外接口要求统一。在智能变电站中保护、测控等装置接口均采用光口，但光口类型有LC圆口，ST方口，为考虑远期预留设备安装方便，接线简单，采用统一LC接口。

采用模块化标准接口，考虑远期、一次建成方案，可以有效提高现场工作效率，有利于生产设备的标准化、模块化。

6 屏前接线标准化

为实现不同厂家设备在柜内能通用化、模块化的安装，各厂家“前接线、前显示”式二次装置安装固定及装置前面板（液晶面板）位置统一。二次设备装置安装（固定）处与装置前面板距离为130 mm，安装（固定）处至装置后部应不大于350 mm，装置前面板必须为一平面，装置前面板宽度统一为447 mm，装置前面板与柜门距离为85 mm。

7 结束语

综上所述，一、二次设备智能化的集成整合［5］，设备厂家设计、生产、整体调试、整合效果将大大提高，对内具备完善控制、保护、诊断等功能，对外具有数字化、标准化信息接口，并发挥不同功能作用。这些智能体能够在智能化电网控制决策系统的协调控制下，既相对独立又友好合作，共同完成智能电网的运行目标。

［1］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能变电站整体设计方案［J］.电力建设，2012，33（11）：1－5.

［2］柳国梁，张新育，胡兆明.变电站模块化建设研究综述［J］.电网技术，2008，32（12）：36－38.

［3］张幼明，高忠继，黄 旭.智能变电站技术应用研究［J］.东北电力技术，2012，33（5）：12－14.

［4］黄少雄，黄太贵，程 羽.智能变电站信息一体化平台建设方案研究［J］.东北电力技术，2012，33（2）：32－34.

［5］王 冰，徐明宇，穆兴华.智能变电站二次装置整合测试方法研究［J］.东北电力技术，2015，36（1）：11－13.

Secondary Equipment Modular Design

LIU Tao，LIU Ming⁃yue
（Shenyang Electric Power Survey＆Design Institute，Shenyang，Liaoning110003，China）

Combining relevant requirements in state grid corporation of China based on 220 kV substation，the concept of module and the general idea are introduced.Modular two combined equipment to maximize the realization of the substation construction standard is adopted，factory construction achieves the reduction of resources consumption and land use，it can improve work efficiency，reduce the cost of construction and operation.

Modularization；Prefabricated；Prefabricated cabin

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）05－0035－04

刘 涛（1982—），男，工程师，从事220 kV及以下变电站电气一、二次设计工作。

2015－01－22）