论文部分内容阅读
摘要:下文主要从变电站选址、系统、电气、土建、水工消防等方面介绍了绿色变电站建设的技术方案。
关键词:绿色变电站；技术方案；设计；优化整合
1前言
绿色变电站的建设是高效、环保、安全、节能、经济、可持续发展电力建设中的重要环节之一。绿色变电站,即通过技术、管理创新,在新建或改建变电站及输电线路选线、杆塔建设的过程中,降低其对自然景观和环境的影响,最大可能地减少水土流失,减小植被破坏,较少能源损耗及减少环境污染,实现节地、节材和节能降耗,将效率最大化、资源节约化、环境友好化、管理智能化的理念全面融入电网规划、设计、建设全过程。
2技术方案
2•1变电站选址勘测
在变电站的选所阶段,应尽量精简布置、减少土地资源的占用,应对站址的环境保护、水土保持、植被的恢复等方面采取有效措施。应注意避让地质构造较复杂、不良地质、地质灾害多发地段。注意拟建变电站站址是否存在富含地下水的地层,品位较高的矿脉和瓦斯地层,避免破坏矿脉和地下水层或在以后的变电站施工和运营期间有害气体逸出,污染环境。尽量避免在居住区建设变电站,以防大量的拆迁工程和意外事故。符合电网规划的布点要求,尽量靠近负荷中心,尽量降低线路建设投资和运行费用。充分考虑进出线条件,留出线路走廊,避免或减少线路的相互交叉跨越。
2•2系统部分
接入系统方案确保技术合理,经济较优,需经合理规划及潮流计算,正常方式下,各线路潮流均在输送范围内,在保证供电可靠性高的同时发展适应性也较好。合理配置无功装置功率,优化降低全电网的电能损耗。考虑经济电流密度、合理选择导线截面。采用先进的继电保护装置,选用集成化、智能化产品,提高电网运行的可靠性,有效适应各种运行方式。
高电压等级的系统保护均按照双重化原则配置;保护和测控分开。由于智能化技术的应用大大减少了控制屏上的二次接线,因此可将线路、断路器测控装置分别安装于各线路、断路器第一套保护屏,从而节省了屏柜数量,适当减少了二次设备室的建筑面积。主变本体变电量保护和500kV线路电抗器电量保护为双重化配置;保护和测控分开配置。主变和线路电抗器的非电量保护装置采用本体智能组件(或终端)完成,智能组件(或终端)按单重配置。主变本体智能组件(或终端)具有与主变非电量接点配合的开入开出回路,配合相应的时间继电器、出口继电器等,可在就地实现本体保护功能。低压线路、无功补偿装置等采用保护测控一体化装置,按单套配置,节约资源,提高可靠性。
2•3电气部分
2•3•1站区布置
变电站的布置应根据所址场地条件、出线规划、进所道路等统筹安排、合理布局,既要满足近期运行要求,也应考虑近期与远期扩建的配合及供电可靠性,尽量减少停电时间、停电次数,节省不必要的站区占地。选用合理的配电装置形式。对于场地及其狭小的地方可采用全户内布置方式，采用GIS组合电器。对于敞开式布置的变电站,高电压等级的母线可采用管形母线,以發挥其占地面积小,布置清晰的优点。另外,若采用分相中型布置,采用垂直断口隔离开关、三柱式共静触头隔离开关、悬挂式阻波器等均可节省占地。
2•3•2先进设备的选择
变电站设备选型方面,应尽量采用全寿命周期内安全可靠、性价比高的设备,以减少维护工作量。积极使用低声噪、少污染的先进设备和工艺,并采取一定的消声、隔声、减振、防火措施。利用光伏电池所发的绿色电力为站用电负荷提供部分电能,是高效利用土地资源、降低碳排放、发展低碳经济的有效途径。在系统条件允许的情况下,设计应优先选用短路阻抗低的变压器。分解运输式三相变压器总重较轻,节约了制造变压器的钢材和绝缘油,从而减少了钢材和绝缘油生产中的碳排放。逐步采用先进的罗氏线圈型电子式电流互感器(有源电子式互感器)或者纯光学式电流互感器(无源电子式互感器)。基于光效应的无源电子式互感器,与高电压电路完全隔离,互感器处于高电位的部分不需要电源,具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、频带宽、体积小、重量轻以及便于数字传输等优点。