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关键词:变电站;技术方案;绿色;造价对比
中图分类号:TM633 文献标识码:A随着城市建设及电网的飞速发展,传统的变电站建设模式逐步转变,并有了发展的契机。根据变电站建设中的节能、环保、抗震、标准化的要求,通过研究及应用,钢结构作为一种新型建筑材料,凭借其优越的特性,逐渐成为变电站发展的一个新的方向。
一、钢结构变电站与传统变电站技术方案差异分析
以优化110kV变电站建筑物建设作为研究内容,以装配式建筑作为研究方向,选用钢结构作为研究载体,充分体现了钢结构强度高、自重轻、韧性好、安装机械化程度高、低碳环保可重复利用。按钢结构多层布置形式(户内GIS)做方案,并与普通混凝土结构从建设规模、电气主接线、配电装置布置形式及综合楼结构形式及造价、项目建设过程、绿色、运行等方面进行对比,从而总结出最适合变电站的钢结构建设模式。列举南网标准设计G2a方案与钢结构多层布置方案进行对比,分别从等方面进行比较,详见表1。
(1)电气部分差异
①主要差异体现在10kV并联电容器容量的选择、主变压器的布置,主变与GIS间隔之间采用电缆连接,压缩GIS间隔布置,充分利用GIS配电装置室空间。②接地全暗敷、预制式电缆竖井、力缆采用电缆线夹悬吊安装。③由于墙体采用厚捷彩板装饰板配100型隔墙龙骨+6层12厚耐火纸面石膏板+岩棉,后期无法进行动力线路、照明线路、插座、灯具等安装,因此在综合楼主结构系统及围护系统生产前提前考虑电气管线敷设。变电站内所有配电箱及插座采用暗敷于建筑墙体内,动力、照明电缆线路水平方向采用槽盒沿墙明敷,垂直方向穿PVC管沿主结构系统敷设。④钢结构多层布置方案在标准设计的基础上调整了平面布置,主变旋转90°布置,将GIS设备移到了首层,方便GIS设备吊装及110kV电缆进线;电容器室设置在二层。
(2)土建部分差异
传统变电站采用的现浇钢筋混凝土结构、砌体填充墙的建筑形式,由于受力构件需现场搅拌混凝土浇筑成型,存在着施工现场噪声大、粉尘多且施工周期较长、生产效率低,施工速度慢,对周围环境影响大、建筑材料不可回收利用,工人劳动强度大,质量控制难等弊端,愈来愈不适应社会发展的要求。随着科技的进步与发展,标准化、简约化、预制模块化已成为变电站建设的新目标,采用预制装配式建筑是实现这一目标的有效手段。①综合楼地上部分采用钢结构,柱子选用工字型钢柱,梁为工字型钢梁。梁柱间用腹板高强螺栓连接,翼缘现场焊接。钢梁、柱表面均喷涂红色醇酸底漆、白色防火防腐面漆,钢柱外包防火板,满足钢结构防腐防火要求。地下部分采用混凝土结构,底板、侧壁采用现浇钢筋混凝土,柱子采用混凝土内藏工字型钢柱。楼面采用楼承钢板组合楼盖,屋面采用轻钢结构坡屋面,室内楼梯采用钢结构楼梯,内外墙采用组合式墙板,防火墙两侧各设双层防火石膏板,满足变电站防火要求。②站区设综合楼一座,半地下一层、地上两层。其中,半地下一层布置消防水池、电缆层,地上一层布置主变室、10kV配电装置室、110kVGIS室、蓄电池室等,地上二层布置主控室、电容器室等。与标准设计建筑面积一致,将GIS设备等大体量设备从原6.5m层下放至1.5m层,可降低建筑物重心,减轻地震反应,并且降低综合楼总高度,紧凑布置。③标准设计方案中屋面被划分为3块,每块的标高都不一致,建筑外立面被分割得较为零碎。钢结构方案通过调整功能房间布置,统一了整栋建筑物的屋顶标高,并采用坡屋面的形式,结合钢结构的特点,全面展示现代化工业建筑大气、厚重的风采。④变电站围墙按通透式围墙设计,主体采用装配式方管钢柱配铁艺围墙,与周边环境相呼应。⑤所有钢构件、墙体、屋面均采用厂家成品、现场安装。可减少现场湿作业工程量60%,减少建筑垃圾量80%,缩短施工工期50%。⑥绿色环保和可再循环材料使用量占所用建筑材料总重量的70%,充分体现了电网绿色环保、可持续发展的建设理念。⑦施工实现标准化作业,易于质量控制,并有效减少现场作业工期。
(2)主要差异经济比较
由上述可以看出,钢结构多层布置与传统变电站的差异主要体现在综合楼结构部分,因此仅对该部分进行经济比较,见表2。
