110kV及以下模块化变电站工程可行性研究报告

'110kV及以下模块化变电站工程一、项目简介110kV及以下模块化变电站提出了一种变电站建设的新模式，它是将110kV及以下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硬母线桥架方式；中压开关模块内采用以永磁机构真空开关为基础的紧凑型开关柜；综合自动化模块根据用户要求选用相应产品；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、综合自动化、中压配套设备等模块中的主要设备均安装在增强型玻璃纤维水泥箱体或其它材料箱体内。各功能模块在工厂中预制完成，并分别进行调试。现场安装时，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，并将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，然后进行整体调试，即可完成变电站的建设。采用此种模式可以减小现场的施工及调试的工作量，缩短变电站的施工周期；变电站整体全绝缘、全密封，提高运行的可靠性，并与周围环境协调，容易选择建设地点；节省变电站的占地面积；降低变电站的整体造价。符合国家电网公司2007年2月提出的“两型一化”变电站建设发展方向，即强调电力建设应朝着节约资源、环境友好、工业化的方向努力。 二、项目的意义和必要性1、国内外现状和技术发展趋势从国内110kV及以下变电站的建设上来看，由于各地区经济发展情况的差别，110kV及以下变电站建设规模及方式各有不同。为统一变电站建设标准、统一设备规范、方便设备招标、方便运行维护、提高工作效率、降低变电站建设和运行成本，国家电网公司于2005年12月推出了《国家电网公司输变电工程典型设计》(以下简称典型设计)，在典型设计中将110kV及以下变电站按布置方式分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站三大类。Ø户外型变电站：此模式变电站高压开关设备采用户外中型或半高型等布置形式，变压器放置在户外，10kV设备采用户内开关柜布置在开关室中，各电气设备采用敞开式（AIS）连接方式，即各电气设备之间采用裸露导线或母排，利用户外架构的支撑进行连接。此种变电站由于高压绝缘对空间的需要，使电力设备的体积和设备间距比较大，因此占用土地较多。且由于高压设备及其连接直接暴露在户外，对环境及绝缘配合要求较高。另外按此方式建设的变电站通常时构架高耸，高压线如网，与周边环境很不协调，经常遇到选择变电站建设地点的困难。但由于此种方式在我国有多年的建设经验，设备供应厂家众多，故建设成本较低。Ø户内型变电站：为解决户外型变电站占用土地多，环境不协调等造成选择变电站建设地点困难的问题，出现了户内型变电站，其电气设备全部或部分安装在户内。为有效地节约空间，其高、中压开关设备仍然按常规设备布置，各电气设备之间的连接多采用电缆方式。但此种方式需要现场建房，且安装、调试工作量较大，施工周期长，导致建设成本较高。总体造价约比户外变电站高出一倍多，此模式适用于城市中心区变电站的建设，可较大程度的节约土地资源。Ø半地下变电站：该模式设备全部或部分安装在地下，高压开关设备采用封闭式组合电器，设备之间通过电缆连接，这种模式建设成本、运行费更高，优点是占地更少，适合在城市密集负荷中心建设。但同样需要进行现场建房，存在现场安装、调试工作量大，施工周期长等缺点。 此三种模式为现阶段变电站建设的基本模式，适用于城市农村等不同场所，其建设模式均为分散将各种电气设备运抵现场后，再分别进行安装调试，使得现场施工周期较长、工作量较大。从技术发展趋势来看，高压开关设备正在向紧凑型、高可靠性的方向发展，气体绝缘封闭式开关设备GIS的应用越来越广泛，但GIS需现场安装并进行充放气，使现场施工及调试量增加。新型气体绝缘开关设备--PASS(PlugAndSwitchSystem即接插式开关装置)以其独有的优势逐渐被用户认可，PASS将连接至单母线或双母线系统的套管或电缆附件、一项断路器功能、单个或多个组合隔离开关/接地开关功能及一项电流互感器功能集成在一个模块中，现场无需进行充放气，大大节省了现场安装及调试的时间，此种设备的出现使实现工厂预制式模块化变电站成为可能。而且现阶段国内部分GIS生产厂家也对其产品进行了相应改进，部分接线方案也采用了拔插式电缆附件或油气套管连接，使得模块化变电站高压开关部分有了更多的选择。变压器设备进出线套管采用插拔式电缆附件或油气套管可以方便的实现全绝缘全密封的连接。10kV一体化变电站及永磁机构断路器技术已经成熟，并已有多年的实际运行经验，采用此类设备可以将10kV开关设备集成在防潮保温的非金属箱体中，实现工厂预制。从近年来电力设备技术的发展趋势看来，变电站建设正向工厂预制式模块化发展，自98年10kV集装箱式变电站投入市场以来，简单的现场组装式变电站形式越来越受到用户的青睐。现阶段110kV及以下配网化的趋势逐渐明显，110kV及以下变电站建设数量越来越多，简单、可靠、建站快速的模块化变电站建设方式势必会引起用户的关注并成为今后变电站建设的主流。2、产业关联度分析（1）产业链构成 从110kV及以下模块化变电站建设方式上来看，其要求将高压开关、变压器、中压开关、综合自动化等模块实现工厂预制，故其上述关联产业均要为模块化变电站提供适合的产品。