采用非晶合金站用变压器,比传统的铁芯变压器大幅降低了空载损耗,节能减排效果显著。干式半芯电抗器有望在今后的使用中成为干式空芯电抗器的替代产品,可降低碳排放量。利用站内的线路或母线高抗增加1个抽能线圈,作为站用电源,通过开关设备和抽能高抗配辅助变压器接入站用电系统。该技术的应用可提高供电的可靠性,节能降耗。采用绿色照明新技术,即采用高效照明光源及灯具,开关室、控制室采用LED灯替代传统的白炽灯和栅格灯照明，对变电站照明采取程序控制(PLC)的方式,将变电站内的照明按功能和场地区分开来,节约用电。
2•3•3一次设备智能化
采用智能化的一次设备,即具有数字式接口的电子式互感器、智能变压器、智能组合电气、智能开关柜等。这些智能化一次设备的检测信号回路和控制操作回路采用微处理器智能终端和光信号传输,以数字化的方式实现了传统变电站保护测控装置与一次设备之间采用控制电缆连接以模拟方式实现的功能。
2•3•4二次设备网络化
变电站按无人值班设计及运行。二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息,取消常规自动化系统一次设备和二次设备之间点对点式的控制电缆,采用光纤网络直接通信。二次设备在逻辑上和设备装置的物理配置上都遵循IEC 61850通信规范,分为站控层、间隔层、过程层三个层次；在功能上实现站内各智能电气设备间的信息共享和互操作。智能巡检、顺序控制、状态检修、保护状态控制和管理、智能告警及事故信息综合分析决策、信息分层分类优化处理等高级应用功能。技术成熟时还宜具有电能质量分析、协调互动等高级应用功能。根据目前的技术成熟条件,推荐使用顺序控制、保护状态控制和管理和信息分层分类优化处理等高级应用功能把监控、保护设备集中布置并下放,以减少电缆用量,并通过优化二次设计、合理选择电缆截面来降低高耗能电解铜的消耗。智能变电站内的电能计量装置应支持IEC61850标准,采用全电子式电能表。
2•3•5加强设备状态检修及在线监测
对智能化一次设备的在线监测项目配置及其网络结构进行分析的基础上,推荐采用变压器和高抗油中溶解气体的在线监测、HGIS/GIS高压断路器操作线圈电流的在线监测、组合电器SF6气体的在线监测、组合电器局部放电等在线监测项目。在线监测系统后台独立配置。
2•3•6站内辅助系统的优化整合
根据全站负荷统计,考虑设置交直流一体化电源系统，通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台；一体化监控模块通过以太网口，采用IEC61850规约与监控系统通信，使站用电源成为开放式系统。
全站考虑配置 1 套智能辅助控制系统，包括智能辅助系统平台、图像监视及安全警卫设备、火灾自动报警设备、环境监控设备等，智能辅助系实时接收站端视频、环境数据、安全警卫、人员出入、火灾报警等各终端装置上传的信息，分类存储各类信息并进行分析、判断，实现辅助系统管理和监视控制功能。
2•4土建部分
2•4•1节约土地资源
充分利用荒地,少占农田,利用自然地形进行有效排水。优化变电站总布置和竖向设计,选择合适的场地设计标高,避免大挖大填,减少土石方工程量,相应减少边坡支挡及地基处理工程量,并尽量做到土石方平衡,减少水土流失。站内建筑物采取节能措施。建筑风格设计体现工业产品的特点,工艺简洁、施工方便、线条流畅,与环境协调。
2•4•2变电站建筑节能措施