由表1可看出,采用钢结构方案,综合楼建筑工程造价比常规钢筋混凝土方案增加256万元,约增加22.8%。增加部分相对于整个变电站的投资而言,仅占总投资的约4%。综上所述,钢结构与钢筋混凝土结构相比,在使用功能、材料性能、受力特点、设计、施工工艺和工期、环保节能以及综合经济方面都有优势。
二、钢结构应用于变电站中的特殊性
与其他钢结构建筑物不同,变电站是电力系统中转换电压、接受和分配电能的电力设施,决定了变电站要设置大量埋件来安装设备,要有大量线缆、埋管穿梭于各个设备间,要有很多设备开洞等来满足今后设备的安装、运行要求。因此,设计图纸要全面,预埋件、穿管、配电箱等位置要准确。需要设计院与厂家密切配合,有效沟通来达成一致。
结语
预制装配式建造模式需要现代预制件、钢构件工厂作支撑,需要对传统土建工程招标及标段划分作调整,需要对采购方式与施工组织重新定义。全预制装配式变电站的建设,通过工厂生产预制、现场装配安装两大阶段缩短土建施工周期,减少工程建设人员,简化检修维护工作。通过探索实践,完善出设计、加工、施工、管理、定额等标准,从而有效地控制工程质量、建筑周期和工程造价。其标准化设计、工业化生产、集约化施工,使变电站建设走向科技含量高、资源消耗低、环境污染少、精细化建造的道路。在科学技术发展的推动下,全预制装配式变电站的技术、产品和实施经验一定会很快地成熟起来,必将成为变电站建设的重要选择方案之一。
但是,在加快电力建设的同时,也存在着电力工程建设质量下降,安全事故增多的问题,这些问题的存在,将直接或间接引发电力设备投运后,运行不稳定和可靠性差等安全隐患。为此,国家颁布了《建筑工程质量管理条例》和一系列有关提高工程质量的强制性条文,在由设计到施工等各个环节中,从技术和材料上严把质量关。在整个变电站的设计工作中,土建设计和工程建设的质量直接影响到变电站建设的整体质量,土建设计是整个变电站设计的领军力量和重要组成部分。本文笔者主要结合实践经验,对变电站的土建设计三个阶段的设计要点加以总结和分析,在此基础上再对变电站土建的优化策略提出了几点意见,以期为变电站提高工程建设质量提供有利借鉴。
关键词:变电站;土建设计;要点;优化措施
中图分类号:TM63文献标识码: A
前言
随着我国经济的迅猛发展,供电网络的不断优化,对变电站建设的要求也逐步由传统型向多元化、智能型方向转化,土建设计作为变电站设计的先遣军,更以其合理化、人性化、和科学化的最优化组合,向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。下文主要从设计要点及优化措施等方面对变电站土建设计进行探析,以实践经验和标准化设计相结合的方法,实现变电站、人、环境的相互和谐。
一、变电站土建设计要点分析
变电站的土建设计主要包括:方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段。下面对这三个阶段的设计内容及要点进行分析和总结。
1.变电站土建设计前期准备工作要点分析
(1)选址:①变电站地址的选取首先要满足功能性要求即靠近负荷中心;进出线方便;交通便利,满足大件运输条件;②了解站址范围内规划、土地、环保等部门的相关要求;③该站址处地势如何,是否满足50年一遇或100年一遇的洪水位和内涝水位要求;④站址应严禁选在四类场地建设(如断层、滑坡、坍塌区或山区风口地带)等,尽量避开不良地质地带建设;⑤详细了解站址周围环境情况(如是否有军事设施,采矿区),污染级别,如位于污染较严重的地区,应设在当地最小风频的上风侧,确保污染影响的最小化。总之,站址宜选在进出线开阔的走廊地带,便于埋设电线和进出线的架空。
(2)选址可行性分析
对进行变电站可行性进行研究分析,并对批复站址的建设进行详细的方案论述,解决可行性为主要目标。与选址相比,批复站址的可行性研究必需重在论证隐蔽设施及地基处理,占地大小,经济作物、拆迁赔偿或林业赔偿等方面。①隐蔽设施及地基处理:评价站址的稳定性,分析站址附近有无溶洞、滑坡、不良地质情况等,并对存在的威胁提粗防范方案。②占地大小:按照我国变电站的标准化设计方案进行平面设计,再依据我国土地资源有限、紧缺的实际情况,根据具体优化设计方案,有助于规范设计及运营后的维护管理。③经济作物、拆迁赔偿或林业赔偿:对建设变电站所需的经济作物、林业、拆迁赔偿等费用,进行详细分析,并在后续的工作中计算费用。