同时模块化变电站的广泛应用也会影响其相关产业的技术改进，推动相关产业的进步。从产业链的构成上来看，包括了高压开关产业、变压器产业、中压开关产业、综合自动化产业、电缆及电缆附件产业等，各产业间为提供适用于模块化变电站的产品又相互影响。具体产业链构成见下图。从图中可以看出，模块化变电站所需高压开关模块要求高压开关产业结合电缆及电缆附件产业产品共同设计，实现高压开关产品工厂预制及现场插拔结构；变压器模块同样也需要变压器产业与电缆及电缆附件产业共同设计，实现变压器产品的工厂预制及现场插拔结构；中压开关模块结合了中压开关产业及自动化产模块化变电站产业链构成业的技术，实现工厂预制，现场安装简便。各功能模块在各关联产业的技术支持下，完成工厂内预制，现场通过电缆及电缆附件产业的产品，实现方案的连接安装，共同完成模块化变电站的建设。（2）上下游行业分析从产业功能上看，模块化变电站属最终产品，其下游产业为最终供电用户，其产业关系及发展已经有较详细的论述，且其只关系到模块化变电站的市场应用层面，属市场调研范围，故在此不再赘述。从模块化变电站产业链构成可以看出，其上游产业包括了高压开关制造产业、中压开关制造产业、综合自动化制造产业、电缆及电缆附件制造产业等，下面针对市场调研中掌握的信息，分别对各关联产品进行分析：①高压开关产业 模块化变电站中高压开关模块是以各种封闭式组合电器为基础的，从高压开关产业的技术发展方向来看，SF6气体绝缘金属封闭式组合电器是高压开关的发展方向，近年来国内外厂家纷纷投入力量研制生产此类产品。但从市场调研中发现，大多数厂家仍然采用现场制作电缆连接套管的方式实现组合电器的进出线，这样会增加封闭电器现场工作量，同时工作质量难以达到工厂生产的水平，因此套管仓尺寸一般比较大，对运行也是有一定的质量风险。拔插式电缆附件的出现为解决以上问题提供了一个很好的选择，现阶段国内此类电缆附件主要采用的有德国、意大利、日本及台湾的技术，产品质量比较稳定。国内部分高压开关厂家已经将此类电缆附件应用到封闭式组合电器中，也有少量厂家实现了高压开关模块的工厂预制。另外，国外相关标准也在推荐组合电器与变压器直接连接，即组合电器通过母线筒与变压器油气套管互连，此方式可较大程度减小变电站体积，增加变电站运行的可靠性，但会相应增加变电站现场安装工作量。从以上分析可以看出，SF6气体绝缘金属封闭式组合电器在技术方面已经成熟，通过简单的技术改进（实现电缆插拔式进出线结构或与变压器直接连接）即可有效的实现工厂预制。电缆及电缆附件产业的技术进步极大的支持了高压开关模块的设计。故在高压开关产业技术进步的前提下，实现变电站模块化建设是完全可行的。②变压器产业我国变压器行业技术发展十分成熟，各电压等级及容量的变压器均有标准设计，国内相应标准对变压器的控制也较规范。对于模块化变电站中采用的变压器模块，只需对标准变压器产品的进出线端子进行改进即可，与高压开关产业相同，利用电缆及电缆附件产业的技术支持，将变压器高压进线端子更改为电缆插拔方式或通过油气套管与高压开关模块直接连接。变压器中压出线部分由于电流较大，现有国产电缆附件无法满足要求，可以考虑采用常规电缆出线或硬母线桥架方式。总之，利用现有变压器产业技术，结合电缆及电缆附件产业的发展，实现变压器模块的工厂预制是完全可行的。③中压开关模块 中压开关模块的实现方式考虑采用工厂预制箱体，将中压开关设备及相应控制保护装置安装在此箱体内，在工厂内完成安装调试，简化现场工作，缩短变电站建设周期。现阶段出线模块有两种模式，一种是拼装式，最初是采用常规的中置式、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，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，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，已大量应用在35kV变电站；随着永磁开关参数的提升，这种模块已扩大应用到66kV和110kV变电站。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。这种模式专为户外电力设备设计，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有两个，一是开关设备免维护，二是大电流参数的电缆接头。美国十多年前已开始采用这种模式，以此为基础的全绝缘、全密闭型变电站，设计方案灵活，占地非常少；国家电网公司已将共箱式开关设备，及箱式小型化农村变电站作为今后5-10年重点推广的新技术产品，预计这种模式将有更多应用。从上可以看出，利用现有技术实现变电站中压开关模块在技术上是可行的，同时也能看出：多数产品采用传统的开关柜，体积过大，运输和吊装不便，运行中的维护工作量大，采用紧凑型开关柜的产品还不多；多数生产企业属于开关设备制造企业，其他配套设备主要采取外部采购配套，对变电站综合性技术的把握能力不够强，模块设计技术缺乏创新和特点；采用免维护或少维护设备（如永磁机构真空开关）还不多，户外共箱式模块也刚开始出现，只有个别企业能够生产制造；全绝缘、全屏蔽的模块化变电站刚刚起步，核心元件的配套性还不能满足技术发展需要。故在今后的模块化变电站研究过程中，应关注此方面产业技术的发展，提高此产业的技术水平，为模块化变电站的推广提供更加适合的产品。