模块化变电站的建设与应用

变电站模块化的技术发展过程九十年代末，国内一些厂家开始将10kV开关设备及二次装置在工厂里就安装在预制的箱体内，其余设备，仍按常规布置。这就是变电站模块化的第一阶段即10kV箱式变电站阶段。由于多选用常规开关柜，体积较大，导致箱体内操作走廊小，维护不便，安全性较低，整体运输和吊装不便，而且外层钢板选用金属材料，使箱体的保温、隔热、防潮不够。

2000年后，35kV、10kV的开关设备开始分别在工厂安装在预制箱体内，实现了变电站模块化的第二阶段即35kV变电站的两侧箱式阶段，实现了局部模块化，箱体内仍选用常规开关柜，体积大、运输和吊装不便、操作走廊小、维护不便等问题仍然存在。

2006年开始提出全封闭、全绝缘的模块化变电站思路。高压开关选用封闭式组合电器，进出线用拔插式电缆接头连接，中压设备及二次设备都在预装式箱体内，在工厂内完成设计、制造、安装和内部电气接线，出厂前整组调试合格后再通过现场整体调试即可完成变电站的建设，这样形成了变电站模块化的第二阶段即66～110kV模块化变电站阶段。

2011年实现了35kV变电站除主变压器放置户外，其它所有设备箱式化，并且各模块在设计中可以进行整合。各模块分别在工厂内预制、调试完成，现场安装时只需将一二次电缆简单连接即可完成变电站建设，这样实现变电站模块化的第四阶段即35kV箱式模块化变电站。

模块化变电站总体概述

模块化变电站提出了一种变电站建设的新模式，它可将变电站划分为高压开关、主变压器、中压开关、综合自动化、中压配套设备五个主要功能模块。

高压开关功能模块为进出线采用拔插式电缆接头连接的气体绝缘封闭式组合电器；主变压器模块的变压器高压进线采用拔插式电缆接头结构，中压出线采用多股电缆或全绝缘封闭母线桥架方式；中压开关模块内采用一体化预装式开关室或户外绝缘全封闭组合电器；综合自动化模块采用一体化预装式控制室；中压配套装置模块包括无功补偿装置、接地变压器、消弧线圈等配套设备。中压开关柜、综合自动化、中压配套设备等模块中的主要设备均安装在非金属箱体。

以上各功能模块在工厂中预制并调试完成，现场安装时只需将高压开关、主变压器、中压开关及中压配套设备等模块采用一次电缆进行连接，综合自动化模块与其它模块采用二次电缆及通讯线路进行连接，最后进行整体调试即可完成变电站的建设。

模块化变电站的技术特点

高压开关模块。110kV及以上电压等的各种封闭式组合电器可以作为高压进出线模块的基础，此类设备集成化程度高，可配置电压互感器、电流互感器、避雷器等多种设备。如果进出线采用工厂预制的整体式电缆套管及可插拔式电缆插接头将更能体现模块化的特点，可更方便于安装及运行中的维护。

变压器模块。主变压器仍采用户外常规布置，为了减少现场接线工作量，变压器模块需要对变压器的进出线端子进行改进，一次侧采用可拔插的电缆附件或油气套管与进线模块相连，二次侧可以考虑电缆或架空两种出线方式，但需采取绝缘封闭措施。

中压开关模块。35kV及10kV进出线模块有两种模式：拼装式和户外箱式。拼装式最初是采用常规的手车式或固定式户内开关柜，由于常规开关柜体积大而造成整体模块的体积庞大，运输、吊装困难，箱体内的维护通道也比较狭窄，厂家和用户都感到不便；近几年来，进出线模块开始采用以永磁机构真空开关为基础的紧凑型开关柜或气体绝缘封闭式开关柜，由于体积小、重量轻、维护少、吊装和运输方便等优点，提高了这种模式的可行性，已应用于35kV及110kV变电站。这种模式将以上类型的开关柜拼装到一个预制的箱体内，箱体采用覆铝锌板等双层金属材料或金邦板等非金属材料，中间填充隔热材料，同时箱体内设计合理的通风系统，并且安装空调设备，使箱体具有防潮、隔热、防凝露等性能。另一种模式是户外共箱式，将开关设备装在充气箱体内，电缆接头作为进出线连接，并兼隔离断口功能，外边再加防护壳体。这种模式相当于使用35kV户外型封闭式组合电器或10kV户外环网柜。这些设备结构紧凑，体积小，维护少，布局简捷，使变电站的建设和运行更加简化，工厂化特点更加突出，其实现的技术关键点主要有两个，一是开关设备的免维护，二是大电流参数的电缆接头。由于35kV电压等级较少有户外型封闭式组合电器产品，模块化变电站的中压进出线模块主要采用的仍是拼装式。

变电站的技术经济比较

综合自动化模块。综合自动化模块主要包括变电站综合自动化系统、交直流电源设备、通信系统设备、图像监控设备、故障录波设备及微机五防设备等。其中35kV及10kV保护设备在一体化预装式开关室中分散安装，其余部分放置在一体化预装式控制室内。

中压配套装置模块。无功补偿和消弧线圈可以敞开式布置加顶罩，也可采用户内成套设备安装在箱体内，小容量变电站也可与出线模块合并为一个模；接地变压器、站用变均采用干式电气设备放置于箱体内。

其余辅助设备。辅助设备中包括变电站消防系统、防雷及接地系统、照明系统、采暖系统、排水系统等。

模块化变电站与35kV常规变电站的技术经济比较

主变压器：变电站最终建设2台三相双绕组自冷式全密封有载调压变压器，容量为5000kVA，电压等级为35/10.5kV。

35kV侧：主变压器进线2回，采用单母分段线接线，进出线4回，本期1回，配电装置按31.5kA短路电流水平设计。

310kV侧：主变压器进线2回，采用单母分段线接线，出线8回，本期4回，配电装置按25kA短路电流水平设计。

无功补偿：配置1组600+600=1200kvar无功补偿并联电容器组。

从以上比较数据可知，模块化变电站整体投资与常规户内站相当，略高于全户外建站方式。由于采用了小型化开关柜（充气柜及永磁操动机构）设备费高于常规建站方式，但在土建筑工程费（地基、围墙、场平、电缆沟道等）、安装工程费（电气一、二次设备安装、接地等）及其它费用（征地、人工、管理费等）节省了大量费用，由此可见，采用模块化变电站不仅可提高设备的整体运行性能，而且能大量的节省占地面积，简化了建设步骤，减少了现场施工量，缩短了施工周期，为工程尽早送电，创造了必要条件。

模块化变电站的应用及发展方向

模块化变电站的采用改变了传统变电站的建站模式，使变电站的建设具备了科技含量高、资源消耗低、环境污染小、过程精细化等特点。随着我国电力系统的不断发展，根据模块化变电站的自身特点，它将会更多的应用在农网建设（由其是改造项目中）及城网终端站上；对相对负荷较少、地势复杂，对设备绝缘要求较高的特殊环境及高原地区也有非常巨大的应用空间。另外，模块化变电站的发展需要进一步提高其设备的技术含量，降低设备成本和运行成本，才能满足竞争激烈及发展迅速的电力市场需求。