2.土建初步设计要点
(1)总平面设计
按照国家设计标准以及电力系统规程,少占用地,提高土地利用系数,并将道路的运输、进出线位置、道路引接、安全距离等作为设计重点。
(2)建筑结构设计要点
依据规范规定,平立面布置:在满足功能性要求的前提下,尽量采用平面规整,体型简单的结构方式布置,建筑物高度 以3.6m为界,小于3.6m 可采用砖混结构,大于3.6m 则必须使用钢筋混凝土结构,提高抗震及承载力指数。
(3)竖向设计要点
平坡式和阶梯式是竖向布置的主要模式。这两种布置设计均应对填挖方量进行平衡,尽量减少平整填挖方量。
(4)地基处理要点
综合考虑施工难度和经济效益,选择最优的地基处理方式。
3.施工图设计要点
初步设计完成后就是施工图设计阶段。这个阶段是指实际应用已经审查批准,根据国家标准和初步设计审查通过的设计进行设计的阶段。为提高施工图设计质量和施工效率,可通过以下几点达到目标:①设计前认真核实相关的资料和尺寸等 ②以标准化设计为参考进行设计;③各专业间衔接资料互提,避免沟通不畅出现问题;④建立施工反馈机制,以便及时解决问题。
二、变电站土建设计优化策略分析
1.择优选择变电站站址方案
一般站址的选择方案不止一个,对比多个站址方案择优选择。并由相关专家对选择的站址方案的可行性进行分析。重视专家的相关建议,选择最优的的施工图设计方案,并选出备用方案。
2.构建方案的设计优化
在变电站的建构方案设计中包括有结构方案设计、暖通风和水工设计方案、平立面设计方案、地基处理等方面。为减少占地面积,对变电站构建设计采取联合布置方式。①结构方案设计:以钢筋混凝土框架结构为主,在支架和构架上采用钢结构,并综合考虑抗震防裂程度;②暖通风和水工设计方案:主要满足消防和设备的运行需求;③平立面方案设计:主要达到各功能房间空间充足和立面美观大方的要求;④地基处理方案设计:若所需填土较厚则采用强夯法;地址好则可采用天然地基处理技术;淤泥较厚的情况则可采用灌注桩管桩法、水泥土搅拌桩和预压法。
3.站区消防和排水系统设计优化策略
详细分析站址周边的公共设施情况,消防给水和生活给排水尽可能利用市政供排水管网,满足供排水需求。变电站的消防系统设计,可根据建筑物间的距离,衡量是否满足消防规定标准间距要求,若未达标,则设置防火窗或防火墙。对于变电站的排水系统也可采取分流排放的方式。
4.屋外构支架的设计优化策略
根据电气主接线方式选择屋外构支架结构类型以及布置方法。采用联合构架方法减少占地面积和纵向尺寸,对于一些间隔还可设置两个间隔为一跨,在构架纵向的中段可设置单端支撑。对于屋外的构支架材料,如钢管杆和水泥杆,使用 LCC全寿命比较分析法进行分析。选用与变电站使用周期相一致的材料,能有效降低成本。
5.电缆沟、围墙、暖通系统的设计优化策略
电缆沟尽量采用现场装配的方法,并结合数字化变电站工程施工的特点,使用预制电缆沟与预制电缆槽盒相结合、电缆埋管等方式,直接取消或者减少地下电缆沟的数目。对于围墙的设计则实施现场装配方式,可提高施工效率。对于变电站暖通系统设计,则可设置为节能变频空调或者节能型排风机。能够有效降低总能耗,降低运营成本。
6.暖通系统设计的优化策略
在土建工程建设过程中,为了实现水资源的节约,通常在建设变电站内的卫生间时,采用智能环保的卫生间。因此,技术人员在设计暖通系统时,通常都会设置节能型的变频空调以及排风机,以便降低整个变电站全年的能源总消耗量。
7.绿色电网设计的优化策略
现在国家提倡建设绿色电网建设的口号,设计人员在设计中要充分考虑采用节能环保的建筑材料,同时要考虑它经济实惠政策在不超出初步设计批复投资的情况下,尽量用国家允许采用的节能环保材料,努力建设安全、可靠、绿色节能的变电站,是我们共同的奋斗目标。
结语
变电站的土建设计在实际进行中,会受多种条件制约,因此,在设计中有着很大差别。变电站土建设计人员应结合实际情况,做到因地制宜,灵活变动。做好土建设计三个阶段的工作,并优化设计方案,合计出科学合理的变电站土建工程设计方案,为建立高质量的变电站打下坚实的基础。
参考文献:
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[4]郭琳容.变电站土建设计要点及优化策略研究[J].中国高新技术企业, 2012.