1)站内主要建筑物朝向为南北向,主要空间争取良好的朝向,满足冬季的日照要求,充分利用天然能源,改善建筑物室内热环境的设计。2)建筑物砌体不采用实心黏土砖,而采用机制免烧砖。采取局部措施提高建筑围护结构的热工性能:采用节能窗(中空玻璃);采用热工性能良好的页岩空心砖砌体,增设内置式或外置式的保温隔热材料和隔气层等以减少室内外的热交换。3)门窗节能:减小建筑物的外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗的保温性能。控制建筑物的窗墙比,设置保温封条,使用新型密闭性能良好的保温门窗,改替门窗的保温性能。4)加强屋面保温隔热的措施,选用密度较小,导热系数较高的保温材料。
2•4•3变电站结构节能措施
1)采用高强钢节约钢材。2)采用合理的结构形式及基础形式,节省钢筋混凝土用量。3)对露出地面的设备基础采用小基础,节省混凝土量。
2•4•4装修节能
1)采用低碳环保装修、装饰材料,减少有毒气体的排放。
2)值班功能区各种管道及电线电缆埋管暗敷或有序排列。
2•5水工、消防及暖通部分
1)站区给水加压设备采用变频变量气压给水设备。根据用水量自动控制水泵不工作或变频、工频工作,不用水时通过气压罐稳压,水泵自动停止运行,以达到节能目的。站区热水设备可以采用目前能效比最高的太阳能-空气源热泵热水机联合加热系统进行加热供水。2)主变消防系统可采用合成泡沫灭火系统、细水雾系统、排油注氮灭火系统、气体灭火系统等,这些消防系统在占地面积,用电量,环保均比水喷雾有很大优势。3)变电站的生产废水主要来自主变油系统的含油废水,设计应设置主变油坑及主变事故油池。4)生活污水及防治措施:当变电站位于水源保护区、环境保护区需设置污水处理装置；当变电站位于干旱地区,可考虑生活污水经处理后,用于旱地灌溉。这样即可达到環保要求,还能污水再利用。5)暖通部分：除生产用房外,取消其它职工休息用房空调,改用自然通风方式以利通风节能。
3结束语
总之，随着国家对环境保护的要求越来越高,电力绿色环保技术的应用日益广泛,应选择合理环保的建设方案,以提高变电站的运行效率,节约资源,降低损耗。
参考文献：
[1]电力工程电气一次设计手册1-电气一次部分•中国电力出版社•
[2]智能变电站技术导则•国家电网公司企业标准Q/GDW383-2009•
关键词:绿色变电站；技术方案；设计；优化整合
1前言
绿色变电站的建设是高效、环保、安全、节能、经济、可持续发展电力建设中的重要环节之一。绿色变电站,即通过技术、管理创新,在新建或改建变电站及输电线路选线、杆塔建设的过程中,降低其对自然景观和环境的影响,最大可能地减少水土流失,减小植被破坏,较少能源损耗及减少环境污染,实现节地、节材和节能降耗,将效率最大化、资源节约化、环境友好化、管理智能化的理念全面融入电网规划、设计、建设全过程。
2技术方案
2•1变电站选址勘测
在变电站的选所阶段,应尽量精简布置、减少土地资源的占用,应对站址的环境保护、水土保持、植被的恢复等方面采取有效措施。应注意避让地质构造较复杂、不良地质、地质灾害多发地段。注意拟建变电站站址是否存在富含地下水的地层,品位较高的矿脉和瓦斯地层,避免破坏矿脉和地下水层或在以后的变电站施工和运营期间有害气体逸出,污染环境。尽量避免在居住区建设变电站,以防大量的拆迁工程和意外事故。符合电网规划的布点要求,尽量靠近负荷中心,尽量降低线路建设投资和运行费用。充分考虑进出线条件,留出线路走廊,避免或减少线路的相互交叉跨越。
2•2系统部分
接入系统方案确保技术合理,经济较优,需经合理规划及潮流计算,正常方式下,各线路潮流均在输送范围内,在保证供电可靠性高的同时发展适应性也较好。合理配置无功装置功率,优化降低全电网的电能损耗。考虑经济电流密度、合理选择导线截面。采用先进的继电保护装置,选用集成化、智能化产品,提高电网运行的可靠性,有效适应各种运行方式。