④综合自动化产业 综合自动化产业在我国经历了较长时间的发展历程，从最初的电磁式继电器保护到集成电路保护，最终发展成微机型保护装置，技术水平上已经相当成熟。在实现模块化变电站功能上，现有综合自动化系统完全可以满足要求，将成熟的综合自动化装置与中压开关装置结合，形成中压开关模块，可以有效的实现中压开关及综合自动化的工厂预制。随着新产品新技术的发展，基于IEC61850协调的新型数字式开放型自动化系统已经应用到数字化变电站中，其网络化的二次设备及智能化的一次设备，为中压开关模块提供了新的选择，可以预测今后模块化建设、数字型设备的变电站建设方式，将是今后变电站发展的主要方向。⑤其它相关产业模块化变电站的其它相关产业包括无功补偿、接地装置等，随着国网公司及供电用户对供电质量要求的不断提高，变电站中配置无功功率补偿装置、接地消弧装置等附属设备，已经成为标准设计。经过市场调研，此类附属设备的技术发展已经相当成熟，例如：已有厂家生产出SVC型电能质量调节装置，利用电容投切、变压器分接头调节等方法改善电能质量。模块化变电站中利用现有成熟的相关产业技术，实现相关产品的工厂预制，在技术上是完全可行的。（3）产业关联度分析从以上分析可以看出，随着高压开关设备技术的不断发展，气体绝缘封闭式开关设备GIS技术逐渐成熟并应用到110kV及以下变电站的建设中，且在电力电缆及其附件技术进步的前提下，使变压器及GIS实现全绝缘全封闭成为现实，同时自动化技术的不断进步提高了变电站系统的稳定性和可靠性。正是依靠以上几个产业技术的不断进步，使实现模块化变电站成为可能。 110kV及以下模块化变电站的实现要求高压开关设备在工厂内预制，无需现场充放气及烦琐的试验调试，要求GIS设备必须实现电缆插拔式连接结构，所以在110kV及以下模块化变电站逐渐被用户承认的同时，势必会引起电缆插拔式气体封闭式开关设备的研发的热潮，推动高压开关设备产业技术的进步；现阶段110kV及以上电力电缆附件大部分依赖于进口，随着110kV及以下模块变电站的实现及电力系统电缆化应用的不断普及，会较大程度推动电缆附件技术的进步，改变此类产品部分依赖进口的局面，同时电缆产业技术的发展又可以保证变压器的全绝缘全封闭，推动了变压器连接技术的进步；在模块化变电站技术的推动下，自动化产业技术也将有较大程度的进步，变电站的数字化程度会有较大的提高。此项目所关联的产业较多，正是因为关联产业技术的不断进步和逐渐成熟，使实现110kV及以下模块化变电站的思路可以实现，同时此项目的实现又可以推动关联产业技术的不断发展，可以说110kV及以下模块化变电站的开发依赖于高压开关设备、变压器、电力电缆及其附件、自动化行业等产业技术的共同发展，同时此项目的成功开发又推动了相应产业技术的进步。3、市场分析（1）市场环境分析：①市场宏观环境分析Ø经济环境分析我国“十一五”科技发展规划把能源装备业列为“十一五”及未来国家重中之重的发展产业，明确提出了建设远距离、大容量、安全可靠灵活输电的坚强国家电网，电力部门也具体提出了“十一五”~2020年将形成结构合理、安全可靠、灵活高效的坚强国家电网的建设规划及其电网设备的选型原则。这些既是对输配电设备制造业技术进步的挑战，更是为电网设备制造业的技术发展提供了极好机遇。国家对重大装备业特别强调自主创新，并把自主创新作为“十一五”及今后我国科技发展战略主线和产业结构调整的主旋律，提出了重大装备自主创新、立足国内的指导方针，开创了我国自主创新的新时代，并对促进国内企业自主开发研制，营造了前所未有的良好发展环境。从世界电力市场看，有资料显示，全球2005年总的电力市场规模约为560亿美元，过去的几年，年均增长4%~5%（其中欧洲市场基本为零增长，主要依靠中国在内的亚太地区市场拉动）；我国近几年电力增长速度在35%左右，到2005年我国创造了约占全球14%的电力市场。我国“十一五”期间，电网建设又处于快速发展期。“十一五” ~2020年，将建设以特高压交直流为骨干输电网架、各级电网协调发展的国家电网。就电网建设总投资容量而言，经国家电网与省市地方协商、调整后的“十一五”国家电网投资规模将达到1万亿左右，这相当于我国2005年以前整个国家电网的建设规模。换而言之，在“十一五”期间要再建一个国家电网。巨大的电网建设规模，为输变电设备制造业开创了广阔的发展空间。我国电力设备行业从2002年开始，已经保持了连续5年的较快增长。高增长的热点又经历了由发电设备向输变电设备转移，主要原因就在于电力建设的重点由电源建设向电网建设转移，以弥补以往电力输出（电网建设）投资低于电源（发电厂）投资的不足。有利于改善电力供需平衡。发电设备2004年增速达到了最高峰，近二年增幅开始趋于平缓，而电网建设仍处于持续高速增长期，因而带动“十一五”高压开关设备等输变电设备的持续高速发展。“十一五”期间国家还开展重点城市新一轮电网改造和电气化铁道等领域的建设，以及2008年北京奥运会，2010年上海世博会和广州亚运会的筹建，都给输配电设备制造业提供可观的电气设备市场。总之，由于“十一五”我国电网建设和国民经济的持续快速发展，为输配电设备制造业创造了极好的发展机遇。Ø技术环境分析国家电网公司于2005年12月推出了《国家电网公司输变电工程典型设计》(以下简称典型设计)，在典型设计中将66kV及110kV变电站按布置方式分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站三大类，其意图是推动变电站建设的标准化和模块化。