一、当前变电站设计阶段控制工程造价过程中存在的问题
1缺失对变电站可行性研究报告的分析,使得资源遭到浪费。
在实际设计过程中很多施工企业都不能对现场进行全面调研,不能及时分析市场环境和周围状况,使得项目出现盲目上马的现象。在设计初期存在的问题会对工程未来建设产生直接影响,使得工程后期运行困难,难以交工。另外,在建设过程中由于没有进行设备试验,在工程建设过程中就会出现资源浪费现象,严重影响造价控制。
2勘测变电站的地质状况较浅,设计差错较多。
近几年为了满足电力行业的快速发展,变电站建设速度不断加快,但是却出现了勘测和调研不深入的问题。各地区的电力系统尤其是内部设计单位,这些单位同一时间有时要完成多个设计项目,工作任务量极大,所以在设计过程中常常出现漏洞,使得设计质量降低,造成设计成果粗糙的现象。但是为了满足变电站建设需要,这些设计单位不得不照搬设计方案,不能结合周围实际状况,严格按照周边环境进行设计,导致工程资源遭到大量浪费,不能进行全面的造价控制。
二、国外变电站设计阶段造价控制的具体方式
1建立了科学的工程设计阶段招投标制度。
美国在变电站建设过程中采取了适当的方式进行变电站造价控制,在设计前期阶段要结合实际需要对比多个设计方案,通过研究和论证评估各个方案的价值,并在这一基础上通过相应的技术指标全面考察,最终选择适当的设计方案。在选择方案时通过运用多种方法,比如对比分析、经济分析以及效果评价等,尽量选择在现有条件下最合理的方案,使得变电站工程质量得到保障,且投入最小,经济效益最高。美国在建设变电站时特别注重工程的实效性,变电站没有豪华的设计,仅仅是较小的建筑,仅在变电站前进行标注,这种方式能够节约大量人力物力资源。
2采用限额设计和动态管理的方式。
与美国不同,德国和日本等发达国家在进行变电站设计阶段的造价控制时选择限额设计方式,首先要确定变电站的具体建设规模、标准以及结构形式等,然后再依据变电站的功能进行设计和概算。进而再依据初步进行的设计和概算对各个专业设计文件进行决策。另外,在管理过程中选择应用计算机动态管理系统,这种系列充分运用的计算机互联网技术,对变电站的工程进展状况能够全面管理和监控,使得建设投资能够有效控制在合理的范围之内。德国的投资控制方式是动态的,能够针对市场变化和各种投资因素来确定工程成本,进行全面的造价控制。
三、优化变电站设计阶段造价的具体方法
1全面调查变电站项目投资前期环境,编制详细的可行性报告,论证项目建议书。
在项目建设过程中必须要编制可行性研究报告,在研究过程中要对项目的可行性进行全面调查,包括项目建议书、工程设计方案等。通过调查研究再确定具体建设地点,全面论证变电站建设的意义和作用,为编制可行性报告研究书提高必要准备,具体要从以下几个方面入手:
(1)对建设地区的能源状况和电力布局状况进行全面分析,阐述构建变电站的重要意义。在调查过程中要研究优先候选厂址的具体状况,对其周围环境和经济状况等进行全面调研,通过综合的调查和测试选择最适宜的厂址,编制厂址选择安全评价报告。
(2)研究设计工程技术方案。工程技术的选择对于整个变电站建设有着重要意义,所以必须要根据变电站选址和相关电力调度的具体状况选择恰当的工艺设计标准。
(3)合理选择施工材料和供应商。主要包括确定施工设备、列出设备和材料购买清单,确定材料标准。
(4)以及建设实际环境编制选址阶段的相关环境影响报告、建设项目环境评价报告以及职业安全卫生专篇。
(5)列出工程建设以及具体的运行方案,其中包括了工程的管理方式、承包方式、工程量的具体估算、建设进度要求、维修检测制度以及相关工作人员的编制方法和培训方式等。
(6)估算工程投资,提出具体的资金需求量以及资金筹措方式,全面分析项目的经济效益,从经济角度分析项目可行性,进行工程造价控制。
2构建科学合理的设计竞争机制,引入勘测设计招投标机制。
