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關鍵詞:變電站;技術方案;綠色;造價對比
中圖分類號:TM633 文獻標識碼:A隨著城市建設及電網的飛速發展,傳統的變電站建設模式逐步轉變,并有了發展的契機。根據變電站建設中的節能、環保、抗震、標準化的要求,通過研究及應用,鋼結構作為一種新型建筑材料,憑借其優越的特性,逐漸成為變電站發展的一個新的方向。
一、鋼結構變電站與傳統變電站技術方案差異分析
以優化110kV變電站建筑物建設作為研究內容,以裝配式建筑作為研究方向,選用鋼結構作為研究載體,充分體現了鋼結構強度高、自重輕、韌性好、安裝機械化程度高、低碳環保可重復利用。按鋼結構多層布置形式(戶內GIS)做方案,并與普通混凝土結構從建設規模、電氣主接線、配電裝置布置形式及綜合樓結構形式及造價、項目建設過程、綠色、運行等方面進行對比,從而總結出最適合變電站的鋼結構建設模式。列舉南網標準設計G2a方案與鋼結構多層布置方案進行對比,分別從等方面進行比較,詳見表1。
(1)電氣部分差異
①主要差異體現在10kV并聯電容器容量的選擇、主變壓器的布置,主變與GIS間隔之間采用電纜連接,壓縮GIS間隔布置,充分利用GIS配電裝置室空間。②接地全暗敷、預制式電纜豎井、力纜采用電纜線夾懸吊安裝。③由于墻體采用厚捷彩板裝飾板配100型隔墻龍骨+6層12厚耐火紙面石膏板+巖棉,后期無法進行動力線路、照明線路、插座、燈具等安裝,因此在綜合樓主結構系統及圍護系統生產前提前考慮電氣管線敷設。變電站內所有配電箱及插座采用暗敷于建筑墻體內,動力、照明電纜線路水平方向采用槽盒沿墻明敷,垂直方向穿PVC管沿主結構系統敷設。④鋼結構多層布置方案在標準設計的基礎上調整了平面布置,主變旋轉90°布置,將GIS設備移到了首層,方便GIS設備吊裝及110kV電纜進線;電容器室設置在二層。
(2)土建部分差異
傳統變電站采用的現澆鋼筋混凝土結構、砌體填充墻的建筑形式,由于受力構件需現場攪拌混凝土澆筑成型,存在著施工現場噪聲大、粉塵多且施工周期較長、生產效率低,施工速度慢,對周圍環境影響大、建筑材料不可回收利用,工人勞動強度大,質量控制難等弊端,愈來愈不適應社會發展的要求。隨著科技的進步與發展,標準化、簡約化、預制模塊化已成為變電站建設的新目標,采用預制裝配式建筑是實現這一目標的有效手段。①綜合樓地上部分采用鋼結構,柱子選用工字型鋼柱,梁為工字型鋼梁。梁柱間用腹板高強螺栓連接,翼緣現場焊接。鋼梁、柱表面均噴涂紅色醇酸底漆、白色防火防腐面漆,鋼柱外包防火板,滿足鋼結構防腐防火要求。地下部分采用混凝土結構,底板、側壁采用現澆鋼筋混凝土,柱子采用混凝土內藏工字型鋼柱。樓面采用樓承鋼板組合樓蓋,屋面采用輕鋼結構坡屋面,室內樓梯采用鋼結構樓梯,內外墻采用組合式墻板,防火墻兩側各設雙層防火石膏板,滿足變電站防火要求。②站區設綜合樓一座,半地下一層、地上兩層。其中,半地下一層布置消防水池、電纜層,地上一層布置主變室、10kV配電裝置室、110kVGIS室、蓄電池室等,地上二層布置主控室、電容器室等。與標準設計建筑面積一致,將GIS設備等大體量設備從原6.5m層下放至1.5m層,可降低建筑物重心,減輕地震反應,并且降低綜合樓總高度,緊湊布置。③標準設計方案中屋面被劃分為3塊,每塊的標高都不一致,建筑外立面被分割得較為零碎。鋼結構方案通過調整功能房間布置,統一了整棟建筑物的屋頂標高,并采用坡屋面的形式,結合鋼結構的特點,全面展示現代化工業建筑大氣、厚重的風采。④變電站圍墻按通透式圍墻設計,主體采用裝配式方管鋼柱配鐵藝圍墻,與周邊環境相呼應。⑤所有鋼構件、墻體、屋面均采用廠家成品、現場安裝。可減少現場濕作業工程量60%,減少建筑垃圾量80%,縮短施工工期50%。⑥綠色環保和可再循環材料使用量占所用建筑材料總重量的70%,充分體現了電網綠色環保、可持續發展的建設理念。⑦施工實現標準化作業,易于質量控制,并有效減少現場作業工期。
(2)主要差異經濟比較
