魏彦朋
上海衡诚电力工程技术有限公司上海浦东200125
摘 要：模块化的智能变电站是具有设计标准化、拼装模块化、组件集约化、调试轻便化的一种新颖的智能电建模式，凭借其先进的设计理念、普适性的联动机制等优势，大幅地加快了变电站的建设周期。本文以工程实例作为研究对象，通过模块化的设计方案，将预制装配式建筑结构、模块化的电气二次设备、预制光缆、电缆等设计理念和技术，施工过程中采PC构件化预制生产结合现场拼装的方式进行建设，大大压缩了建设周期，减少了占地面积，降低了施工成本，取得了良好的经济和社会效益。
关键词：模块化设计；智能变电站；BIM技术；装配式
0引言
模块化的智能变电站作为一种新的变电站建设模式，凭借其可以大幅提升电网设计、缩短建设周期，降低现场安装强度，逐渐在国内得到推广和应用。本文较为详细地介绍了上海化学工业区工业气体有限公司空分扩建项目110kV智能变电站所采用的标准化设计、装配式建造、模块化电气二次设备、预制式光、电缆等关键技术。与传统建设方案相比，较大地缩短建设周期、降低了施工成本，值得在类似项目中推广。
1 化学工业区空分扩建项目110kV智能变电站工程概况
上海化学工业区工业气体有限公司空分扩建项目110kV智能变电站位于上海市金山区，该变电站主要承担工业气体公司第四套空分项目用电设备的供电。如按照常规设计方案，需要建设新的场站用房，不仅工期长，成本也较高。为了加快建设进度，施工占地面积尽可能减少，确保电气总平布局合理紧凑，该110kV变电站工程采用新的模块化进行设计和施工。变电站布置方式为室内全封闭式二层框架结构，所有设备均安装在户内。变电站四周设道路，与进出站大门及站外道路相通。
1.1 工程建设规模
变电站本期规模设计为3台干式变压器（2×2500+1×800kVA），其中1#变压器（2500kVA）及2#变压器（2500kVA）电源引自本站10kV出线柜，2台变压器低压侧采用单母线分段接线；3#变压器（800kVA）电源由站外10kV提供，0.4kV一侧使用单母线形式连接，低压一侧配置双电源可切换开关和备用的柴油发电机进行联锁。10kV变配电室1#变压器及2#变压器不允许并列运行，远期新增1台50000kVA主变后，2台110kV主变也不可并列运行。
1.2 电气主接线及运行方式
10kV侧接单母线，110kV侧接变压器的组线，远期增加1台单母线分段接线的10kV主变。电缆由110kV侧进线，供电来源自场外的开关站。10kV变配电室设3台干式变压器（2×2500+1×800kVA），其中1号2500kVA变压器和2号2500kVA变压器的电源引自本站10kV出线柜，2台变压器低压侧采用单母线分段接线；3号800kVA变压器由站外接电。
1.3 电气平面布置
变电站总占地面积为2591.70m2，建筑面积为979.40m2，变电站采用上下二层布置方案，全站布置1幢双层装配式配电楼，楼内布置有主站变压室、10kV配电装置室、10kV电容器室、110kVGIS室、二次设备室等。场地内的消防道路采用环形设计形式，设置2个消防出入通道。同时，引入站内的电缆通过电缆架高进行敷设。
2 模块化智能变电站关键技术应用
2.1 采用BIM技术模块化设计和施工
应用BIM技术进行图纸设计，通过工厂化的预制式PC构件，以运输的形式在施工现场快速拼装，完成了从设计到施工的模块化、精细化管理。
2.1.1 采用BIM技术进行设计管理
变电站的设计过程中很容易产生“错漏碰缺”问题，为了有效减少甚至避免这些问题，本智能电站在设计管理的过程中大量采用BIM技术，提前针对业主需求进行三维建模，对设计图纸进行预审的同时，通过管线综合和可视化三维模拟进行相关参数的调整，妥善处理相关碰撞问题，保证各设计专业之间进行有效沟通，高效协同，避免在施工期间产生大量设计变更，为业主节约了成本。
2.1.2 装配式建筑物
建筑的主体结构主要为H型钢框架。梁、柱使用H型钢主材，以工厂预制的轻骨料砼预压型钢板作为屋面。采用梁柱刚接、柱脚刚接、梁梁铰接的形式，外墙用ASA-04装配式复合外墙板，板宽1m，使用平板和条纹板作为外立面；内墙面用石膏板进行封闭修饰，内墙中以保温岩棉进行填充；内外墙之间间隙利用为水、电等管线的通道。