在变电站设计阶段可以采用竞争机制,通过这种方式能够有效提高各个设计单位的危机意识,使其不断提高自身设计质量,设计出适合的方案。另外,要构建规范公平的设计招投标市场,改变当前设计投标混乱现象,实现公平竞争,选择真正优质的设计方案。在实际工作过程中要将变电站工程设计工作推向市场,加大工程勘察力度,选择出质量最优、工期最短且投资最省的方案,实现变电站建设效益最大化。
3完善限额设计方案,引进动态管理方式。
在变电站设计阶段限额设计是极为重要的控制工程造价的房还是,通过方案比较和优化设计有效提高项目管理力度,所以在建设过程中应用有效采取这一种方式。具体包括以下几个方面:一是促进工作标准化发展,建立资料累计制度;二是材料计算机网络技术,实现信息市场化发展。这样才能够进一步促进动态管理方式在变电站初期阶段造价控制的应用,有效实现变电站造价控制,提高变电站经济效益。
结语
【关键词】 智能变电站 二次保护系统 运维管理模式
在社会迅速发展,人们生活水平不断提高背景下,各行各业及人们的日常生活在用电量上均提出了更高要求。智能变电站较传统变电站能更实现经济、安全、可靠用电需求,目前智能化变电站已成为变电站建设的重要发展趋势。智能变电站二次系统运行与维护的管理质量对其运营效率有决定性影响,因此在准确把握智能变电站特征基础上,探讨智能变电站二次系统运维管理的有效模式,对提高变电站工作效率与经济效率有重要意义。
1 智能变电站概述
1.1 智能变电站及其特征
智能变电站是利用集成、环保、可靠而先进的智能化设备,以信息共享标准化、全站信息数字化与通信平台网络化为要求,在高速网络通信平台上实现信息传输,并自动完成采集信息、信息测量与控制、信息保护和计量、最终检测等功能,同时根据实际需要支持电网实现自动控制、动态在线分析与决策、协同互动与智能调节等诸多高级功能的智能化变电站。
1.2 智能变电站与传统变电站的区别
智能变电站与传统通变电站有本质区别,实现了一次智能化,二次设备网络化,基于IEC61850标准建设的智能变电站二次系统设备的输入/输出电气连接端子接口逐步被网络通信接口取代,通过网络通信实现分布功能,取代了传统变电站的二次回路,使二次回路概念发生了巨大的变化。通过网络将分布在不同区域、操作相对独立的多台智能设备连接起来,再配置相应的网络操作系统和应用协议,在原本独立的设备之间实现软硬件资源共享和信息传递。由于设备间的连接是基于网络传输的数字信号,原有二次回路中点对点的电缆连接被网络化的光缆连接所取代,已不再有传统的端子的概念。因此在智能变电站日常维护、巡视及二次检修工作布置安全措施时,与传统变电站有很大不同。因此,在智能变电站运维工作中,需使用新技术、新方法和新的管理思路展开维护。图(a)是传统站结构图,图(b)是智能站结构图(如图1)。
2 智能变电站二次系统
在智能变电站中应用多功能智能电子装置与先进通信网络,促使二次系统相应设备形成了空前融合,同时也给二次系统的运维管理提出了更大挑战。相较于传统变电站而言,智能变电站二次系统在信息采集方式、数据传输方式与设备集成度上有很大不同,为方便变电站中各种智能设备IED的管理以及设备间的互联要求,提出了一种公共的通信标准--IEC61850,定义了变电站信息分层结构,采用了面向对象的数据建模技术。由于智能变电站智能终端、合并单元就地化,进行保护系统例行试验时技术难度、安全风险也较常规变电站更大,如进行扩改建现场技术要求和安全风险预控更是要求严格。在变电站二次系统运维管理中,验收管理、缺陷管理和倒闸操作是三个重要环节,通过加强对智能变电站在运行与维护全过程中实现风险控制及资源整合优化,为智能变电站的稳定运行提供有力保证,同时促使智能变电站运行效率大幅提高,降低安全风险。
3 探讨智能变电站二次系统运维模式的分析
3.1 验收管理