2007年2月国家电网公司又提出建设“两型一化”变电站，强调电力建设应朝着节约资源、环境友好、工业化的方向努力。110kV及以下模块化变电站项目完全符合变电站建设的标准化、模块化及“两型一化”的基本精神。 从变电站模块化建设发展趋势上看，变电站的模块化技术是逐步发展、逐渐清晰的，相关行业的技术进步也不断使模块化概念更加可行，如在户内式变电站的推广过程中，为避免高电压绝缘空间需求造成的变电站建筑物过大，出现了气体绝缘封闭式的高压组合电器，首先实现了高压母线的模块化，但其价格是敞开式电器的3-4倍。再如，电子技术和单片机技术使变电站综合自动化装置的体积大大缩小，分布式智能又替代了部分集中智能，使综合自动化需要的有效空间大大减少，因此出现了工厂预制的综合自动化模块；而少维护、紧凑型开关柜的出现，提高了变电站出线模块工厂预制的可实施性。因此，变电站的模块化技术是先从局部模块开始，逐渐扩展的。目前，变电站建设的模块化正在不断扩大应用范围，国际市场上已经出现不少变电站建设的模块化产品，包括车载移动式变电站。变电站模块化技术的发展，也推动了全绝缘、全封闭型整体模块化变电站的发展。美国在80年代中期就已经出现了整体模块化的33kV变电站，日本在90年代出现了整体模块化的66kV变电站。2006年在美国举行的IEEE/PES展览会上，35-110kV等级的车载式变电站、一体化集成的变电站控制室，甚至其控制室建筑材料等设备，都已经成为标准化产品。这种模式突破了传统户内站、户外站的局限性，在综合考虑减少土地占用、降低变电站造价、缩短建设周期、与周围环境协调、提高运行可靠性、减少设备维护等诸多因素时，提供了更多选择，尤其适用于污秽地区、高原地区、临时型站及某些不易选择变电站建设地点的场合。可以预见，变电站建设的模块化今后将成为一个国际性的趋势。②市场微观环境分析：国内90年代后期即有厂家生产和应用变电站出线模块的，目前大约有20多个企业生产不同类型的10kV出线模块和35kV进线模块，每年生产约1100套各种模块，虽然产品名称不够统一，有一体化站、预装式变电站、组合式变电站、各种前缀的箱式变电站等。根据高压开关行业年鉴和有关调研数据，目前国内生产变电站模块化产品的主要企业及35kV及以下进线模块、出线模块和综合自动化模块的年产量大体如下：模块化产品年产量统计表序号主要生产企业2006年产量市场份额1泰开电气集团有限公司26023%2耐吉科技股份有限公司18016%3北京科锐配电自动化股份有限公司1009%4宁波天安股份有限公司908% 5许继电气807%6浙宝电气706%7正泰集团504%8成都科星电力电器404%9中国·东盟电力404%10乐山一拉得303%11河南思达303%12其他15013%合计1120100%以上产品的生产和应用呈现以下特点：Ø多数产品采用传统的开关柜，体积过大，运输和吊装不便，运行中的维护工作量大，采用紧凑型开关柜的产品还不多。Ø多数生产企业属于开关设备制造企业，其他配套设备主要采取外部采购配套，对变电站综合性技术的把握能力不够强，模块设计技术缺乏创新和特点。Ø采用免维护或少维护设备（如永磁机构真空开关）还不多，户外共箱式模块也刚开始出现，只有个别企业能够生产制造。Ø全绝缘、全屏蔽的模块化变电站刚刚起步，核心元件的配套性还不能满足技术发展需要。Ø模块化产品主要应用在农村35kV变电站和城市10kV配电网的开闭站，在110kV及以下变电站的应用刚起步。以上问题也是今后几年变电站模块化发展中需要解决和完善的地方，需要制造企业和电网系统用户共同努力，探讨更加具有实用价值的解决思路。国家电网公司2006年出台的一系列变电站设计典型方案，反映了电网建设对变电站建设模块化、标准化的渴望。但是这些典型设计的汇集和整理有些仓促，许多技术内容不够先进，不够全面，需要不断地丰富和完善，这也是技术、设计和制造企业的工作方向。 （2）产品市场定位分析：①产品的生命周期分析：近年来，变电站的工厂化建设方案已经逐渐被用户接受，国内外大部分电力设备生产厂家均在投入力量研制开发新型的工厂预制式变电站产品，如集装箱式变电站、接插式开关装置等。也有部分厂家考虑了变电站整体工厂预制化的方案，简化了现场施工的工作量。国家电网公司也对变电站整体解决方案提出了相应的科研项目，在国网公司“十一五”科技规划中将“35kV变电站成套集成方案研究”（组织单位是安徽省电力公司）和“变电站小型化紧凑化技术研究与实施”（组织单位是浙江与上海电力公司）列为“十一五”重点科技项目，可见变电站整体工厂预制、工业化生产已经成为今后变电站建设的重点选择方式。但通过此次市场调研发现，各用户及生产厂家提出的解决方案千差万别，成套性及工业化程度相对较低，总结起来有如下几条：Ø在设计思路上对变电站整体设计考虑较少，多数厂家根本没有考虑到变电站的整体工厂化预制的建设方式。只提出了变电站中压系统的解决方案，对于高压进线和变压器仍然要求用户设计采购，并进行现场施工，集成化工业化程度相对较低。Ø在设备选择上没有针对工厂预制化设备的特点进行选择，中压系统多数厂家仍然选择常规的开关柜，导致中压系统体积庞大，且部分厂家生产的中压系统需要在现场进行二次组装，导致现场施工工作量加大。对于高压系统一般用户采用户外敞开式布置（AIS），使得占地面积较大、现场施工周期长、工业化程度较低。Ø在建设方式上用户较倾向于自行采购组装，对工厂预制式的模块化变电站接受程度较慢，对于国网公司的典型设计依赖性较强，尚需要有一定时间的接受过程。