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　　近年来，电力设备技术的发展推动了智能变电站技术的发展，促成了变电站设计理念的更新，变电站设计逐步向工厂预制式模块化发展。本文论述了智能变电站建设背景，对220 kV及110 kV智能变电站系统一次和电气一次模块化设计进行了深入研究，从系统设计、主要设备选型、主接线优化、总平面布置、各级配电装置平面布置角度进行论述，归纳智能变电站模块化建设技术特点及发展趋势，并提出后续努力方向，具有较高的实用价值和技术优势。

　　（1. 国网天津电力公司经济技术经研院,天津 300170;2. 国网客户服务中心,天津 300000）

　　摘 要： 近年来，电力设备技术的发展推动了智能变电站技术的发展，促成了变电站设计理念的更新，变电站设计逐步向发展。本文论述了智能变电站建设背景，对220 kV及110 kV智能变电站系统一次和电气一次模块化设计进行了深入研究，从系统设计、主要设备选型、主接线优化、总平面布置、各级配电装置平面布置角度进行论述，归纳智能变电站模块化建设技术特点及发展趋势，并提出后续努力方向，具有较高的实用价值和技术优势。

　　变电站模块化建设是按照新一代智能变电站技术方向，应用“三通一标”[1]，推行“标准化设计、装配式建设”，在智能变电站技术模式、设计设备、建设模式等方面实现的进一步创新。模块化变电站采用装配结构模式，通过工厂预制生产和现场安装两大阶段建设，这种方式大大减少了变电站的占地面积，并大幅度缩减工期。本文着重从220 kV及110 kV智能变电站的系统设计、建设规模、设备选型、布置方式等方面对变电站模块化建设进行了深入研究。

　　当前，国际国内的经济形势、能源形势正在发生深刻变化。面对新形势、新挑战，加快建设坚强智能电网的需求迫在眉睫。变电站是电力网络的节点，它连接线路、输送电能，担负着变换电压等级、汇集电流、分配电能、控制电能流向、调整电压等功能，变电站的智能化运行是实现智能电网的基础环节之一。

　　模块化智能变电站是变电站建设的一种创新模式，从设计到建设阶段将全过程遵循“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的管理理念，通过电气一、二次集成设备最大程度实现工厂内规模生产、集成调试、模块化配送，减少现场安装、接线、调试工作，建筑物采用装配式结构，工厂预制、现场机械化安装，将工业建筑实现标准化设计，统一建筑结构、材料、模数等，实现设计、建设标准化，有效提高建设质量、效率，提升电网建设能力。

　　2012年以来，新一代智能变电站概念设计方案应运而生，构建了以集成化智能设备、一体化业务系统及站内统一信息流为特征的新一代智能变电站设计方案。2013年，变电站模块化建设研究工作和试点工程又取得了突飞猛进的进展。该工作提出了“模块化建设”的工程建设理念。随着设备厂商设计生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加及电网发展的需求，推动了变电站设计模块化方案的可行性。

　　基于以上现状，本文提出基于220 kV及110 kV新一代智能变电站模块化设计的课题，旨在利用发展的设计理念对变电站的设计进行优化，进一步提高施工效率和施工质量，从设计源头降低建设成本，缩短建设周期。这也是社会发展、技术进步、设备制造工艺水平、设备可靠性提高以及环境保护意识和节约土地资源意识增强的必然。

　　电力系统的规划设计是变电工程前期工作的重要组成部分，是变电站工程设计的总体规划，也是变电站项目实施的方针和原则。系统一次模块化设计理念，即根据各电压等级变电站不同的建设规模，确定主要配电装置和无功补偿配置，并形成模块化拼接方案。在进行系统设计时选择相似模块拼接即可。

　　单台变压器容量一般按180 MVA常用容量配置。对于负荷密度较轻的地区，可以采用150 MVA的变压器，当负荷特别轻时也可采用120 MVA容量的变压器，对于负荷密度特别高的城市中心地区，单台主变压器容量按240 MVA容量配置。

　　一般地区主变压器远景规模宜按3台配置，对于负荷密度特别高的城市中心、站址选择困难地区主变压器远景规模可按4台配置。

　　单台变压器容量一般按50 MVA常用容量配置。对于负荷密度较轻的地区，可以采用40 MVA的变压器，当负荷特别轻时也可采用31.5 MVA容量的变压器，对于负荷密度特别高的城市中心地区，单台主变压器容量按63 MVA容量配置。

　　一般地区主变压器远景规模宜按3台配置，对于负荷密度特别高的城市中心、站址选择困难地区主变压器远景规模可按4台配置，对于负荷密度较低的地区主变压器远景规模可按2台配置。

