变电站预制舱式高压室结构研究与应用.pdf

56电工电气 (2023 No.7)作者简介：孟晨旭(1986)，男，高级工程师，学士，从事变电设备运行、检修管理及研究工作；陈伟明(1988)，男，高级工程师，学士，从事变电设备检修管理及研究工作。孟晨旭，陈伟明，罗其锋，刘文平，陈伟雄(南方电网广东中山供电局，广东 中山 528400)摘 要：建成后的传统变电站高压室结构单一，缺少防尘保温、运行环境控制、设备监视等功能。提出一种新型的变电站预制舱式高压室结构，该结构的设备舱体与电气设备在设备厂完成安装调试后到达现场快速拼装，实现节约建设成本，提高建设效率的目的，通过在密闭的舱体内增加通风系统与空调系统，舱体采用保温隔热材料，并在开关柜前后设置巡视机器人及其运行轨道，实现预制舱防尘保温、运行环境控制、设备监视等功能，为电力设备提供良好的运行环境，也为检修维护工作提供便利。经110 kV 同福站的实际应用，验证了该结构的实用性和有效性。关键词：变电站；预制舱式高压室；双层结构；多功能中图分类号：TM63 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2023)07-0056-05 Abstract:The traditional substation has the single-structured high-voltage chamber which lacks functions like dust prevention,heat pres-ervation,operation environment control,equipment monitoring and so on.The paper proposes a new prefabricated-cabin type high-voltage chamber structure for the substation.The cabin and electrical equipments of this structure first can be installed and debugged in the equip-ment factory,and then be assembled rapidly when arriving at the site,which realizing the goal of saving construction costs and improving construction efficiency.Through adding ventilation system and air conditioning system in the closed cabin,using the thermal insulation ma-terial to produce the cabin,setting patrol robots and their running tracks in front of and behind the switch cabinet,this high-voltage chamber can have functions like dust prevention,heat preservation,operation environment control,equipment monitoring and so on.It provides not only great operation environment for power equipments,but also convenience for repair and maintenance.The application in 110 kV Tongfu station verifies the practical effectiveness of this structure.Key words:substation;prefabricated-cabin type high-voltage chamber;double-layer structure;multifunctionMENG Chen-xu,CHEN Wei-ming,LUO Qi-feng,LIU Wen-ping,CHEN Wei-xiong（Zhongshan Power Supply Bureau of China Southern Power Grid in Guangdong,Zhongshan 528400,China）Research and Application of a Prefabricated-Cabin Type High-Voltage Chamber Structure for the Substation变电站预制舱式高压室结构研究与应用0 引言随着经济的发展，对变电站建设的效率提出了新的需求。为了进一步缩短变电站建设周期，预制舱式变电站技术得到应用。所谓预制舱变电站，就是整个变电站各设备室由一个个的预制舱单元拼接而成，所有一次设备、二次设备均放置在预制舱单元内。该变电站采用模块化设计，设备接线与调试在设备厂内完成，然后连同舱体在工厂完成安装预制，电气设备与舱体按预制舱单元整体运输，到达现场后只需进行积木式拼装即可完成安装。以10 kV 预制舱式高压室为例，开关柜间隔设备及舱体在设备厂完成安装，到达现场只需将开关柜母线及舱体同步组装即可完成安装工作，主变进线通过高压室舱体穿墙套管与主变 10 kV 主变母排连接，线路出线采用高压电缆从预制舱下方的电缆层出线。预制舱变电站实现了电气设备与预制舱体的有机结合，减少现场施工量，满足快速建站的要求，此建站模式省去以往的建筑施工环节，在时间成本和建筑成本上具有明显优势。