GIS搬上屋頂的智能變電站

項目名稱：安徽云谷220千伏變電站

建設時間：2012年2月開工，2013年2月投產

獲獎獎項：2013年下半年度公司輸變電工程優(yōu)秀設計一等獎

獲獎關鍵詞：資源節(jié)約 三維設計 智能化

2013年2月5日，位于包公故里安徽合肥的云谷220千伏變電站成功投運，為這座充滿人文氣息的城市平添了幾分色彩。

這座位于合肥經濟開發(fā)區(qū)工業(yè)園區(qū)的變電站與周邊大面積的工廠廠區(qū)比起來，占地面積顯得有些狹小。但是它的作用卻不容小覷，這是一座封閉式組合電器(GIS)建在了屋頂上的智能變電站，也是合肥市首座戶外220千伏GIS智能變電站。

科技攻關

破解城市變電站用地難題

“通過平面向立面的轉換，提高建筑物空間利用率，占地僅為同類型GIS變電站的四分之三大。”站內的運行人員介紹說。為了減小工程占地面積，經過深入研究和反復論證，建設者最終決定將225個110千伏GIS設備全部布置在35千伏開關室的屋頂上。

據了解，云谷變電站總體布置采用了“正三角形”出線方案，將110千伏配電裝置布置在35千伏開關室屋頂。全站圍墻內占地面積為6912平方米，較通用設計方案節(jié)省約26.8%。

將110千伏GIS設備全部布置在35千伏開關室的屋頂上，有哪些好處呢?電氣安裝的項目經理李遠介紹說：“屋面GIS基礎施工技術研究與應用，其主要優(yōu)點是將常規(guī)變電站中的110千伏GIS設備基礎移至35千伏開關室屋面上，充分利用變電站的空間資源，有效減少了占地面積，降低工程建設總投資，從源頭上破解城市變電站選址難題。在技術方面，該項目要求屋面混凝土結構承載力更強、屋面防水等級更高，以及設備基礎施工更加精細。”

據悉，這種布置改變了經典的電力設計，提高了建筑物屋面的造價和施工難度，與常規(guī)變電站相比，因占地面積減少了，整體投資降低了，具有顯著的經濟效益和社會效益。同時，作為安徽省內變電站建設的首例，無論是設計還是施工技術，云谷變電站都可為未來變電站建設提供諸多借鑒。

資源節(jié)約

優(yōu)化整合二次設計

220千伏云谷變電站大膽采用三維設計技術，結合變電站三維設計及數字化移交發(fā)展的情況，對全站采用全方位數字化三維設計。該站在向運行維護單位移交真實的物理變電站工程的同時，移交另一個數字化變電站，為運維期的變電站信息系統(tǒng)和設備管理提供完整的規(guī)范化的基礎數據支撐。

云谷變電站優(yōu)化整合二次設計，減少交換機光口數量。故障錄波與網絡記錄分析采用一體化裝置，共用前端采集與后端分析平臺，共用統(tǒng)一數據源和時標，軟件模塊按功能設定，對比組合分析實現故障精確判別。設計中優(yōu)化整合二次設備功能，110千伏采用保護測控一體化裝置;35千伏采用保護測控、計量一體化裝置;跨間隔多參量共用監(jiān)測IED，利用一體化信息平臺實現狀態(tài)可視化。由于采用一體化監(jiān)控信息平臺集成保信子站、狀態(tài)監(jiān)測、智能輔助系統(tǒng)后臺功能，該站實現了全景數據監(jiān)測，為高級功能應用提供統(tǒng)一數據源。站內應用“綠色照明”理念設計全站照明系統(tǒng)，針對具體場所配置相應的LED節(jié)能燈具，降低能耗，打造“低碳、環(huán)保”變電站。