2.1.3 装配式围墙
变电站的围墙立柱基础以杯口型独立基础现浇，其他预制构件如砼立柱、墙板等均由工厂集约化生产后现场积木化拼装，同时以专用封堵材料处理板缝。
2.1.4 装配式防火墙
防火墙主要由清水砼柱和PC防火墙板构成。清水砼柱不设置施工缝，通过现浇砼一次性浇捣成型；外侧采用2×8cm厚水泥基防火墙外挂板，中部空隙以岩棉填补，耐火时间＞3h。
2.1.5 成品混凝土基础
路灯的基础、窨井盖板等均使用新材料和新工艺进行工厂模块化生产，再批量采购运输到工地现场安装，不但符合环保要求，而且改善了作业条件，提高了工人工作效率。
2.1.6 模块化通用基础
主变采用通用型的基础，以模块化思路进行设计，大大地减小了主变基础受制于电气设备尺寸等客观不良影响，减少现场现浇基础繁琐及后期因设备尺寸而凿除的多余工作，保证了设计质量、提高施工效率。
2.2 电气二次设备模块化
2.2.1 电气二次设备模块化特点
模块化的电器二次设备相较于传统形式，极大地缩减了接线量和和调试周期，通过设备工厂标准化的生产制作、严格质量控制措施、便捷的点对点运输和轻便模块化的安装，极大地缩减了设备安装和调试的周期。
2.2.2 电气二次设备模块化构成
本工程的电器二次设备模块主要由站控层的设备模块、110kV间隔设备模块、主变压器间隔层的设备模块、一体化电源系统模块、通信设备模块和其他一些公用设备模块组成。
2.2.3 电气二次设备模块化布置形式
电气二次设备采用智能控制柜进行模块化平面布置。柜与柜之间以预制光缆联接。
2.3 预制式的光缆优化
为了降低光缆联接和调试过程中的工作量，光缆采用预制式进行标准化连接，这种“即插即用”的形式不仅方便施工和安装调试，更节约了人工成本。各柜机内部取消了配线架，均设置为预制光缆，二次组合设备的内部屏柜间光缆在出厂前已由集成商提前预制在其中，方便现场快速安装。
表1 光缆优化对比
.png)
2.4 预制式全绝缘管母线
2.4.1传统形式矩形母线弊端
传统形式的矩形母线因为主变压器低压侧的额定电流较大，无论技术还是在结构上均难以符合电动力和散热的要求。同时使用热缩套管进行绝缘的矩形母线不仅因热缩套管受热急速老化造成安全隐患的影响，还由于其在施工现场安装较为繁杂琐碎，造成安装周期过长，劳动力成本陡然增加，严重拖累施工进度。矩形母线带电运行过程中也容易受到啮齿小动物的影响，造成相间性的短路，造成跳闸事故，影响运行安全。
2.4.2 预制式全绝缘管母线优势
采用集约化预制式加工生产的固体全绝缘管母线不仅自身具有载流量大、趋肤效应低、功率损耗小等技术优点，同时可以直接模块化运输至安装现场进行组装，安装便利，外形美观，给人耳目一新的感觉同时，凭借其运行稳定、可靠性高的优势，为后期运维节约了成本。
3 结论与建议
综上所述，通过上述110kV智能变电站的模块化设计和应用情况来看，该技术提供了一种较为新颖的变电站设计思路、管理理念和施工工法，通过BIM技术将装配式建构筑物、模块化二次设备、预制线缆等关键技术有机地结合起来，减轻了现场工人的劳动强度，合理地利用了站内的空间，改善了设备的安全运行条件。与常规的变电站设计方案相比，其提供了一种设计标准化、预制工厂化、拼装模块化的智能化建设模式，凭借其先进性、经济性、适用性等原则，大幅地加快变电站的建设周期，较为全面地提升了电网设计和建设管理水平，有效提高了智能变电站的建设效率，降低了工程造价，取得了良好的效益。
参考文献：
[1] 罗前深.110kV智能变电站模块化设计应用[J].百科论坛电子杂志,2018, 000(002):491.
[2] 沈毓,宋同,徐伟明.110 kV智能变电站模块化设计应用[J].内蒙古电力技术,2017(2).
[3] 吴添辉.高层住宅小区双回路供电实例[J].广东科技,2007(09):127-127.
[4] 翁荟黎.浅谈住宅小区的供电系统设计[J].城市建筑,2014,000(032):263-263.
[5] 张楠.高层建筑配电设计探讨[J].中国信息化,2013,000(002):204-204.
[6] 杨杨.110kV变电站二次系统设计研究[D].华北电力大学(北京),2016.