预制舱式变电站在新能源产业中的应用

杜华珠，张倩，吴之奎，刘莉娜



预制舱式变电站在新能源产业中的应用

杜华珠，张倩，吴之奎，刘莉娜

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

模块化预制舱式变电站采用工厂化加工、标准化生产、模块化生产、模块化组合，具有施工周期短、现场作业少、质量标准高、环保便捷等特点，模块化作业使现场工作量大大减少，生产的高度集约化有效缩短了建设工期。结合新能源工程建设周期短、投入使用快的特点对预制舱式变电站的建设特点进行介绍，并从结构和电气设备布置等方面对预制舱的设计进行了阐述。

预制舱；新能源产业；标准化生产；模块化生产

近年来，随着新能源产业的迅速发展，大量的光伏发电与风力发电项目投入电力市场。与传统电力产业相比，新能源产业建设具有鲜明的特点，即建设周期短、投入使用快、投资较低、建设用地受限等。基于这些特点，在新能源项目建设中，集成变电站得到了越来越多的应用。

目前国内装配式集成变电站大体为钢结构集成式变电站和模块化预制舱式变电站两种形式，本文对模块化预制舱式变电站的设计应用进行了介绍。

1 模块化预制舱式变电站的优点

1.1 施工周期短，施工质量便于把控

传统变电站有就地零星施工、现场绑扎钢筋、立模浇筑等建设方式，模块化预制舱式变电站的土建施工充分体现了“装配式”特点。

传统变电站主体建筑采用钢筋混凝土结构，现场施工工序为混凝土预拌、浇捣养护、模板安装拆除、垫层制作浇筑、钢筋运输绑扎等，工作繁复，人工消耗大，所需周期长。此外，混凝土结构的施工养护受作业人员的水平及天气影响较大，建设质量及工期不易固定，而且浇筑搬运容易造成环境污染。同时现场大量的电气安装及调试工作也使得总体施工周期无法缩短。

相比传统变电站的钢混结构土建工程，模块化预制舱式变电站采用工厂化加工、标准化生产、模块化生产、模块化组合，具有施工周期短、现场作业少、质量标准高、环保便捷等特点[1]。变电站电气设备全部采用预制舱安装及模块化设备，现场仅包含部分安装及接线工作，电气二次设备在厂内已完成接线及部分调试工作，现场工作量大大减少，生产的高度集约化有效缩短了建设工期。

对于新能源项目建设周期短、投入使用快的要求，模块化预制舱式变电站的这一优势得到了充分体现。以内蒙某地一光伏电站升压站为例，从设计到升压站调试完成并网仅用时90 d，其中设计阶段30 d，设备生产及厂内预安装45 d，现场安装调试15 d。

1.2 占地面积小，总投资较小

模块化预制舱式变电站通过高度集成，可以大幅度优化变电站的总平面布置，缩小变电站占地面积。相对于传统户外常规变电站，模块化预制舱式变电站无主体建筑，高低压电气室均采用预制舱形式，可根据需要建设供水设备间。因此模块化预制舱式变电站与传统变电站相比，总占地面积较小。因为新能源项目中存在大量山区风电项目，许多项目升压站站址面积较小，开挖量较大，此类项目如果采用模块化预制舱式变电站则具有一定的优势。相比传统变电站，装配式集成变电站占地面积可以节省约20%，总投资节省约5%～10%.

2 装配式集成变电站的设计要点

2.1 预制舱的结构设计及材料要求

预制舱舱体骨架宜采用焊装一体式结构，应有足够的机械强度和刚度，主要钢材材质应选用优质碳素结构钢。在起吊、运输和安装时不会变形或损伤。舱体内电气设备不会因起吊运输造成的变形影响开关、隔离等设备的操作、运行。

舱体的底架部件由型钢焊接而成，主要钢材材质应选用优质碳素结构钢。框架、门板及顶盖应采用优质冷轧钢板经喷砂、热喷锌防腐处理工艺或采用不锈钢材质。内部填充物采用建设部许可的岩棉板防火保温材料，确保整个预制舱的保温和防火性能。

舱体金属构件应进行在50年内不锈蚀的防腐处理，舱体外壳采用冷轧钢板经热喷锌防腐或采用不锈钢板制作，金属材料喷涂前必须经过喷砂处理，并保证均匀一致，以增强防腐层的附着力。

2.2 预制舱的布置要求

2.2.1 高压预制舱的布置

高压预制舱的布置目前多采用单列布置，根据采用设备不同又分为2种方案：①采用常规真空开关柜，高压预制舱布置要求应参照《火力发电厂厂用电设计技术规程》（DL/T 5153—2014）内表7.2.9-1高压厂用配电装置室的通道尺寸要求[2]，其布置方式可参见图1；②采用半封闭气体金属封闭开关，即HGIS设备，预制舱布置可紧贴舱壁布置，可以有效减少预制舱的体积。其布置方式可参见图2.