综上所述：Ø模块化变电站产品现阶段尚无其它厂家进行研制生产，属于新技术产品，市场容量相对较大，有利于后续市场开拓。 Ø对于工厂预制式的变电站建设方式，多数厂家还停留在中压开关部分即集装箱式变电站，对变电站整体设计考虑较少。由于模块化变电站相对的整体设计及技术先进性，比较容易被用户接受。Ø通过模块化变电站的大量应用，势必会带动相关产业的技术进步，并更加促进模块化变电站的研发力度，为电力系统提供一种良好的变电站建设方式。产品在市场上占据的市场地位：通过市场调研了解到，国内各地110kV变电站的建设量较大，特别是金融危机，国家为拉动内需，各地区在变电站建设项目上，投入了大量的资金。但现阶段变电站的建设模式一定程度的影响了变电站的建设速度，现建设的模式一般为由供电部门进行申请并经多层上报审批，后经设计院进行设计，再进行设备的招标，然后才进行变电站的土建工作，最后待设备到达现场后进行安装，经以上各步后变电站建设时间已经很紧张，再经过较长时间的设备试验及调试，通常会导致变电站建设的延期，常规变电站从申报到建成通常需要一年的时间，而模块化变电站可以做到快装式，在设计完成后即可进入设备的工厂预制，在土建完成设备到达现场后，经简单的安装及调试即可完成变电站建设，此优势是十分明显的。此模式的变电站整体造价介于全户外变电站和户内变电站之间，但其实现了变电站的全绝缘全密封，且无高耸的架构，达到了户内站的效果，对于用户来说也有一定的吸引力。现有产品及厂家情况分析：我们的模块化变电站思路国内乃至国际上尚未有此种方式，但作为模块化变电站的型式，已有厂家进行了尝试，如许继的110KV变电站方式，此方式是将变电站35kV及10kV部分安装在箱体中分别在工厂中预制完成，110kV开关设备推荐用户采用COMPASS，用户在现场制作高压开关及变压器，待35kV和10kV箱体到达现场后进行安装调试。此种方式不是完整的模块化的概念，其仅将110kV及以下变电站的两个电压等级在工厂中预制成模块，其余部分仍由用户进行制作，且仍有架空构架部分，现场施工量相比较大。所以对于完整的模块化变电站的思路，现今还没有厂家实现，市场竞争较小。替代产品分析 从现阶段电力技术发展看，可以实现模块化全工厂预制式变电站方式的思路只有此项目一种，市场上其它方式的产品及思路均无法替代此模式。（3）模块化变电站在推广中存在问题的分析：①产品技术问题分析模块化变电站中采用的设备均为成熟产品，所以在设备制造的技术方面没有问题。但在各模块设备的连接方面需要投入较大力度的研究，即电缆连接系统。通过市场调研发现，国内采用的110kV插拔式电缆附件多为进口产品，国内厂家自制的产品质量还不过关。而10kV电缆附件额定电流较小，无法满足大容量变压器出线的要求。所以需要在电缆附件方面进行研发，提供出一种方便、可靠、适用范围广泛的电缆连接系统。②产品应用领域的分析采用模块化思路建设的变电站具有全绝缘全密封、安全可靠、无架构和裸露带电体、施工周期短、工业化程度高等一系列优点，应用领域广泛。但由于不同地区对变电站建设规模及投资的不同要求，所以此类变电站建设方式不可能适用于所有地区，需要对其适用范围及使用场所进行定位。通过市场调研资料的整理分析，我们认为模块化变电站特别适用于城区及郊区变电站的建设，由于设计中考虑变电站建设工厂化，现场施工简单化等要求，模块化变电站将发展成工厂预制、建设快速、高可靠性的变电站建设方式。三、项目的技术基础和技术可行性1、成果来源及知识产权情况 此项目的提出来源于35kV一体化变电站及110kV气体绝缘封闭式开关设备的发展，早在1998年35kV变电站建设就开始采用一体化变电站模式，其模块化工厂预制及现场简便的安装逐渐受到用户的认可。经过近10年的发展，一体化变电站已经成为35kV变电站建设的一种通用模式，安徽供电公司更是将35kV一体化变电站作为典型设计。随着电力系统的不断发展，110kV及以下变电站的建设量逐渐增加，加快变电站的建设效率，提高变电站运行可靠性，减小运行检修工作量越来越受到供电用户的关注，已经有用户提出对110kV变电站实行工厂模块化预制。实现模块化工厂预制式变电站的关键技术在于各模块之间的连接及高压开关的选择，为保证各模块之间方便可靠的连接及运行维护的可靠性，选用了全绝缘全封闭的电缆拔插式附件实现。高压开关选用气体绝缘封闭式开关设备，现阶段国内采用的气体绝缘封闭式开关设备主要以GIS为主，但GIS的现场充放气及较繁琐的现场调试试验使其应用受到影响，国际及国内许多厂家均为解决GIS现场安装问题投入了较大的精力，其中ABB公司提出的PASS产品实现了工厂预制，将现场工作量减到最小，使实现模块化工厂预制式变电站成为可能。此项目已经获得专利部门颁发的发明及实用新型专利保护，发明专利保护权利涉及模块化变电站建设方法及概念；实用新型专利保护权利涉及模块化变电站的具体产品。2、已完成的研究开发工作此项目采用成熟产品，实现模块化设计时只需对各产品之间的连接进行相应改进即可，现阶段关于PASS已经与ABB公司进行了接触，并已经与其进行了相应合作；主变压器可直接选用电缆进出线或油气套管直连方式；10kV一体化变电站由北京科锐公司自行生产，开关柜选用北京科锐公司自行开发生产的KGN16-12型永磁机构真空断路器柜；其余配套设备选用国产优质产品。第一个试点变电站已经在辽宁营口鲅鱼圈浴场变成功投运，并通过了省局的鉴定验收，用户反映良好，同时《国家电网报》进行了刊登报道。3、技术特点，与现有技术比较所具有的优势和劣势Ø全绝缘、全屏蔽，变电站不再构架高耸，不再高压线交错，站内没有裸露带电部位，提高了变电站的运行可靠性。