220千伏云谷變電站采用直流、交流、通信、UPS一體化電源系統(tǒng)，可減少直流系統(tǒng)設備，減少建筑面積15平方米。

實現智能、節(jié)能雙跨越

項目名稱：山東220千伏鑫岳(魯北)變電站

建設時間：2012年4月開工，2013年4月投產

獲獎獎項：2013年下半年度公司輸變電工程優(yōu)秀設計一等獎

獲獎關鍵詞：智能輔助控制系統(tǒng) 節(jié)能環(huán)保

在著名的呂劇發(fā)源地—山東省濱州市，坐落著一座造型整齊又別出機杼的建筑，這就是山東省目前規(guī)模最大的220千伏智能變電站—鑫岳(魯北)變電站。

全站智能設計、控制

一大早，山東濱州供電公司變電運行工區(qū)操作隊員工來到220千伏鑫岳(魯北)站進行日常巡視。在門禁刷卡后，變電站大門緩緩打開。該站的內外入口均裝有門禁系統(tǒng)，一張智能卡代替了傳統(tǒng)的一大串鑰匙，可以實現遠程監(jiān)控大門的開啟和對人員的出入記錄管理。

“這只是鑫岳站智能監(jiān)測輔助控制系統(tǒng)的冰山一角，真正的核心在二樓二次設備室，那才是鑫岳站的智能監(jiān)測司令部。”工作人員說。走進配電裝置樓，在二次設備室的顯示屏上，所有數據全部在此集納。這個“大腦”控制著整個變電站的數據狀態(tài)，并負責將這些信息遠傳到市調度中心，便于遠傳監(jiān)控和管理。

該站在國內首次實現消防蓄水、給水、穩(wěn)壓二次控制系統(tǒng)的設計整合，研發(fā)了變電站消防蓄給水系統(tǒng)智能控制裝置。智能變電站設計平臺軟件的應用提升了設計質量和效率、縮短了建設周期。先進的三維設計軟件，改變了傳統(tǒng)變電站設計手段和移交方式，實現各電壓等級變電站協(xié)同設計，簡化了設計流程，大幅度提高了設計質量和效率。

該站利用智能輔助控制系統(tǒng)，將傳統(tǒng)變電站各自獨立的圖像監(jiān)視、火災報警等輔助生產系統(tǒng)集成應用，與設備在線監(jiān)測系統(tǒng)一起構成了全站的智能在線監(jiān)測系統(tǒng)。這樣遠方的監(jiān)控中心可隨時掌握站內設備和輔控系統(tǒng)的運行情況，及時診斷并處理出線的異?，F象，全面實現變電站智能運行管理。

鑫岳變電站在設計和建設期間，共獲得變電站消防蓄水與給水智能控制系統(tǒng)及控制方法、利用智能裝置通用模型實現互換設計的方法2項發(fā)明專利，以及智能變電站智能組件柜、拱式電纜橋架2項實用新型專利。

節(jié)能與環(huán)保并重

走進鑫岳站，兩棟灰綠相間的建筑整齊地矗立在主道路的兩側，戶外是明亮耀眼的太陽能高效節(jié)能綠色照明燈具，節(jié)能型維護結構的外墻和中空玻璃鋁合金窗，戶內是潔凈的高光效光源LED燈具和節(jié)能型的電容器。“節(jié)能環(huán)保，是鑫岳變電站的一個重要特點。”國網山東省電力公司創(chuàng)優(yōu)復核的專家組組長說。

環(huán)保也體現在對噪聲的控制上。該站主變壓器緊挨著110千伏生產綜合樓，雖然已帶電運行，但聽不到一點噪聲。濱州供電公司運維檢修部主任指著面前的2臺主變壓器說：“鑫岳變電站采用了低噪聲變壓器，并運用了噪聲預測程序對主變設備進行噪聲計算，采取了有效的控制噪聲措施，所以運行聲音很小。”

“傳統(tǒng)變電站多采用鋼支架，鑫岳站使用的這種新型復合材料強度高、表面光滑、能折疊，而且能避免電腐蝕，可根據線纜數量靈活設置支架層數和高度，還減少了貴金屬使用量，更便于施工安裝和檢修。”濱州供電公司工程公司經理說。值得一提的是，這種新型復合材料是從隨處可取的黃沙中提取二氧化硅制成的玻璃材料，全站通過新型設備支架和復合材料的代用，減少用鋼量20.5噸。

據了解，與常規(guī)變電站相比，鑫岳變電站全年總能耗可減少約35%;節(jié)省了全站45%的屏位和全站56%的纜材;降低網絡負載32%，節(jié)省小修成本200萬元，節(jié)省大修成本460萬元。