由上述可以看出,鋼結構多層布置與傳統變電站的差異主要體現在綜合樓結構部分,因此僅對該部分進行經濟比較,見表2。
由表1可看出,采用鋼結構方案,綜合樓建筑工程造價比常規鋼筋混凝土方案增加256萬元,約增加22.8%。增加部分相對于整個變電站的投資而言,僅占總投資的約4%。綜上所述,鋼結構與鋼筋混凝土結構相比,在使用功能、材料性能、受力特點、設計、施工工藝和工期、環保節能以及綜合經濟方面都有優勢。
二、鋼結構應用于變電站中的特殊性
與其他鋼結構建筑物不同,變電站是電力系統中轉換電壓、接受和分配電能的電力設施,決定了變電站要設置大量埋件來安裝設備,要有大量線纜、埋管穿梭于各個設備間,要有很多設備開洞等來滿足今后設備的安裝、運行要求。因此,設計圖紙要全面,預埋件、穿管、配電箱等位置要準確。需要設計院與廠家密切配合,有效溝通來達成一致。
結語
預制裝配式建造模式需要現代預制件、鋼構件工廠作支撐,需要對傳統土建工程招標及標段劃分作調整,需要對采購方式與施工組織重新定義。全預制裝配式變電站的建設,通過工廠生產預制、現場裝配安裝兩大階段縮短土建施工周期,減少工程建設人員,簡化檢修維護工作。通過探索實踐,完善出設計、加工、施工、管理、定額等標準,從而有效地控制工程質量、建筑周期和工程造價。其標準化設計、工業化生產、集約化施工,使變電站建設走向科技含量高、資源消耗低、環境污染少、精細化建造的道路。在科學技術發展的推動下,全預制裝配式變電站的技術、產品和實施經驗一定會很快地成熟起來,必將成為變電站建設的重要選擇方案之一。
但是,在加快電力建設的同時,也存在著電力工程建設質量下降,安全事故增多的問題,這些問題的存在,將直接或間接引發電力設備投運后,運行不穩定和可靠性差等安全隱患。為此,國家頒布了《建筑工程質量管理條例》和一系列有關提高工程質量的強制性條文,在由設計到施工等各個環節中,從技術和材料上嚴把質量關。在整個變電站的設計工作中,土建設計和工程建設的質量直接影響到變電站建設的整體質量,土建設計是整個變電站設計的領軍力量和重要組成部分。本文筆者主要結合實踐經驗,對變電站的土建設計三個階段的設計要點加以總結和分析,在此基礎上再對變電站土建的優化策略提出了幾點意見,以期為變電站提高工程建設質量提供有利借鑒。
關鍵詞:變電站;土建設計;要點;優化措施
中圖分類號:TM63文獻標識碼: A
前言
隨著我國經濟的迅猛發展,供電網絡的不斷優化,對變電站建設的要求也逐步由傳統型向多元化、智能型方向轉化,土建設計作為變電站設計的先遣軍,更以其合理化、人性化、和科學化的最優化組合,向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環境。下文主要從設計要點及優化措施等方面對變電站土建設計進行探析,以實踐經驗和標準化設計相結合的方法,實現變電站、人、環境的相互和諧。
一、變電站土建設計要點分析
變電站的土建設計主要包括:方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段。下面對這三個階段的設計內容及要點進行分析和總結。
1.變電站土建設計前期準備工作要點分析
(1)選址:①變電站地址的選取首先要滿足功能性要求即靠近負荷中心;進出線方便;交通便利,滿足大件運輸條件;②了解站址范圍內規劃、土地、環保等部門的相關要求;③該站址處地勢如何,是否滿足50年一遇或100年一遇的洪水位和內澇水位要求;④站址應嚴禁選在四類場地建設(如斷層、滑坡、坍塌區或山區風口地帶)等,盡量避開不良地質地帶建設;⑤詳細了解站址周圍環境情況(如是否有軍事設施,采礦區),污染級別,如位于污染較嚴重的地區,應設在當地最小風頻的上風側,確保污染影響的最小化。總之,站址宜選在進出線開闊的走廊地帶,便于埋設電線和進出線的架空。
(2)選址可行性分析