Ø工厂模块化生产，变电站所有设备都在模块箱体内，工厂安装调试完毕，现场吊装接线即可。Ø变电站投资少、占地面积小、生产周期短、变电站建设半工厂化。 Ø控制、保护分散设计，就地安装，方便操作。Ø环境控制系统完善，保障设备在良好环境下运行。Ø就地及远方功能齐全，带有操作闭锁，方便用户使用与检修。4、有关重大关键技术的突破对行业技术进步的重要意义和作用110kV模块化变电站中前期采用进口高压开关设备PASS，我们会继续研发电缆拔插式气体绝缘封闭式高压开关设备，此种设备的研制成功将添补国际和国内的空白，对高压开关行业的技术进步起到积极的推动作用。我们还将研发110kV及以下电缆附件产品，争取可以改变此类产品部分依赖进口的模式，推动我国电力系统电缆化的进程。四、项目实施情况1已投运试点工程情况拟通过试点变电站建设，积累模块化变电站设计施工经验，并论证此项目的可行性。希望通过试点变电站的建设，论证技术方案的可行性、经济技术指标、变电站建设施工周期等方面的优劣，为此项目的可行性研究提供有力的依据。基于以上目的，与辽宁省电力公司确定了营口浴场试点变电站，此变电站位于营口市鲅鱼圈区，终期规模2*40MVA，已于2008年10月24日投入运行，用户反应良好。通过此试点变电站建设较充分的认证了模块化变电站的可行性，并且模块化变电站方案于2008年9月通过了辽宁省电力公司基建处的技术评审。2、目前各省项目实施情况①66KV及110KV模块化站实施情况自08年国内第一个模块化变电站成功投运后，科锐公司09年又相继和辽宁省公司签订了66KV本溪西沟及营口和平两个模块化变电站的合作，计划在09年10月份正式投运，作为辽宁省重点推广项目，后续决定将抚顺永济变、朝阳端正变、营口大铁变、沈阳史三变等四个66KV变电站的建设模式仍确定采用模块化站形式。 辽宁营口鲅鱼圈浴场变的成功投运，相继得到其它兄弟省电力公司的关注，先后有贵州省、河南省、广东省、甘肃省等电力公司来辽宁营口参观考察。目前贵州省贵阳110KV四方变、马场变准备与科锐公司合作，特别是贵州省多为山区，采用模块化站模式，能够很好的解决选址难，建设周期长等问题，预计在10月份签订商务合同，河南漯河110KV张场变也在洽谈之中，目前已经通过了可研阶段。总之，在今年后期预计会有9个站会相继投入运行，为今后全国陆续的推广积累了丰富的运行经验，奠定了良好的基础。辽宁营口鲅鱼圈浴场变运行实例图②35KV模块化站及一体化站实施情况安徽使用情况 安徽是科锐公司早期作为35KV模块化站及一体化站重点推广的区域，目前经过近三年的发展，已经有近150余个站在运行之中，得到了省局的一致认可，并将此模式确定为35KV变电站建设的首选模式。2001年公司永磁开关安徽市场，最早是在阜阳配网、定远农网使用永磁机构驻上开关。2002年安徽省公司农电率先在全省开展节能型、小型化、免维护变电站试点。当时省公司农电工作部组织地市专家考察了北京科锐、河南许继、浙江正泰等公司。当年有35kv贵池墩上变、35kv定远三河变、35kv濉溪唐家变、35铜陵西湖变、35天长安乐变、35kv含山变共6个一体化变电站采用了科锐公司的XGN28小型化开关柜。这种柜体单台长200mm、深550mm，采用永磁机构，全绝缘密封。经过一年的使用，获得了大家的好评。科锐公司开始在全国特别是安徽大力宣传和推广小型化开关柜。2003年全省建设14个35kv一体化变电站，其中13个项目选用了科锐小型化开关柜（固镇连城、颍上古城、宿松陈汉、全椒古沛、天长张铺、宣城寒亭、淮北张庄、池州九华山、宁国城北.......）2004年科锐公司开始和继远电网紧密合作，在安徽全省使用了近20个变电站（如四县城郊、宿松城东、怀宁城西、潜山开发区、明光女山湖......）2005年继远电网开始在全省做35kv组合式变电站的试点，35kv绩溪龙川变、35kv舒城牛角冲变项目中采用了科锐公司XGN28B永磁小型化开关柜，获得了各地专家和用户的好评，使用至今实现了免维护。2006-2007年科锐公司更紧密地与继远电网公司合作，依托继远电网组合式变电站的品牌优势，大量使用了小型化开关柜。2007年有继远电网研发新建的50个组合式变电站中采用了科锐公司的XGN28B、XGN28C、KGN型式的永磁开关柜。广泛的使用，主要是得益于一体化站的实现了真正的无人值班守、免维护、减少占地面积、减少投资、缩短了安装的施工周期，特别是在工程项目开始集中大量实施时，采用此模式的优势更能突出体现出来，可以更好的帮助用户及时的完成各变电站的及时实施，甚至提前送电运行。安徽定远35KV三河变安徽天长安乐变 安徽贵池墩上变安徽安庆大龙山变安徽池州柯村变安徽宿松陈汉变其他省市使用情况除安徽外，使用量较大区域的主要是辽宁、吉林、黑龙江、河南、湖北、北京、山东、浙江、海南、广东、湖南、河北等地，总计有200余座站在运行，其中东北已投入运行的站目前有60余座，在建的有10余座，总计70余座。 特别35KV模块化站在推广过程中，远在西北地区的青海省35KV班多变已经签订合同，目前正在工厂有序的生产调试过程中，在10月15日供货。贵州省35KV百宜变、兴义郊那变，作为省局的试点工程正在洽谈之中。35KV模块化站除具有缩短安装施工周期，采用高可靠性的永磁操动机构户内高压开关柜外，对于多山、高海拔的地区，有利于解决受地形影响的选址困难问题。