相比于预制舱式高压室，传统变电站高压室为钢筋混凝土建筑，土建施工周期长，作为变电站主体部分的高压室混凝土浇筑必须分层实施，也就是说必变电站预制舱式高压室结构研究与应用57 电工电气 (2023 No.7)须等待前一层混凝土完全凝固后，才能继续浇筑后一层混凝土，由此，传统变电站从土建施工至交付安装一般需要6个月左右，这已经无法满足城市经济发展对电网建设速度的要求。且高压室建筑的土建材料及人力成本较高，提高了变电站的整体造价1。此外，传统变电站高压室简单的钢筋混凝土建筑结构较为单一，缺乏防尘保温、运行环境控制、设备监视等功能2。恶劣的高压室运行环境，将对运行设备带来以下问题：(1)夏季高温天气时，由于高压室内设备温度较高，热量无法及时有效地排出时，绝缘材料在高温下会加速老化并且绝缘性能降低，设备在高危状态下运行，存在较大的安全隐患。(2)开关柜内部装设有电气设备和电子元件，当绝缘件表面结露和受潮时，表面电阻率和体积电阻率降低，绝缘程度下降，随着分解效应与污化效应的累积，绝缘表面会形成黑色、白色粉末印痕彻底破坏绝缘性能，严重情况下还会发生电气击穿现象3。本文针对传统变电站高压室的不足，提出一种变电站预制舱式高压室结构，该结构可在设备厂完成舱体与电气设备的预安装调试，运输至现场后实现快速拼装，提高建站效率并使预制舱高压室具备环境控制和设备监视功能，具有较高的实用性。1 变电站预制舱式高压室结构组成针对传统变电站高压室存在的不足，本文提出的变电站预制舱式高压室结构，进一步优化了高压室结构，增加防尘保温、运行环境控制、设备监视等功能，提升空间利用率，提高内部结构合理性，为电力设备检修维护提供便利。本文提出的预制舱式高压室由高压柜预制舱单元、带电缆竖井预制舱单元、带门预制舱单元、带通信测控屏预制舱单元、防小动物挡板、温湿度控制模块、巡视机器人模块、二次电缆竖井、照明模块、进出风口及环形接地母线组成，如图 1 所示。各结构模块主要技术原理、功能如下：(1)预制舱单元为预制舱式高压室拼装的最小单元，生产预制舱式高压室设备时，开关柜、通信测控屏等设备在预制舱单元内完成安装调试、接线后进行预安装，调试合格后拆分为各个独立预制舱单元进行单独运输。预制舱单元尺寸与拖挂车车厢相当，满足公路运输要求，预制舱单元运输到达现场后，在带有地下电缆层的预制舱式高压室土建基础上进行现场组装，组装过程包括高压柜柜间的拼接、柜内一次导电母排的拼接及以柜顶交流工作电源小母线、直流工作电源小母线、PT 切换电压小母线拼接，和预制舱单元舱体间的拼接，最终形成完整的预制舱式高压室。(2)高压柜预制舱单元可左右两排安装共 6 台开关柜设备，两排开关柜中间预留空间作为运维通道。带电缆竖井预制舱单元将高压柜预制舱单元中间开关柜位置改为用于敷设二次电缆的竖井。二次电缆竖井连通预制舱式高压室底部与顶部，二次电缆在预制舱式高压室底部电缆层汇集后，经过二次电缆竖井穿至预制舱式高压室上层的预制舱式主控室，用于控制站内设备，竖井盖板将经过预制舱式高压室内的二次电缆封装起来，起到一体美观效果。图1 一种变电站预制舱式高压室俯视图空调主机空调主机防小动物挡板接地母线应急照明立式支柱开关柜进风口排风口二次电缆竖井封闭母线通道照明空调管道预制舱拼接空调出风口巡视机器人机器人轨道通信测控屏温湿度控制装置温湿度控制装置变电站预制舱式高压室结构研究与应用58电工电气 (2023 No.7)二次电缆竖井与高压开关柜正面并排陈列，二次电缆沟后部位置用于布置开关柜母排，母排使用封柜将其封装起来成为封闭母线。(3)带通信测控屏预制舱单元将高压柜预制舱单元中间开关柜位置改为安装通信测控屏，通信测控屏汇集预制舱式高压室一次设备测控数据经过二次电缆竖井上送至上层主控室现实通信测控功能。(4)带门预制舱单元位于预制舱式高压室两端，将整个预制舱式高压室密封起来，预制舱式高压室前后设置预制舱门，满足消防应急逃生要求，舱门采用双层密封结构，如图 2 所示，有效杜绝灰尘、沙粒进入舱内。舱门采用玻璃钢材质的聚氨酯夹芯板，不锈钢包边，质量轻、不易变形。(5)预制舱单元由框架、立式支柱、预制舱单元墙体组成。预制舱单元框架是由 H 型槽钢以坡口焊接方式焊接而成的网格状框架，框架承载预制舱单元自身重量及舱内设备重量。预制舱单元框架槽钢同时作为开关柜、通信测控屏安装的预埋基础，高压开关柜、通信测控屏放置于预制舱单元框架槽钢上，承载高压开关柜、通信测控屏整体重量。(6)立式支柱位于预制舱单元拼接边缘处，沿拼接面开关柜前后各布置四条共八条立式支柱，立式支柱为方形钢管，立于预制舱单元框架底部与顶部槽钢之间并焊接牢固，在立式支柱与顶部槽钢外侧增加斜撑以提高机械强度。立式支柱的作用除提高本预制舱式高压室的整体机械强度外，还为上层的预制舱式主控室提供可靠支撑。(7)预制舱单元墙体由内墙、外墙组成，内墙、外墙均由中间填充有保温隔热材料的卡扣式复合钢板拼接而成，内墙拼接方式为卡扣式复合钢板纵向上下扣接，拼接缝为横向，外墙拼接方式为卡扣式复合钢板横向左右扣接，拼接缝为纵向，如图 3、图 4 所示。卡扣式复合钢板拼接后在卡扣位置从内侧穿螺栓攻牙固定，实现可靠牢固安装。内墙、外墙端部与预制舱框架焊接一起，通过纵横交错方式提高墙体机械强度，拼接缝为纵向的外墙作为预制舱单元的外墙，使雨水可顺着竖缝下流，达到防积水效果。且内外墙采用上述拼接组合方式，提高了预制舱体的稳定性，有效防止舱体变形。(8)防小动物模块由防小动物挡板卡槽、粘鼠板定置点组成，防小动物挡板卡槽与预制舱门整体成型，卡槽上放置防小动物挡板，用于防止打开预制舱门时小动物爬进室内，粘鼠板定置点均匀分布于预制舱转角及靠墙位置，用于放置粘鼠板捕捉进入预制舱式高压室的小动物。(9)温湿度控制模块由自动温控系统、工业型加热装置、分散式空调系统组成，自动控温系统采集预制舱式高压室内温湿度，并根据温湿度数据控制加热装置与分散式空调系统运行。工业型加热装置具备长时间加热功能4。(10)分散式空调系统由空调主机、出风管道组成，空调主机为大功率工业型空调，空调主机连接出风管道，出风管道出风口均匀分布于预制舱式高压室上部各部位，空调冷空气从上部排出，并下沉至预制舱式高压室底部，实现冷热