線路巧妙跨越多種復雜地形

項目名稱：上海500千伏練塘變電站220千伏出線工程

建設時間：2010年6月開工，2012年12月正式投產

獲獎獎項：2013年下半年度公司輸變電工程優(yōu)秀設計一等獎

獲獎關鍵詞：節(jié)地環(huán)保 雙回路復合材料橫擔 鋼管樁基礎

500千伏練塘變電站220千伏出線工程線路全長91千米。工程分南北出線兩批次建設，出線段多而雜，大部分工程路徑交叉跨越多條道路、河流、魚塘、電力線路、通信線路、村莊等。

巧繞文物 “致敬”先民

“上學的時候，老師還帶我們來過這里。”上海送變電施工項目負責人盛建昌指著身后的四角亭說道，四角亭的邊上保留著上海第一任市長陳毅題詞的“夏允彝、夏完淳父子之墓”。

此時工程進入到關鍵階段，練塘至辰塔、線正好途經夏氏父子墓。

這座夏氏父子墓坐落在上海市松江區(qū)蕩灣村北開闊的田野中，旨在紀念明末名士、文學家夏允彝、夏完淳兩位民族英雄，是上海市市級文物保護點。作為工程負責人的盛建昌絕沒有想到在二十多年以后，會以這樣的方式與它重逢。

為了減少對文物的影響，項目部和設計單位一起“頭腦風暴”，爭取避開公墓區(qū)域。但這石塊搭成的墓地呈半月形，高約2米，面寬30米，占地超過了1200平方米，要避開也不是那么容易。經過幾天的重復推演，雙方決定采用復合材料桿。這種復合材料不僅質量輕、造型加工簡便，更重要的是可以減少走廊寬度，縮小塔頭尺寸，使得占地面積變小。這種創(chuàng)新設計不僅令夏氏父子墓可以得到完好的保護，同時給予未來的輸電線路架設很好的榜樣。

筑基架線 “大膽”創(chuàng)新

在水鄉(xiāng)地區(qū)造塔架線，遇到的第一個困難就是腳底下這松軟的土質了。而架線施工的第一步，就是要與這特殊的地質打交道，也就是基礎的澆筑。

九尺之臺起于壘土?；A是組塔最關鍵的一步，基礎做得好，組塔工作事半功倍?；A施工負責人李軼群說。

所以地質條件再不理想，設計師們也要想盡辦法把基礎弄好。他們在基礎型式上開動腦筋，根據不同的桿塔型式，配置了臺階、鋼管樁、灌注樁等基礎型式。這一系列的設計顯著地提高了單樁承載力，也為軟土地區(qū)架空線采用后注漿鉆孔灌注樁技術的推廣積累經驗。

而水鄉(xiāng)地區(qū)的第二個困難，便是分布不均的河塘了。河塘不僅給施工方造成了很大麻煩，而且多數情況下，鐵塔都要繞著河塘架設。這也直接導致了練塘變電站最終實施位置與規(guī)劃位置偏差，電力走廊無法對準變電站構架。為此，設計人員及時進行處理，對南、北兩側出線進行優(yōu)化，調整設計方案，經過不懈努力，終于使得這“好不容易”架起的走廊進入到了練塘站。

小心翼翼 “安靜”施工

雖然上海市區(qū)已經成了鋼筋叢林，成了夜的喧鬧都市，但是在上海郊區(qū)，居住著的老年人還保留著日出而作日落而息的生活節(jié)奏。

在這里施工，施工人員必須“小心翼翼”。一方面是要保持現有的安靜，另一方面也要注意不破壞周邊環(huán)境。

以往的打樁過程通常都伴隨噪聲和污染物，為此，項目部早有準備。單桿鋼管桿是一種“新式武器”，在進行基礎施工時，采用靜壓設備，靠上部配載的重量將樁“悄無聲息”地壓入地下，不會對周邊造成震動和污染。

這項技術也取得了“鋼管桿用鋼管樁”實用新型專利。另外工程根據上海環(huán)保部門要求，對居民居住房屋，跨越屋頂按照12米要求設計，保證居民健康安全的同時，也減少不必要的拆遷費用。這一系列的利民舉措獲得了當地政府的肯定和贊揚。

如今，500千伏練塘變電站220千伏出線工程已經投產接近一年，在此過程中，練塘站不斷為青浦以及松江地區(qū)人民源源不斷送去電力。2013年9月，隨著皖電東送1000千伏特高壓建成，500千伏練塘站與1000千伏滬西站合并更名為1000千伏練塘變電站。這也使得練塘站220千伏出線更具有前瞻性的意義。