智能站二次系统属于智能变电站中关键、核心技术,具有较大技术难度,其技术标准与规范还在初步建立中,相应技术更新较快,同时验收人员在设备调试与运行检修中还缺乏实际经验的有效积累。为确保智能变电站二次系统可顺利展开验收工作,避免因验收不到位导致二次系统潜伏安全隐患,故而在展开智能变电站调试时,即需展开二次系统验收的准备工作,这需从以下几方面展开:(1)组建二次系统验收组织机构。按照验收成员岗位职责与特长专业合理分工,将参与人员分为资料验收小组、现场二次设备验收小组。(2)强化验收人员智能变电站运维技能。组织验收成员展开技术标准与相应规范的培训工作,可通过技术专家讲课,学习国家电网智能变电站技术标准、运行规范,组织相关考试等方式,确保每位验收成员均能准确掌握相应标准与规范。在智能变电站二次系统现场检验中,网络通信测试是重点,在验收管理中要展开网络延时测试、通信接口检验、通信功能检验等,其中通信功能检验主要是对通信网络异常时的智能变电站二次系统运行情况进行检验,主要包括:设备和MU或交换机采样值通信中断测试、采集器与MU通信中断测试、交换机与设备的GOOSE通信中断测试、站控层的网络测试、交换机GOOSE与ICU通信中断测试、过程层的通信异常则是与通信端口的能力测试等。(3)提前介入智能变电站调试安装。智能变电站验收分为出厂验收和现场验收,做为运维人员应在出产验收时就介入其中,参加SCD文件配置正确性检查、主要设备单体功能试验、设备间通信连接及互操作试验、自动化系统主要功能试验。现场设备安装完后进入调试验收阶段,运维人员应跟班全程参与验收参与外观及版本检查、绝缘检查、GOOSE及SV检测、保护单机调试、不同间隔之间对调、检修压板功能检查、电流回路电压回路检查、一次升流一次升压试验等。同时,资料验收小组应收集二次设备相关资料,编制现场运行规程。(4)对验收标准化的作业卡制度予以严格执行。严格按照国家电网公司智能变电站验收规范制定标准化验收卡,根据验收卡内容逐项验收,对验收中出现的问题予以准确分析与判断,将之汇总起来制成二次系统验收报告。同时,根据问题严重程度合理分级,将不会对设备运营造成影响的缺陷归入缺陷闭环管理系统。
3.2 缺陷管理
3.2.1 掌握缺陷合理评价方法
智能变电站二次系统专业管理部门应制定缺陷专项评价标准,定期开展设备缺陷评价活动,在评价缺陷时应采取通讯、保护与自动化跨专业联合会审方式,分析构成缺陷发生原因形成缺陷风险评价报告,对各缺陷等级予以合理确定,在此基础上探讨相应缺陷处理方案与控制措施。若缺陷无法及时消除,则应按照风险评价报告采取有效的预控措施,并制定事故应急预案,通过加强现场巡视及远程巡视等手段跟踪设备运行情况。
3.2.2 制作缺陷台账并加强管理
应建立智能变电站缺陷管理台账系统,为智能变电站二次系统缺陷展开专项分析提供便利,同时搭建智能变电站二次系统检修实施平台。管理人员应对智能变电站中缺陷状况予以定期分析,将传统站和智能站相同设备缺陷处理情况展开横向周期对比,纵向比较同一台设备的缺陷处理档案,准确评价设备运行状况,从而制定变电站二次系统运行的巡视计划。如在某市一智能变电站对“电子式互感器采集卡死机”这一缺陷进行处理时,专职管理人员经纵向与横向分析缺陷处理档案,确定在未有效治理缺陷时,电子式电流互感器采集卡具有较大功耗,有严重发热现象,散热效果较差。通过分析,管理人员提出,运行人员应将加强设备特巡,开展加强红外测温,加强监视对设备缺陷跟踪,确保在未有效治疗缺陷时,设备可安全、稳定性运行。
3.2.3 消除缺陷的管理措施
在消除缺陷时,应对“2分析+2方案”管控模式予以合理应用,落实智能变电站缺陷管理。“2分析”是风险评估分析和缺陷原因分析,而“2方案”是消除缺陷方案和缺陷消除的验证方案。经分析、处理和验证三环节循环开展,可为智能变电站消除缺陷的质量提供保证。当二次系统中存在重要缺陷时,专业管理部门应和生产单位技术人员加强沟通,召开缺陷消除专题会议,以会议纪要形式确定缺陷消除方案与消除时间,保证缺陷消除质量。
3.3 安全风险管理与控制