海南大致坡变电站江苏宜春35kV体育中心变吉林四平66kV黄岭子变吉林伊通66kV靠山变3、项目实施过程中碰到的问题及解决方式（1）电缆沟问题特别需要注意二次电缆沟在设计地基和施工时，主要沟道尺寸过小问题，二次电缆无法全部顺利穿过，通过扩孔来解决，造成施工挖掘重复，影响施工周期。（2）箱体对接问题 由于受运输车宽度的影响，箱体过宽，一般采取半剖，到现场通过吊车对接，在对接过程中，容易造成母排错位，出现母排间隙过大现象，主要是通过调整柜体位置解决，现场吊装时一定要注意箱体到位的准确性，避免重复吊装。（3）运输问题需要考虑箱体宽度是否满足运输车的要求，主要满足高速收费口，及限高的尺寸要求；另外，需要到变电站现场实际考察主要特殊道路的情况，主要是转弯半径，路面宽度，从而在工厂提前解决不必要的运输麻烦，保证变电站如期送电运行。五、工艺技术路线、设备选型及主要技术经济指标1、工艺技术路线及设备选型：（1）66kV开关设备66kV进出线采用气体绝缘封闭式组合电器，现阶段拟采用GIS进行实现，GIS通过油气套管完成与变压器的连接，进线考虑采用架空方式。以上方案已与辽宁省电力公司进行了沟通，并与相关设计院完成了初步设计，此方式可以实现且能保证66kV开关设备的可靠性。（2）主变压器在本方案初期，主变压器仅考虑50MVA及以下双圈变压器。对于三圈变压器，在以后的设计中如用户有较大的需求再进行考虑。变压器66kV侧采用油气套管与GIS直接连接，10kV侧可以采用电缆或架空桥架方式出线。（3）10kV设备（一体化站）10kV开关设备采用北京科锐公司生产的一体化变电站。10kV出线开关柜采用KGN16-12型固定式开关柜。该开关柜采用具有自主知识产权的永磁操动机构真空断路器。在进行一体化变电站布置时考虑开关柜试验及检修的方便性。箱体采用北京科锐公司开发生产的增强型玻璃纤维水泥箱体或金邦板箱体。 A、永磁操作机构真空断路器(技术最先进的永磁操动机构的真空断路器)ZN57C及ZN132型永磁操动机构的真空断路器是我公司引进国外先进技术设计并合作生产的一种新型的真空断路器，这种设计可以使真空断路器的电气特性更优良、机械结构更简单，可以大大提高机械可靠性，使断路器可达到少维护或免维护。该真空断路器的永磁操动机构与常规的操作机构结构有着根本的不同。其主要不同点在于动铁心与真空灭弧室上下直接连接。这种结构形式有助于简化断路器的机械结构，取消拐臂、转轴和轴承。它是一种采用电磁合闸、永磁保持及弹簧分闸的操动机构。它采用了全新的工作原理，将电磁机构与永久磁铁有机地组合起来，避免了合、分闸位置的机械脱扣、锁扣系统所造成的不利因素，无需任何机械能而通过永久磁铁产生的保持力就可以使真空断路器保持在合、分位置上。另一方面，由永磁体产生的电磁力使真空断路器保持在分、合位置上。无需外部提供电源给分、合闸线圈。这样可以大大减少运动和传动部件，分合闸时只需要较少的中间转换连接机构，减少了操作时电能的大量消耗，且只有几个运动部件，可以大大提高机械可靠性。永磁机构较其它机构的最大优势是可靠性高。因此我们说，永磁机构是实现断路器免维护功能的技术途径之一。B、采用永磁机构真空断路器的小型化开关柜开关柜是变电站的基本电力设备，目前的国内产品基本分为合资产品、国内改进型产品和国内常规产品三类，价格依次相差50--70%左右。开关柜的主要技术包括断路器技术、柜体结构设计，本产品具有以下特点：断路器技术：采用以上引进、合作技术生产的VC1新型产品，该产品具有开断性能好、可靠性高、机械和电气寿命长、免维护等优点；柜体结构设计：采用断路器纵向布置、直动式隔离开关、新型防误操作闭锁等先进的技术，因此体积比传统产品大大缩小；断路器采用固定式安装，移动抽出式结构。便于现场的维护。 以上技术的综合运用，使得本产品在下列主要方面优于目前国内市场上的其它产品，目前科锐公司永磁机构开关柜产品系列有两大类：⑴XGN28C-12/1250-20(31.5)KA，尺寸（375*900*2000mm）⑵KGN16-12/1600-31.5和KGN16-12/3150-40,尺寸（650*1100*2250）体积特小，占用空间不到其它产品的25%，不仅大大节省变电站的征地和建筑费用，综合造价低，而且可以解决城市中心和山区地带的许多征地、设计、施工的难题；电气特性好，机械寿命长，可靠性高，可以做到少维护或都免维护，因此节省大量的运行维护费用，既符合供电部门内部减员增效的管理目标，也减少了因设备故障和计划检修造成的社会停电；操作能量小，合闸操作取用的能量仅为其它产品的10%左右，不仅减少了操作电源的投资，进一步降低变电站的综合造价，也符合国家的节能政策。C、箱体结构特点我国箱式变电站大部分采用普通的彩钢板材料，外层用0.8~1.0mm的彩钢板，或者用镀锌钢板，或用钢板在金属底层经过热喷锌及表层喷塑处理，中间夹层采用聚胺脂材料。这种方式存在抗曝晒、抗阳光幅射性差，隔热保温性能性，且容易产生凝露的缺陷。目前城市环境改造要求越来越高，因此和城市环境配套的设备，不但要满足自身的性能和特点，还需要满足与城市环境和环境保护相匹配的要求。世界上很多国家，尤其是欧共体国家的箱式变电站、户外配电箱的箱体，几乎很少使用金属材料制作，而采用非金属材料，大多为玻纤特种水泥结构的箱体。我公司在借鉴了国外先进技术，根据国内配电装置要求及特点的基础上，研发了具有特色的户外变电站/开闭所的箱体。 外墙材料采用金邦板－－它是以水泥、粉煤灰、硅粉、珍珠岩为主要原料，加入复合纤维增强，经真空高压挤出成型，并经高温高压蒸气养护、精细加工与多层喷涂而成。