高电压等级的系统保护均按照双重化原则配置;保护和测控分开。由于智能化技术的应用大大减少了控制屏上的二次接线,因此可将线路、断路器测控装置分别安装于各线路、断路器第一套保护屏,从而节省了屏柜数量,适当减少了二次设备室的建筑面积。主变本体变电量保护和500kV线路电抗器电量保护为双重化配置;保护和测控分开配置。主变和线路电抗器的非电量保护装置采用本体智能组件(或终端)完成,智能组件(或终端)按单重配置。主变本体智能组件(或终端)具有与主变非电量接点配合的开入开出回路,配合相应的时间继电器、出口继电器等,可在就地实现本体保护功能。低压线路、无功补偿装置等采用保护测控一体化装置,按单套配置,节约资源,提高可靠性。
2•3电气部分
2•3•1站区布置
变电站的布置应根据所址场地条件、出线规划、进所道路等统筹安排、合理布局,既要满足近期运行要求,也应考虑近期与远期扩建的配合及供电可靠性,尽量减少停电时间、停电次数,节省不必要的站区占地。选用合理的配电装置形式。对于场地及其狭小的地方可采用全户内布置方式，采用GIS组合电器。对于敞开式布置的变电站,高电压等级的母线可采用管形母线,以發挥其占地面积小,布置清晰的优点。另外,若采用分相中型布置,采用垂直断口隔离开关、三柱式共静触头隔离开关、悬挂式阻波器等均可节省占地。
2•3•2先进设备的选择
变电站设备选型方面,应尽量采用全寿命周期内安全可靠、性价比高的设备,以减少维护工作量。积极使用低声噪、少污染的先进设备和工艺,并采取一定的消声、隔声、减振、防火措施。利用光伏电池所发的绿色电力为站用电负荷提供部分电能,是高效利用土地资源、降低碳排放、发展低碳经济的有效途径。在系统条件允许的情况下,设计应优先选用短路阻抗低的变压器。分解运输式三相变压器总重较轻,节约了制造变压器的钢材和绝缘油,从而减少了钢材和绝缘油生产中的碳排放。逐步采用先进的罗氏线圈型电子式电流互感器(有源电子式互感器)或者纯光学式电流互感器(无源电子式互感器)。基于光效应的无源电子式互感器,与高电压电路完全隔离,互感器处于高电位的部分不需要电源,具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、频带宽、体积小、重量轻以及便于数字传输等优点。采用非晶合金站用变压器,比传统的铁芯变压器大幅降低了空载损耗,节能减排效果显著。干式半芯电抗器有望在今后的使用中成为干式空芯电抗器的替代产品,可降低碳排放量。利用站内的线路或母线高抗增加1个抽能线圈,作为站用电源,通过开关设备和抽能高抗配辅助变压器接入站用电系统。该技术的应用可提高供电的可靠性,节能降耗。采用绿色照明新技术,即采用高效照明光源及灯具,开关室、控制室采用LED灯替代传统的白炽灯和栅格灯照明，对变电站照明采取程序控制(PLC)的方式,将变电站内的照明按功能和场地区分开来,节约用电。
2•3•3一次设备智能化
采用智能化的一次设备,即具有数字式接口的电子式互感器、智能变压器、智能组合电气、智能开关柜等。这些智能化一次设备的检测信号回路和控制操作回路采用微处理器智能终端和光信号传输,以数字化的方式实现了传统变电站保护测控装置与一次设备之间采用控制电缆连接以模拟方式实现的功能。
2•3•4二次设备网络化
变电站按无人值班设计及运行。二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息,取消常规自动化系统一次设备和二次设备之间点对点式的控制电缆,采用光纤网络直接通信。二次设备在逻辑上和设备装置的物理配置上都遵循IEC 61850通信规范,分为站控层、间隔层、过程层三个层次；在功能上实现站内各智能电气设备间的信息共享和互操作。智能巡检、顺序控制、状态检修、保护状态控制和管理、智能告警及事故信息综合分析决策、信息分层分类优化处理等高级应用功能。技术成熟时还宜具有电能质量分析、协调互动等高级应用功能。根据目前的技术成熟条件,推荐使用顺序控制、保护状态控制和管理和信息分层分类优化处理等高级应用功能把监控、保护设备集中布置并下放,以减少电缆用量,并通过优化二次设计、合理选择电缆截面来降低高耗能电解铜的消耗。智能变电站内的电能计量装置应支持IEC61850标准,采用全电子式电能表。