智能变电站二次系统具有高度集成性,有明显网络化特征,在扩建中的安全风险远高于传统变电站。某智能变电站在投运后进行了6个10kV间隔与2个110kV间隔扩建,在扩建过程中通过有效风险控制措施,确保了扩建间隔期间智能变电站运行的安全性与稳定性。同时,在变电站二次系统运维管理中,加强定期隐患排除是重要工作内容之一。如专业管理部门对于某一智能变电站积极展开设备的特巡与现场专项检查活动,通过检查发现,在该变电站中发现了“例行后修试记录不规范”与“110kV故障录波装置无法手动录波”等6个缺陷和问题,有效排除了安全隐患,为变电站安全、稳定运行提供了有力保证。
参考文献:
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关键词:智能变电站;电力系统; 发展
中图分类号:TM7文献标识码: A
前言
当前智能电网已经成为国内外电力发展的潮流,也是系统领域的研究热点。中国从2009年国家电网公司提出建设智能电网的目标到政府工作报告和国家“十二五规划纲要”明确提到智能电网建设,发展坚强智能电网已经从企业行为上升到国家战略的高度。在这种新形势下,国家863计划先进能源技术领域部署了智能电网第一期关键技术研发的重大项目,针对大规模集中接入间歇式能源并网技术、高密度分布式电源并网技术、支撑电动汽车发展的电网技术、大容量储能系统、智能配电与用电技术、大电网智能调度与智能输变电技术等研究方向设置了多个课题。可以说,建设智能电网在我国已形成共识。
智能变电站作为智能电网的重要支撑环节,受到了人们大量关注。与传统变电站相比,智能变电站在安全性、成本、环境影响和维护方面都有着绝对的优势,因此,作为变电站的发展方向和智能电网建设的基础要求,智能变电站建设对推进智能电网的构建具有重要的意义,本文分析了智能变电站建设对电力系统的影响。
1.智能变电站的特点
智能变电站是指建立在统一通信平台基础上,通过智能一次设备、二次设备的网络化连接和信息的数字化传输,实现信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能和各种高级应用功能的变电站。
1.1 一次设备智能化。通过在一次设备嵌入智能传感器和安装智能组件,实现一次设备的采样和控制就地数字化,一次设备与保护、测量、计量、控制和状态监测等设备之间的采样数据和控制命令均通过光缆传输。
1.2 通信规约标准化。所有智能设备均按IEC61850建立信息模型和通信接口,设备间实现无缝连接,各类设备按统一的通信标准接入变电站通信网络,实现信息共享。
1.3 提高运行自动化水平。智能变电站以构成面向系统的应用,实现区域和全局功能的协调,支持具有在线决策、协同互动特征的各种高级应用,可实现更多、更复杂的自动化功能。
1.4 功能集成和结构紧凑化。随着智能化技术的发展,一次设备将与各种功能传感器及智能电子设备有机的结合在一起,变电站自动化系统在结构上更加侧重于物理集成和功能集成,传统意义上的一次、二次设备的融合更加紧密,专业划分界限也更加模糊。
2.智能变电站的建设模式
智能变电站是采用可靠、先进、低碳、环保的智能组件,以全站信息的数字化、信息共享标准化和信息通信的网络化作为基本要求,对信息自动完成采集、计量、控制、监测、保护并进行控制等功能,并可根据智能电网的要求配合完成智能调节、友好互动、新能源接入和用户协同互动的高级变电站。
2.1 数字化模式
这种模式是以数字化变电站为核心,实现一次设备的智能化和二次设备的网络化为目标,构建在IEC61850 通信规约的基础上,在变电站内实现信息的共享和互操作功能。通常数字化智能变电站要求每个间隔完成保护、测量等功能时都需要多台设备协同工作,这种建设模式虽然实现了智能变电站的基本功能,但由于其造价高、设备利用率低而急需进一步完善和改进。
2.2 分散式模式
国家电网公司针对不同电压等级的变电站提出了不同的智能化建设方案,其中针对110kV 及以上的智能变电站采用分散式的模式。这种模式更强调保护系统的重要性,保护是基于间隔建设的,采样数据的传输基于IEC-61850-9-2 标准并以GOOSE 组网的方式传输,这样就使整个保护系统的可靠性大为提高,可不依赖于变电站内的信息传输网络,整个自动化系统的间隔被分为了保护间隔和测控间隔两部分。因此该模式造价高,特别适用于高电压等级的变电站。