對進行變電站可行性進行研究分析,并對批復站址的建設進行詳細的方案論述,解決可行性為主要目標。與選址相比,批復站址的可行性研究必需重在論證隱蔽設施及地基處理,占地大小,經濟作物、拆遷賠償或林業賠償等方面。①隱蔽設施及地基處理:評價站址的穩定性,分析站址附近有無溶洞、滑坡、不良地質情況等,并對存在的威脅提粗防范方案。②占地大小:按照我國變電站的標準化設計方案進行平面設計,再依據我國土地資源有限、緊缺的實際情況,根據具體優化設計方案,有助于規范設計及運營后的維護管理。③經濟作物、拆遷賠償或林業賠償:對建設變電站所需的經濟作物、林業、拆遷賠償等費用,進行詳細分析,并在后續的工作中計算費用。
2.土建初步設計要點
(1)總平面設計
按照國家設計標準以及電力系統規程,少占用地,提高土地利用系數,并將道路的運輸、進出線位置、道路引接、安全距離等作為設計重點。
(2)建筑結構設計要點
依據規范規定,平立面布置:在滿足功能性要求的前提下,盡量采用平面規整,體型簡單的結構方式布置,建筑物高度 以3.6m為界,小于3.6m 可采用磚混結構,大于3.6m 則必須使用鋼筋混凝土結構,提高抗震及承載力指數。
(3)豎向設計要點
平坡式和階梯式是豎向布置的主要模式。這兩種布置設計均應對填挖方量進行平衡,盡量減少平整填挖方量。
(4)地基處理要點
綜合考慮施工難度和經濟效益,選擇最優的地基處理方式。
3.施工圖設計要點
初步設計完成后就是施工圖設計階段。這個階段是指實際應用已經審查批準,根據國家標準和初步設計審查通過的設計進行設計的階段。為提高施工圖設計質量和施工效率,可通過以下幾點達到目標:①設計前認真核實相關的資料和尺寸等 ②以標準化設計為參考進行設計;③各專業間銜接資料互提,避免溝通不暢出現問題;④建立施工反饋機制,以便及時解決問題。
二、變電站土建設計優化策略分析
1.擇優選擇變電站站址方案
一般站址的選擇方案不止一個,對比多個站址方案擇優選擇。并由相關專家對選擇的站址方案的可行性進行分析。重視專家的相關建議,選擇最優的的施工圖設計方案,并選出備用方案。
2.構建方案的設計優化
在變電站的建構方案設計中包括有結構方案設計、暖通風和水工設計方案、平立面設計方案、地基處理等方面。為減少占地面積,對變電站構建設計采取聯合布置方式。①結構方案設計:以鋼筋混凝土框架結構為主,在支架和構架上采用鋼結構,并綜合考慮抗震防裂程度;②暖通風和水工設計方案:主要滿足消防和設備的運行需求;③平立面方案設計:主要達到各功能房間空間充足和立面美觀大方的要求;④地基處理方案設計:若所需填土較厚則采用強夯法;地址好則可采用天然地基處理技術;淤泥較厚的情況則可采用灌注樁管樁法、水泥土攪拌樁和預壓法。
3.站區消防和排水系統設計優化策略
詳細分析站址周邊的公共設施情況,消防給水和生活給排水盡可能利用市政供排水管網,滿足供排水需求。變電站的消防系統設計,可根據建筑物間的距離,衡量是否滿足消防規定標準間距要求,若未達標,則設置防火窗或防火墻。對于變電站的排水系統也可采取分流排放的方式。
4.屋外構支架的設計優化策略
根據電氣主接線方式選擇屋外構支架結構類型以及布置方法。采用聯合構架方法減少占地面積和縱向尺寸,對于一些間隔還可設置兩個間隔為一跨,在構架縱向的中段可設置單端支撐。對于屋外的構支架材料,如鋼管桿和水泥桿,使用 LCC全壽命比較分析法進行分析。選用與變電站使用周期相一致的材料,能有效降低成本。
5.電纜溝、圍墻、暖通系統的設計優化策略
電纜溝盡量采用現場裝配的方法,并結合數字化變電站工程施工的特點,使用預制電纜溝與預制電纜槽盒相結合、電纜埋管等方式,直接取消或者減少地下電纜溝的數目。對于圍墻的設計則實施現場裝配方式,可提高施工效率。對于變電站暖通系統設計,則可設置為節能變頻空調或者節能型排風機。能夠有效降低總能耗,降低運營成本。
6.暖通系統設計的優化策略
在土建工程建設過程中,為了實現水資源的節約,通常在建設變電站內的衛生間時,采用智能環保的衛生間。因此,技術人員在設計暖通系統時,通常都會設置節能型的變頻空調以及排風機,以便降低整個變電站全年的能源總消耗量。
7.綠色電網設計的優化策略
現在國家提倡建設綠色電網建設的口號,設計人員在設計中要充分考慮采用節能環保的建筑材料,同時要考慮它經濟實惠政策在不超出初步設計批復投資的情況下,盡量用國家允許采用的節能環保材料,努力建設安全、可靠、綠色節能的變電站,是我們共同的奮斗目標。