2•3•5加强设备状态检修及在线监测
对智能化一次设备的在线监测项目配置及其网络结构进行分析的基础上,推荐采用变压器和高抗油中溶解气体的在线监测、HGIS/GIS高压断路器操作线圈电流的在线监测、组合电器SF6气体的在线监测、组合电器局部放电等在线监测项目。在线监测系统后台独立配置。
2•3•6站内辅助系统的优化整合
根据全站负荷统计,考虑设置交直流一体化电源系统，通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台；一体化监控模块通过以太网口，采用IEC61850规约与监控系统通信，使站用电源成为开放式系统。
全站考虑配置 1 套智能辅助控制系统，包括智能辅助系统平台、图像监视及安全警卫设备、火灾自动报警设备、环境监控设备等，智能辅助系实时接收站端视频、环境数据、安全警卫、人员出入、火灾报警等各终端装置上传的信息，分类存储各类信息并进行分析、判断，实现辅助系统管理和监视控制功能。
2•4土建部分
2•4•1节约土地资源
充分利用荒地,少占农田,利用自然地形进行有效排水。优化变电站总布置和竖向设计,选择合适的场地设计标高,避免大挖大填,减少土石方工程量,相应减少边坡支挡及地基处理工程量,并尽量做到土石方平衡,减少水土流失。站内建筑物采取节能措施。建筑风格设计体现工业产品的特点,工艺简洁、施工方便、线条流畅,与环境协调。
2•4•2变电站建筑节能措施
1)站内主要建筑物朝向为南北向,主要空间争取良好的朝向,满足冬季的日照要求,充分利用天然能源,改善建筑物室内热环境的设计。2)建筑物砌体不采用实心黏土砖,而采用机制免烧砖。采取局部措施提高建筑围护结构的热工性能:采用节能窗(中空玻璃);采用热工性能良好的页岩空心砖砌体,增设内置式或外置式的保温隔热材料和隔气层等以减少室内外的热交换。3)门窗节能:减小建筑物的外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗的保温性能。控制建筑物的窗墙比,设置保温封条,使用新型密闭性能良好的保温门窗,改替门窗的保温性能。4)加强屋面保温隔热的措施,选用密度较小,导热系数较高的保温材料。
2•4•3变电站结构节能措施
1)采用高强钢节约钢材。2)采用合理的结构形式及基础形式,节省钢筋混凝土用量。3)对露出地面的设备基础采用小基础,节省混凝土量。
2•4•4装修节能
1)采用低碳环保装修、装饰材料,减少有毒气体的排放。
2)值班功能区各种管道及电线电缆埋管暗敷或有序排列。
2•5水工、消防及暖通部分
1)站区给水加压设备采用变频变量气压给水设备。根据用水量自动控制水泵不工作或变频、工频工作,不用水时通过气压罐稳压,水泵自动停止运行,以达到节能目的。站区热水设备可以采用目前能效比最高的太阳能-空气源热泵热水机联合加热系统进行加热供水。2)主变消防系统可采用合成泡沫灭火系统、细水雾系统、排油注氮灭火系统、气体灭火系统等,这些消防系统在占地面积,用电量,环保均比水喷雾有很大优势。3)变电站的生产废水主要来自主变油系统的含油废水,设计应设置主变油坑及主变事故油池。4)生活污水及防治措施:当变电站位于水源保护区、环境保护区需设置污水处理装置；当变电站位于干旱地区,可考虑生活污水经处理后,用于旱地灌溉。这样即可达到環保要求,还能污水再利用。5)暖通部分：除生产用房外,取消其它职工休息用房空调,改用自然通风方式以利通风节能。
3结束语
总之，随着国家对环境保护的要求越来越高,电力绿色环保技术的应用日益广泛,应选择合理环保的建设方案,以提高变电站的运行效率,节约资源,降低损耗。
参考文献：
[1]电力工程电气一次设计手册1-电气一次部分•中国电力出版社•
[2]智能变电站技术导则•国家电网公司企业标准Q/GDW383-2009•