2.3 集中式模式
由于35kV 及以下变电站对于智能化的要求与高电压等级变电站不同,因此其智能化的建设模式也不一样,35kV 及以下变电站宜采用集中式的智能化建设方式。整体的结构也同样是三层结构两层网络,同时为节约资金,在站控层可将监控、管理、安防等集约在一起;在间隔层以两台主机实施全站保护,同时集约母差保护、备自投、智能后备保护和接地选线等功能;在过程层用智能化的组件代替智能终端、简单保护、合并单元、状态检测等设备。
3.智能变电站建设对电力系统影响
2009 年5 月,国家电网公司正式提出了“建设坚强电网”的新概念,并且计划在2020 年基本建成坚强智能电网,从此,便拉开了我国智能电网研究与建设的序幕。智能变电站是智能电网的关键环节,对电力系统有着非常重要的影响,以下就对智能变电站对电力系统的影响进行深入研究:
3.1 电磁式和电子式互感器
智能变电站建设使用了电子式互感器,提高了数据传输的速度和精度,解决了电磁式互感器的“饱和”问题。电子互感器是由多个电流、电压互感器组成的装置,其传输的信息量与被测量量成正比,通常一组电子式互感器与一台合并单元组合实现其功能。通常传感单元和合并单元共同组成了电子式互感器。其中传感单元为远程装置,安装在变电站的一次侧,负责高压信号的采集和整理,并将高压信号转换为数字信号。合并单元通常安全在二次侧,负责同步合并处理传感单元远程传输的信号。
图1 电子式互感器的基本构成图
3.2 智能组件带来的强大功能
智能组件是智能变电站的核心部件,主要由智能设备构成,可以实现对电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。例如对于智能开关的应用,由于其具有智能控制、选相位分闸、机械储能以及电容储能间的相互转换等功能,因此可以有效地提升变电站的在线监测和诊断。在具体应用过程中,可以将二次技术与现有的开关设备相结合,对于室内的资源与环境信息系统采用GOOSE 组网方式和智能开关柜相结合的方法,GOOSE 组网方式可以直接将变电站的数据信息传输到网络链路层上,可以有效的确保重要数据优先传输。此外,GOOSE 组网方式还可以使用广播地址的方式进行信息传输。
3.3光纤的使用
智能变电站采用光纤的通信介质取代了传统的电缆通信介质,通过光纤传输采样值和开关状态至一次设备,减少了信息传输对电缆的依赖程度,简化了接线模式并降低了施工的成本,很大程度上改善了电磁兼容的环境问题,各间隔间使用的以太网GOOSE 通信实现了间隔的闭锁、过负荷联切和母线失灵保护等功能。
2.4 IEC61850 标准通信规约的使用
IEC61850 是变电站自动化系统通信所采用的国际统一标准通信规约,采用开放式的IEC61850 通信标准有利于实现信息的互操作和建设标准化。IEC61850 可使得智能变电站的通信标准化,提供了面向对象的建模技术和适应性的操作技术,适应快速发展的通信技术,为智能变电站的标准建设提供了保障。
2.5 保护功能的强化
智能变电站采用实用的图模库和库克隆一体化技术,通过双网双工或双网热备用的方式冗余实现了提高通信系统可靠性的要求,将保护功能独立出来,强化了保护的通信结构和通信方式,根据保护配置原则进行冗余和信息管理系统的结合,强化了保护功能。同时采用面向间隔的原则合理分配一二次智能设备和通信网络,主保护和备用保护分开或双重化的保护独立组屏,保证屏幕界限清晰且具有软硬件隔离的特点,方便了保护设备的运行和维护。
总结
智能变电站是在数字化的基础上,结合现代电网发展的需要,对其进行自动化升级和技术改造,以实现变电站智能化、高效化等特点。智能变电站将推动变电站自动化程度更一步提高,解决电磁兼容问题,减少电缆的使用程度,大幅度降低相应的运行和维护成本。智能变电站的建设应从生产上的迫切需求出发,综合考虑技术上和成本上的可能性,积极探索,稳步开展。