結語
變電站的土建設計在實際進行中,會受多種條件制約,因此,在設計中有著很大差別。變電站土建設計人員應結合實際情況,做到因地制宜,靈活變動。做好土建設計三個階段的工作,并優化設計方案,合計出科學合理的變電站土建工程設計方案,為建立高質量的變電站打下堅實的基礎。
參考文獻:
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一、當前變電站設計階段控制工程造價過程中存在的問題
1缺失對變電站可行性研究報告的分析,使得資源遭到浪費。
在實際設計過程中很多施工企業都不能對現場進行全面調研,不能及時分析市場環境和周圍狀況,使得項目出現盲目上馬的現象。在設計初期存在的問題會對工程未來建設產生直接影響,使得工程后期運行困難,難以交工。另外,在建設過程中由于沒有進行設備試驗,在工程建設過程中就會出現資源浪費現象,嚴重影響造價控制。
2勘測變電站的地質狀況較淺,設計差錯較多。
近幾年為了滿足電力行業的快速發展,變電站建設速度不斷加快,但是卻出現了勘測和調研不深入的問題。各地區的電力系統尤其是內部設計單位,這些單位同一時間有時要完成多個設計項目,工作任務量極大,所以在設計過程中常常出現漏洞,使得設計質量降低,造成設計成果粗糙的現象。但是為了滿足變電站建設需要,這些設計單位不得不照搬設計方案,不能結合周圍實際狀況,嚴格按照周邊環境進行設計,導致工程資源遭到大量浪費,不能進行全面的造價控制。
二、國外變電站設計階段造價控制的具體方式
1建立了科學的工程設計階段招投標制度。
美國在變電站建設過程中采取了適當的方式進行變電站造價控制,在設計前期階段要結合實際需要對比多個設計方案,通過研究和論證評估各個方案的價值,并在這一基礎上通過相應的技術指標全面考察,最終選擇適當的設計方案。在選擇方案時通過運用多種方法,比如對比分析、經濟分析以及效果評價等,盡量選擇在現有條件下最合理的方案,使得變電站工程質量得到保障,且投入最小,經濟效益最高。美國在建設變電站時特別注重工程的實效性,變電站沒有豪華的設計,僅僅是較小的建筑,僅在變電站前進行標注,這種方式能夠節約大量人力物力資源。
2采用限額設計和動態管理的方式。
與美國不同,德國和日本等發達國家在進行變電站設計階段的造價控制時選擇限額設計方式,首先要確定變電站的具體建設規模、標準以及結構形式等,然后再依據變電站的功能進行設計和概算。進而再依據初步進行的設計和概算對各個專業設計文件進行決策。另外,在管理過程中選擇應用計算機動態管理系統,這種系列充分運用的計算機互聯網技術,對變電站的工程進展狀況能夠全面管理和監控,使得建設投資能夠有效控制在合理的范圍之內。德國的投資控制方式是動態的,能夠針對市場變化和各種投資因素來確定工程成本,進行全面的造價控制。
三、優化變電站設計階段造價的具體方法
1全面調查變電站項目投資前期環境,編制詳細的可行性報告,論證項目建議書。
在項目建設過程中必須要編制可行性研究報告,在研究過程中要對項目的可行性進行全面調查,包括項目建議書、工程設計方案等。通過調查研究再確定具體建設地點,全面論證變電站建設的意義和作用,為編制可行性報告研究書提高必要準備,具體要從以下幾個方面入手:
(1)對建設地區的能源狀況和電力布局狀況進行全面分析,闡述構建變電站的重要意義。在調查過程中要研究優先候選廠址的具體狀況,對其周圍環境和經濟狀況等進行全面調研,通過綜合的調查和測試選擇最適宜的廠址,編制廠址選擇安全評價報告。
(2)研究設計工程技術方案。工程技術的選擇對于整個變電站建設有著重要意義,所以必須要根據變電站選址和相關電力調度的具體狀況選擇恰當的工藝設計標準。
(3)合理選擇施工材料和供應商。主要包括確定施工設備、列出設備和材料購買清單,確定材料標準。
(4)以及建設實際環境編制選址階段的相關環境影響報告、建設項目環境評價報告以及職業安全衛生專篇。
(5)列出工程建設以及具體的運行方案,其中包括了工程的管理方式、承包方式、工程量的具體估算、建設進度要求、維修檢測制度以及相關工作人員的編制方法和培訓方式等。