　　实际工程设计中主变压器台数和容量、绕组数应根据相关的规程规范、导则和已经批准的电网规划计算确定；变压器调压方式应根据系统情况确定。

　　2.2 出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV出线回配置。出线回路数配置原则详见下表1。

　　远景2台主变压器时，110 kV出线 kV出线 kV 出线 kV出线 kV出线 kV出线 kV 出线 kV 出线回配置。出线回路数配置原则详见下表2。

　　容性无功补偿容量按规程要求按主变压器容量的 10%～30%配置，通用设计方案按 10%～15%配置。

　　220 kV变电站应根据需要配置无功补偿设备，每台主变压器根据低压侧电压等级的不同按1~5组无功补偿装置考虑。并联电容器和并联电抗器是电力系统无功补偿的重要设备，应优先选择此种设备，具体工程必须经过调相调压计算来确定无功容量及分组的配置。

　　在不引起高次谐波谐振、有危害的谐波放大和电压波动过大的前提下，无功补偿装置宜加大分组容量和减少分组组数，以降低造价。围绕系统对变电站无功配置的要求，对变电站所需无功总量进行测算，对变电站无功分组容量进行分析，在满足基本功能的前提下对常用无功配置方案进行优化，从补偿度考虑，容量小的电容器组对电网的调节更加灵活；从设备成本上考虑，针对经验选择的分组容量进行的优化，节约设备成本；考虑到地区的运行习惯，合理选择的单台容量还会给运行管理和设备检修提供方便，同时设备的通用性还能延长整组设备的寿命。

　　传统变电站设计时，通常在断路器两侧安装隔离开关，进行检修或维护作业时，打开隔离断口用于隔离相邻线路或设备。这是因为断路器结构相对复杂，早期产品可靠性较低，要保证检修断路器时不影响线路正常供电。而隔离开关结构较为简单，据早期统计表明，一般的断路器维护周期为1～2年，而隔离开关能达到4～5年，可靠性高于断路器。随着断路器技术性能不断改进，现场维护工作量逐渐减少，目前断路器的检修周期一般可达到12～15年，故障率水平远低于隔离开关，设计时更多考虑变压器、架空线、电抗器等设备的维护。因此，为了避免因出现上线路侧隔离开关故障或检修造成的停电率升高，220 kV、110 kV主接线当出线上无T接线时，或有T接线但线路允许停电时，应取消线路侧隔离开关和附带的检修接地开关，仅留快速接地开关。同理，220 kV、110 kV主变进线主变侧隔离开关应取消。但对于双母线接线方式来说，母线侧隔离开关除了用做检修断路器的隔离断口，还要用于倒闸操作，所以出线上母线侧隔离开关不能取消。

　　10 kV电压等级：25或20 kA（实际工程根据所处电网短路电流水平确定）。

　　智能电力变压器是智能组件与变压器的集成。每台220 kV主变压器宜设置1面智能控制柜，布置主变智能组件；110 kV主变压器可结合本体设备配置情况取消独立的智能控制柜，与本体端子箱集成。变压器本体智能终端集成最热点温度预测、发热老化评估及预测、油中溶解气体温度、负荷状况及过负荷能力、分接开关触头磨损、寿命评估、变压器温度平衡、分接开关温度平衡等，有利于变压器运行的安全、可靠、节能。

　　通过GIS厂家完成智能控制柜内部各智能组建的组装，实现厂内接线，厂内调试，智能控制柜与本体一体化运输和吊装，可减少现场接线和联调，缩短工期，提高效率。智能终端、合并单元、监测IED应按工程本期规模按间隔配置。

　　合理利用站区环境和站外道路，优化站内道路，缩减变电站纵向尺寸和横向尺寸，从而减少围墙内占地面积。

　　户外变电站宜利用配电装置附近空余场地布置预制舱式二次组合设备，整舱配送、吊装、就位。改变了原有二次屏柜现场安装、接线、调试模式，改善了设备运行环境，改变了以往安装调试过程中灰尘等对二次设备潜在影响，提高二次设备寿命和系统质量，提高了工程建设效率。户内变电站宜采用模块化二次组合设备，功能分区明确，节省现场接线的工作量，提高建设效率。

　　模块化设计要求设备选型均严格按照工厂预制现场装配的理念设计，一次设备本体加智能组件的方式实现一次设备智能化，智能组件统一由一次设备厂家场内集成，体现模块化设计的高效；电气装置的布置方式采用“单元”布置方式，一台主变所带设备成“单元”分区就近布置，并满足二次接线的要求。开关设备同无功补偿设备分区明确，充分体现电气布置模块化。一、二次设备高度集成，现场只需完成合并单元及保测装置至二次设备室的相关交直流电源电缆及光缆的敷设，全站电缆大幅减少，电缆敷设、电缆施工接线的工作量相应减轻，缩短电缆施工安装周期，节约工程造价。

　　本文通过对智能变电站系统和电气一次模块化设计研究，总结归纳智能变电站模块化设计技术特点。模块化设计改变了传统变电站设备选择、电气布局、土建设计和施工模式，通过工厂预制、现场组装两大阶段来建设变电站。智能变电站模块化设计是“两型一化”变电站的具体体现,通过优化创新，使变电站具备科技含量高、资源消耗低、建设周期短、运行可靠性高的特点。随着示范工程的实践和设备生产水平的提高，今后需努力将模块化设计更加细化，并逐步标准化、规范化，从而进一步提高设计方案的技术经济合理性。