它具有绿色环保、轻质高强、隔音隔热、耐水防火、耐候抗冻等方面的特点。整个箱体采用高强度型钢（工字钢）组成的骨架构成基本承重框架，以保证箱体具有出色的抗震、抗风性能。采用外保温方式，整个箱体的墙壁是由金邦板、通气层、防湿密封薄膜、欧松板、保温材料、钢结构（薄壁方管）、纸面石膏板等材料组成。因此它具有卓越的气密性和隔热性，能有效地防止室内产生结露现象的发生，更不用担心长期使用会导致箱体腐朽，同时具有防尘、防腐、防潮、防火性能。设计合理的通风系统，另外在箱内安装空调设备，从而为一次设备和微机综合自动化保护装置营造一个非常理想的工作环境。（4）10kV配套设备10kV配套设备包括10kV无功补偿装置、接地变压器、消弧线圈、站用变压器等。下面分别对各配套设备进行说明：10kV无功补偿装置采用辽能公司生产的SVQC装置；采用接地柜完成小电流接地保护功能（5）综合自动化综合自动化设备包括110kV变电站综合自动化系统、直流电源设备及逆变电源、通信电源设备、通信系统设备、图像监控设备、GPS时钟设备、故障录波设备及微机五防设备等，上述设备功能采用国内成熟产品或按用户要求选用相应厂家的产品，下面分别进行说明：66kV变电站综合自动化系统：经调研发现南瑞及南自继保的产品比较受欢迎，市场占有量越来越大，所以在初设中建议选用此厂家的产品，其中10kV保护放置在一体化变电站中，其余部分放置在综合控制箱体内；系统直流电源设备及逆变电源和、通信电源设备、GPS时钟、故障录波设备及微机五防设备考虑采购国内厂家生产的优质产品，安装在综合控制箱体内；通信系统设备及图像监控设备一般是处于骨干网系统，只能是原系统厂家走扩容，故可以采用供电用户原来采用的系统厂家产品，放置在综合控制箱体内。 （6）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、保安室等。下面分别说明：①消防系统应由设计院进行设计，由用户进行配置安装，但在变电站整体排布中考虑了消防的要求，按DLT5056-1996《变电所总布置设计技术规程》进行设计，在不满足防火间距的位置加防火墙；②变电站防雷及接地系统按GB50057-94《建筑物防雷设计规范》及DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》要求进行设计，由用户进行配置，线路防雷由设备避雷器进行保护；③照明系统按GB50034-92《工业企业照明设计标准》进行设计，由用户在土建时进行安装；2、经济技术分析（1）投资概算本设计投资概算参考营口浴场变电站初步设计概算，建筑工程费、安装工程费、通讯费及其他费用均引用营口初步设计概算书，见下表：（单位：万元）项目资金（万元）设备购置费66kV配电设备277主变压器510.8210kV配电设备738.28控制保护及直流系统253.62通信及远动系统67.7775控制室箱体31.2建筑工程费116安装工程费311其他费用251合计2556.698 （2）经济技术比较本经济技术比较引用的数据参考国网公司66kV及110kV典型设计，比较采用上述系统设计方案，在此比较中不含征地费用，具体指标如下：户外站设计模块化站设计户内站设计技术方案66KV户外AIS10KV户内常规布置变压器40MVA二台66KV户外GIS与变压器直连10KV采用一体化变电站变压器40MVA二台66KV户内GIS10KV户内常规布置变压器40MVA二台围墙内占地面积234817341800现场施工周期3~4个月1~2个月3~4个月安装试验各设备单独安装，工作量大厂内预制，现场安装及试验工作量大大减少GIS安装工作量大，试验繁杂静态投资合计（万元）244125573627设备购置费11001878.71900建筑工程费352.7116735安装工程费222.2311312其它费用766251680运行检修常规检修维护，工作量较大少维护型设备，厂家协助，工作量较少少维护型设备，工作量较少可靠性裸露带电部位多，传统运行可靠性全绝缘、全密封设计，可靠性相当封闭母线，可靠性较高从以上比较中可以看出，模块化变电站占地面积小、安装调试工作量少、造价介于户外型与户内型变电站之间、整体性能可以达到户内站的标准、性价比较高。六、经济效益和社会效益分析1、经济效益从模块化变电站经济技术比较中可以看出，采用该模式建设的变电站造价介于户内型与户外型变电站之间，整体性能可以达到户内站的标准、性价比较高。经济效益比较明显。 2投资回报从投资回报上看，预测浴场变第一年增售电量收入为748万元，平均每月增售电量收入为62.4万元，模块化变电站方案至少提前4个月投运，增售电量收入为250万元。提前投运增售收入比增加的投资多出了105万元。3、社会效益从占地面积上看，模块化变电站比户外型变电站占地减小了976m2，对户内型变电站节省占地774m2，通过采用变电站模块化设计，可以有效的节省土地的占有量，具有较好的社会效益。利用模块化变电站进行变电站建设，可以较大的节省变电站现场安装调试的时间，缩短变电站的建设工期，提高了工作效率，其社会效益也是不容忽视的。七、结论及建议综上所述，模块化变电站产品在技术成熟性、产品可靠性和经济可行性等方面均具备坚实的基础，有充分的可行性。随着我国电力系统的不断发展，该产品具有非常巨大的扩展空间。电缆插拔式开关设备及高压电缆附件等其派生产品将更加促进此项目的不断发展。模块化变电站产品的广泛应用必将产生巨大的经济效益和社会效益。'