(6)估算工程投資,提出具體的資金需求量以及資金籌措方式,全面分析項目的經濟效益,從經濟角度分析項目可行性,進行工程造價控制。
2構建科學合理的設計競爭機制,引入勘測設計招投標機制。
在變電站設計階段可以采用競爭機制,通過這種方式能夠有效提高各個設計單位的危機意識,使其不斷提高自身設計質量,設計出適合的方案。另外,要構建規范公平的設計招投標市場,改變當前設計投標混亂現象,實現公平競爭,選擇真正優質的設計方案。在實際工作過程中要將變電站工程設計工作推向市場,加大工程勘察力度,選擇出質量最優、工期最短且投資最省的方案,實現變電站建設效益最大化。
3完善限額設計方案,引進動態管理方式。
在變電站設計階段限額設計是極為重要的控制工程造價的房還是,通過方案比較和優化設計有效提高項目管理力度,所以在建設過程中應用有效采取這一種方式。具體包括以下幾個方面:一是促進工作標準化發展,建立資料累計制度;二是材料計算機網絡技術,實現信息市場化發展。這樣才能夠進一步促進動態管理方式在變電站初期階段造價控制的應用,有效實現變電站造價控制,提高變電站經濟效益。
結語
【關鍵詞】 智能變電站 二次保護系統 運維管理模式
在社會迅速發展,人們生活水平不斷提高背景下,各行各業及人們的日常生活在用電量上均提出了更高要求。智能變電站較傳統變電站能更實現經濟、安全、可靠用電需求,目前智能化變電站已成為變電站建設的重要發展趨勢。智能變電站二次系統運行與維護的管理質量對其運營效率有決定性影響,因此在準確把握智能變電站特征基礎上,探討智能變電站二次系統運維管理的有效模式,對提高變電站工作效率與經濟效率有重要意義。
1 智能變電站概述
1.1 智能變電站及其特征
智能變電站是利用集成、環保、可靠而先進的智能化設備,以信息共享標準化、全站信息數字化與通信平臺網絡化為要求,在高速網絡通信平臺上實現信息傳輸,并自動完成采集信息、信息測量與控制、信息保護和計量、最終檢測等功能,同時根據實際需要支持電網實現自動控制、動態在線分析與決策、協同互動與智能調節等諸多高級功能的智能化變電站。
1.2 智能變電站與傳統變電站的區別
智能變電站與傳統通變電站有本質區別,實現了一次智能化,二次設備網絡化,基于IEC61850標準建設的智能變電站二次系統設備的輸入/輸出電氣連接端子接口逐步被網絡通信接口取代,通過網絡通信實現分布功能,取代了傳統變電站的二次回路,使二次回路概念發生了巨大的變化。通過網絡將分布在不同區域、操作相對獨立的多臺智能設備連接起來,再配置相應的網絡操作系統和應用協議,在原本獨立的設備之間實現軟硬件資源共享和信息傳遞。由于設備間的連接是基于網絡傳輸的數字信號,原有二次回路中點對點的電纜連接被網絡化的光纜連接所取代,已不再有傳統的端子的概念。因此在智能變電站日常維護、巡視及二次檢修工作布置安全措施時,與傳統變電站有很大不同。因此,在智能變電站運維工作中,需使用新技術、新方法和新的管理思路展開維護。圖(a)是傳統站結構圖,圖(b)是智能站結構圖(如圖1)。
2 智能變電站二次系統
在智能變電站中應用多功能智能電子裝置與先進通信網絡,促使二次系統相應設備形成了空前融合,同時也給二次系統的運維管理提出了更大挑戰。相較于傳統變電站而言,智能變電站二次系統在信息采集方式、數據傳輸方式與設備集成度上有很大不同,為方便變電站中各種智能設備IED的管理以及設備間的互聯要求,提出了一種公共的通信標準--IEC61850,定義了變電站信息分層結構,采用了面向對象的數據建模技術。由于智能變電站智能終端、合并單元就地化,進行保護系統例行試驗時技術難度、安全風險也較常規變電站更大,如進行擴改建現場技術要求和安全風險預控更是要求嚴格。在變電站二次系統運維管理中,驗收管理、缺陷管理和倒閘操作是三個重要環節,通過加強對智能變電站在運行與維護全過程中實現風險控制及資源整合優化,為智能變電站的穩定運行提供有力保證,同時促使智能變電站運行效率大幅提高,降低安全風險。
3 探討智能變電站二次系統運維模式的分析
3.1 驗收管理