以上2种布置方式在实际工程中均有应用，采用真空柜预制舱占地面积较大，但价格相对便宜，适用于用地面积相对宽松的项目。采用HGIS预制舱占地较小，但价格较真空柜预制舱要贵，适用于用地面积受限区域的变电站建设。

图1 真空开关柜预制舱布置图

图2 HGIS预制舱布置图

图3 二次预制舱布置图

2.2.2 二次预制舱的布置

二次屏柜数量较多，一般在预制舱中采用双列布置，以节约预制舱面积，其布置方式可参见图3.

目前在实际工程中二次预制舱主要采用前接线形式的屏柜和采用常规后接线的屏柜这两种屏柜。采用前接线形式的屏柜即屏柜内部接线端子排采用可转动结构，接线时将端子排转至屏前，接线完成后又将端子排转回。这种形式的屏柜优点是不需要在预制舱上做舱体开口，密封及防火性能较好，但端子排转动时会造成接线松脱以及转动轴易故障等问题。采用常规后接线的屏柜为检修接线方便，在屏柜后方舱体上开检修门，即屏柜接线时打开后方检修门即可。这种屏柜接线检修方便，不存在接线因转动发生松脱的问题，但舱体开门数量很多，预制舱整体密封性能变差，由于许多山区风电项目升压站位于高海拔高湿度地区，预制舱防水问题不易解决。此外由于舱体开门，应考虑预制舱与室外带油设备之间的防火间距，这使电气设备的布置受到限制[3]。

2.3 其他设计要求

为确保舱体的高低压、自动化、变压器等设备的可靠运行，并实现防尘、防潮，预制舱舱体均需要密封。高压和低压的进出线电缆孔采用方便密封的孔，为确保现场电缆连接后的有效密封，应考虑随设备配置电缆多径密封件。

预制舱外壳形状应不易积尘、积水，顶盖边沿应设有滴水沿，防止雨水回流进入舱体。舱体制作尽可能少用外露紧固件，以免螺钉穿通外壳使水导入壳内；对穿通外壳的孔，均应采取相应的密封措施。在气候寒冷地区，预制舱的穿墙上方雨檐部分，应设有防止冰雪融水形成冰凌的结构措施。舱体应具备良好的隔热性能，保证舱内设备在项目所在地气候条件下运行时所有电气设备的温度不高于其允许的最高温度，不低于其允许的最低温度[4]。

3 结语

模块化预制舱式变电站由于采用工厂化加工、标准化生产、模块化生产、模块化组合，具有施工周期短、现场作业少、质量标准高、环保便捷等特点。

电气设备全部采用预制舱安装及模块化设备，现场仅包含部分安装及接线工作，电气二次设备在厂内已完成接线及部分调试工作，现场工作量大量减少，生产的高度集约化有效缩短了建设工期。目前我国新能源政策变化较快，因此大部分项目都对建设时间有所要求，将预制舱式变电站引入新能源产业将给新能源项目的建设带来有力变革，有效缩短项目建设周期，同时也带来一定的经济效益，将会推动新能源产业的更快发展。

［1］陈文升，钱唯克，楼晓东.智能变电站实现方式研究及展望［J］.华东电力，2010，38（10）：1570-1573.

［2］中国电力工程顾问集团华东电力设计院.DL/T 5153—2014 火力发电厂厂用电设计技术规程［S］.北京：中国电力出版社，2014.

［3］李向东，徐文明，龙建，等.GB 50229—2006 火力发电厂与变电站设计防火规范［S］.北京：中国计划出版社，2007.

［4］张玉津.集装箱式活动房围护结构的保温设计［J］.集装箱化，2008（8）：31-33.

2095－6835（2018）21－0150－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.150

杜华珠（1981—），女，博士，毕业于武汉大学，主要从事风力发电、光伏发电等新能源发电工作设计。

〔编辑：严丽琴〕