線路走廊利用率提高16倍

項目名稱：福建福清核電廠—東臺500千伏、線

建設時間：2010年3月開工，2013年4月投產

獲獎獎項：2013年下半年度公司輸變電工程優(yōu)秀設計二等獎

獲獎關鍵詞：提高單位走廊輸送能力 節(jié)能環(huán)保

福建省素有“八山一水一分田”之稱，境內峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，土地資源十分緊張。如何解決土地緊張和電網建設之間的矛盾，打造綠色堅強海西電網，福清核電廠—東臺500千伏、線路的建設，給出了答案。

節(jié)約了一條單回500千伏線路走廊

2013年4月1日，福清核電廠—東臺500千伏、線順利投運。該線路貫穿福清市南北，從興化灣至福清灣的整個海岸線上經過，全長64.847千米，所經之處多是福清工業(yè)發(fā)達地區(qū)，預留線路建設的走廊極為有限。加上沿線規(guī)劃區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)眾多，居民協(xié)調難度大，若新開辟一條走廊，勢必占用沿線規(guī)劃用地，同時還要拆遷大量建筑物，施工難度很大。

國網福建省電力有限公司從項目可研階段就力求在路徑選擇和塔型設計上進行創(chuàng)新，全力化解難題?？紤]到該線路所經地區(qū)有多條高壓線路的實際情況，工程采用500千伏同塔雙回路鋼管塔和大截面導線，使原有的線路走廊利用率提高16倍，輸送功率也大大提高。據悉，與新開辟線路走廊相比，該線路全線少占用土地約5.98萬平方米，減少民房拆遷量約3.84萬平方米。

“相當于節(jié)約了一條單回500千伏線路走廊。”該公司基建部工作人員說，該線路的建設既解決了路徑走廊問題，節(jié)省了大量土地資源，又大大降低了工程造價。

福清核電廠—東臺500千伏、線直線塔采用500千伏三相垂直排列布置，有效減少了線路走廊寬度，在提高走廊利用率的同時降低了工程造價。此外，該線路鋼管塔主材采用剛性法蘭連接，斜材為法蘭或插板節(jié)點連接，全塔結構傳力清晰、外觀簡潔美觀。該塔型較常規(guī)塔型重量減少15%，可節(jié)省基礎砼量20%左右，經濟效益可觀。

以全壽命周期理念優(yōu)化設計

國網福建電力在該線路的設計建設過程中，全面融入全壽命周期管理理念，從導線選型、絕緣子串型、金具及鐵塔布置型式、基礎型式等多方面優(yōu)化設計，并因地制宜，采用各種基礎形式，將節(jié)約資源、降低能耗、保護環(huán)境的理念全面融入電網規(guī)劃、設計、建設中去。

國網福建電力在條件許可的塔位優(yōu)先采用斜柱式巖石錨桿基礎，與常規(guī)基礎相比，砼量減少39%，降低工程造價35%。在巖石完整性較差的山區(qū)塔位，他們優(yōu)先選用掏挖基礎或人工挖孔樁基礎，基面土石方基本實現零開挖。在不能使用上述原狀土基礎的塔位，他們則優(yōu)先使用斜柱板式基礎，比直柱基礎可減少基礎混凝土量和鋼筋量15%左右。

同時，國網福建電力還采取有效的基面綜合治理措施，來保護塔基的植被，防止水土流失，從而有效保護了環(huán)境。在鐵塔基座開挖的施工上，國網福建電力采用了四腿分別降基的小基面設計，原狀土開挖量平均每基可減少70%，與以往的開挖方法相比，土石方開挖量平均每基可減少300立方米，每基可節(jié)約土石方開挖費用2.82萬元，整條線路共節(jié)省工程投資約350萬元。同時把工程施工對原始地貌的破壞降到最低，保證了所在山體的穩(wěn)定，而且還減小了施工難度。

在濱海段塔位，國網福建電力通過對海水、灘涂中的基礎采取摻入優(yōu)質商品粉煤灰，以及加大保護層厚度、控制水膠比、添加阻銹劑、涂刷防腐漆等多種防腐蝕措施，確保工程全壽命周期的可靠性。