智能站二次系統屬于智能變電站中關鍵、核心技術,具有較大技術難度,其技術標準與規范還在初步建立中,相應技術更新較快,同時驗收人員在設備調試與運行檢修中還缺乏實際經驗的有效積累。為確保智能變電站二次系統可順利展開驗收工作,避免因驗收不到位導致二次系統潛伏安全隱患,故而在展開智能變電站調試時,即需展開二次系統驗收的準備工作,這需從以下幾方面展開:(1)組建二次系統驗收組織機構。按照驗收成員崗位職責與特長專業合理分工,將參與人員分為資料驗收小組、現場二次設備驗收小組。(2)強化驗收人員智能變電站運維技能。組織驗收成員展開技術標準與相應規范的培訓工作,可通過技術專家講課,學習國家電網智能變電站技術標準、運行規范,組織相關考試等方式,確保每位驗收成員均能準確掌握相應標準與規范。在智能變電站二次系統現場檢驗中,網絡通信測試是重點,在驗收管理中要展開網絡延時測試、通信接口檢驗、通信功能檢驗等,其中通信功能檢驗主要是對通信網絡異常時的智能變電站二次系統運行情況進行檢驗,主要包括:設備和MU或交換機采樣值通信中斷測試、采集器與MU通信中斷測試、交換機與設備的GOOSE通信中斷測試、站控層的網絡測試、交換機GOOSE與ICU通信中斷測試、過程層的通信異常則是與通信端口的能力測試等。(3)提前介入智能變電站調試安裝。智能變電站驗收分為出廠驗收和現場驗收,做為運維人員應在出產驗收時就介入其中,參加SCD文件配置正確性檢查、主要設備單體功能試驗、設備間通信連接及互操作試驗、自動化系統主要功能試驗。現場設備安裝完后進入調試驗收階段,運維人員應跟班全程參與驗收參與外觀及版本檢查、絕緣檢查、GOOSE及SV檢測、保護單機調試、不同間隔之間對調、檢修壓板功能檢查、電流回路電壓回路檢查、一次升流一次升壓試驗等。同時,資料驗收小組應收集二次設備相關資料,編制現場運行規程。(4)對驗收標準化的作業卡制度予以嚴格執行。嚴格按照國家電網公司智能變電站驗收規范制定標準化驗收卡,根據驗收卡內容逐項驗收,對驗收中出現的問題予以準確分析與判斷,將之匯總起來制成二次系統驗收報告。同時,根據問題嚴重程度合理分級,將不會對設備運營造成影響的缺陷歸入缺陷閉環管理系統。
3.2 缺陷管理
3.2.1 掌握缺陷合理評價方法
智能變電站二次系統專業管理部門應制定缺陷專項評價標準,定期開展設備缺陷評價活動,在評價缺陷時應采取通訊、保護與自動化跨專業聯合會審方式,分析構成缺陷發生原因形成缺陷風險評價報告,對各缺陷等級予以合理確定,在此基礎上探討相應缺陷處理方案與控制措施。若缺陷無法及時消除,則應按照風險評價報告采取有效的預控措施,并制定事故應急預案,通過加強現場巡視及遠程巡視等手段跟蹤設備運行情況。
3.2.2 制作缺陷臺賬并加強管理
應建立智能變電站缺陷管理臺賬系統,為智能變電站二次系統缺陷展開專項分析提供便利,同時搭建智能變電站二次系統檢修實施平臺。管理人員應對智能變電站中缺陷狀況予以定期分析,將傳統站和智能站相同設備缺陷處理情況展開橫向周期對比,縱向比較同一臺設備的缺陷處理檔案,準確評價設備運行狀況,從而制定變電站二次系統運行的巡視計劃。如在某市一智能變電站對“電子式互感器采集卡死機”這一缺陷進行處理時,專職管理人員經縱向與橫向分析缺陷處理檔案,確定在未有效治理缺陷時,電子式電流互感器采集卡具有較大功耗,有嚴重發熱現象,散熱效果較差。通過分析,管理人員提出,運行人員應將加強設備特巡,開展加強紅外測溫,加強監視對設備缺陷跟蹤,確保在未有效治療缺陷時,設備可安全、穩定性運行。
3.2.3 消除缺陷的管理措施
在消除缺陷時,應對“2分析+2方案”管控模式予以合理應用,落實智能變電站缺陷管理。“2分析”是風險評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驗證方案。經分析、處理和驗證三環節循環開展,可為智能變電站消除缺陷的質量提供保證。當二次系統中存在重要缺陷時,專業管理部門應和生產單位技術人員加強溝通,召開缺陷消除專題會議,以會議紀要形式確定缺陷消除方案與消除時間,保證缺陷消除質量。
3.3 安全風險管理與控制
智能變電站二次系統具有高度集成性,有明顯網絡化特征,在擴建中的安全風險遠高于傳統變電站。某智能變電站在投運后進行了6個10kV間隔與2個110kV間隔擴建,在擴建過程中通過有效風險控制措施,確保了擴建間隔期間智能變電站運行的安全性與穩定性。同時,在變電站二次系統運維管理中,加強定期隱患排除是重要工作內容之一。如專業管理部門對于某一智能變電站積極展開設備的特巡與現場專項檢查活動,通過檢查發現,在該變電站中發現了“例行后修試記錄不規范”與“110kV故障錄波裝置無法手動錄波”等6個缺陷和問題,有效排除了安全隱患,為變電站安全、穩定運行提供了有力保證。
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關鍵詞:智能變電站;電力系統; 發展
中圖分類號:TM7文獻標識碼: A
前言
當前智能電網已經成為國內外電力發展的潮流,也是系統領域的研究熱點。中國從2009年國家電網公司提出建設智能電網的目標到政府工作報告和國家“十二五規劃綱要”明確提到智能電網建設,發展堅強智能電網已經從企業行為上升到國家戰略的高度。在這種新形勢下,國家863計劃先進能源技術領域部署了智能電網第一期關鍵技術研發的重大項目,針對大規模集中接入間歇式能源并網技術、高密度分布式電源并網技術、支撐電動汽車發展的電網技術、大容量儲能系統、智能配電與用電技術、大電網智能調度與智能輸變電技術等研究方向設置了多個課題。可以說,建設智能電網在我國已形成共識。
智能變電站作為智能電網的重要支撐環節,受到了人們大量關注。與傳統變電站相比,智能變電站在安全性、成本、環境影響和維護方面都有著絕對的優勢,因此,作為變電站的發展方向和智能電網建設的基礎要求,智能變電站建設對推進智能電網的構建具有重要的意義,本文分析了智能變電站建設對電力系統的影響。
1.智能變電站的特點
智能變電站是指建立在統一通信平臺基礎上,通過智能一次設備、二次設備的網絡化連接和信息的數字化傳輸,實現信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能和各種高級應用功能的變電站。
1.1 一次設備智能化。通過在一次設備嵌入智能傳感器和安裝智能組件,實現一次設備的采樣和控制就地數字化,一次設備與保護、測量、計量、控制和狀態監測等設備之間的采樣數據和控制命令均通過光纜傳輸。
1.2 通信規約標準化。所有智能設備均按IEC61850建立信息模型和通信接口,設備間實現無縫連接,各類設備按統一的通信標準接入變電站通信網絡,實現信息共享。
1.3 提高運行自動化水平。智能變電站以構成面向系統的應用,實現區域和全局功能的協調,支持具有在線決策、協同互動特征的各種高級應用,可實現更多、更復雜的自動化功能。
1.4 功能集成和結構緊湊化。隨著智能化技術的發展,一次設備將與各種功能傳感器及智能電子設備有機的結合在一起,變電站自動化系統在結構上更加側重于物理集成和功能集成,傳統意義上的一次、二次設備的融合更加緊密,專業劃分界限也更加模糊。
2.智能變電站的建設模式
智能變電站是采用可靠、先進、低碳、環保的智能組件,以全站信息的數字化、信息共享標準化和信息通信的網絡化作為基本要求,對信息自動完成采集、計量、控制、監測、保護并進行控制等功能,并可根據智能電網的要求配合完成智能調節、友好互動、新能源接入和用戶協同互動的高級變電站。
2.1 數字化模式
這種模式是以數字化變電站為核心,實現一次設備的智能化和二次設備的網絡化為目標,構建在IEC61850 通信規約的基礎上,在變電站內實現信息的共享和互操作功能。通常數字化智能變電站要求每個間隔完成保護、測量等功能時都需要多臺設備協同工作,這種建設模式雖然實現了智能變電站的基本功能,但由于其造價高、設備利用率低而急需進一步完善和改進。
2.2 分散式模式
國家電網公司針對不同電壓等級的變電站提出了不同的智能化建設方案,其中針對110kV 及以上的智能變電站采用分散式的模式。這種模式更強調保護系統的重要性,保護是基于間隔建設的,采樣數據的傳輸基于IEC-61850-9-2 標準并以GOOSE 組網的方式傳輸,這樣就使整個保護系統的可靠性大為提高,可不依賴于變電站內的信息傳輸網絡,整個自動化系統的間隔被分為了保護間隔和測控間隔兩部分。因此該模式造價高,特別適用于高電壓等級的變電站。
2.3 集中式模式
由于35kV 及以下變電站對于智能化的要求與高電壓等級變電站不同,因此其智能化的建設模式也不一樣,35kV 及以下變電站宜采用集中式的智能化建設方式。整體的結構也同樣是三層結構兩層網絡,同時為節約資金,在站控層可將監控、管理、安防等集約在一起;在間隔層以兩臺主機實施全站保護,同時集約母差保護、備自投、智能后備保護和接地選線等功能;在過程層用智能化的組件代替智能終端、簡單保護、合并單元、狀態檢測等設備。
3.智能變電站建設對電力系統影響
2009 年5 月,國家電網公司正式提出了“建設堅強電網”的新概念,并且計劃在2020 年基本建成堅強智能電網,從此,便拉開了我國智能電網研究與建設的序幕。智能變電站是智能電網的關鍵環節,對電力系統有著非常重要的影響,以下就對智能變電站對電力系統的影響進行深入研究:
3.1 電磁式和電子式互感器
智能變電站建設使用了電子式互感器,提高了數據傳輸的速度和精度,解決了電磁式互感器的“飽和”問題。電子互感器是由多個電流、電壓互感器組成的裝置,其傳輸的信息量與被測量量成正比,通常一組電子式互感器與一臺合并單元組合實現其功能。通常傳感單元和合并單元共同組成了電子式互感器。其中傳感單元為遠程裝置,安裝在變電站的一次側,負責高壓信號的采集和整理,并將高壓信號轉換為數字信號。合并單元通常安全在二次側,負責同步合并處理傳感單元遠程傳輸的信號。
圖1 電子式互感器的基本構成圖
3.2 智能組件帶來的強大功能
智能組件是智能變電站的核心部件,主要由智能設備構成,可以實現對電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能。例如對于智能開關的應用,由于其具有智能控制、選相位分閘、機械儲能以及電容儲能間的相互轉換等功能,因此可以有效地提升變電站的在線監測和診斷。在具體應用過程中,可以將二次技術與現有的開關設備相結合,對于室內的資源與環境信息系統采用GOOSE 組網方式和智能開關柜相結合的方法,GOOSE 組網方式可以直接將變電站的數據信息傳輸到網絡鏈路層上,可以有效的確保重要數據優先傳輸。此外,GOOSE 組網方式還可以使用廣播地址的方式進行信息傳輸。
3.3光纖的使用
智能變電站采用光纖的通信介質取代了傳統的電纜通信介質,通過光纖傳輸采樣值和開關狀態至一次設備,減少了信息傳輸對電纜的依賴程度,簡化了接線模式并降低了施工的成本,很大程度上改善了電磁兼容的環境問題,各間隔間使用的以太網GOOSE 通信實現了間隔的閉鎖、過負荷聯切和母線失靈保護等功能。
2.4 IEC61850 標準通信規約的使用
IEC61850 是變電站自動化系統通信所采用的國際統一標準通信規約,采用開放式的IEC61850 通信標準有利于實現信息的互操作和建設標準化。IEC61850 可使得智能變電站的通信標準化,提供了面向對象的建模技術和適應性的操作技術,適應快速發展的通信技術,為智能變電站的標準建設提供了保障。
2.5 保護功能的強化
智能變電站采用實用的圖模庫和庫克隆一體化技術,通過雙網雙工或雙網熱備用的方式冗余實現了提高通信系統可靠性的要求,將保護功能獨立出來,強化了保護的通信結構和通信方式,根據保護配置原則進行冗余和信息管理系統的結合,強化了保護功能。同時采用面向間隔的原則合理分配一二次智能設備和通信網絡,主保護和備用保護分開或雙重化的保護獨立組屏,保證屏幕界限清晰且具有軟硬件隔離的特點,方便了保護設備的運行和維護。
總結
智能變電站是在數字化的基礎上,結合現代電網發展的需要,對其進行自動化升級和技術改造,以實現變電站智能化、高效化等特點。智能變電站將推動變電站自動化程度更一步提高,解決電磁兼容問題,減少電纜的使用程度,大幅度降低相應的運行和維護成本。智能變電站的建設應從生產上的迫切需求出發,綜合考慮技術上和成本上的可能性,積極探索,穩步開展。