摘要：在现代输变电工程的建设过程，对户外高寒，高海拔地区的工程建设质量，工期，用地提出新的要求。本文针对传统变电站的建设方式的特点和不足，分析了国内外变电站模块化的发展趋势，介绍模块化变电站的建设的优势和特点，提出了模块化的建设的新的发展方向。
关键词：模块化；变电站；输变电
0 前言
当前，全球各国为应对气候变化、保障能源安全，提高供电质量及电网运行可靠性指标，日益重视新能源的建设，并且需要满足电源建设的快速性和灵活性。变电站建设模式来从传统分散管理的电网基建模式逐步演化为整体“交钥匙工程”的方式。
面对新的形势和挑战，适时推出了紧凑型模块化变电站解决方案，既遵循相关标准与规范，又突破传统变电站建设理念，融合一、二次的智能设备模块，以标准化设计、工厂化预制、模块化组装的全新理念实现变电站的快速建设。减少现场的施工及调试的工作量，缩短建设周期；变电站调试简单、运行可靠，与周围环境协调，容易选择建设地点；节省了变电站的占地面积、建筑面积和投资规模。
1 传统变电站的建设方式
（1）户外型变电站。
此模式变电站的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，10 kV 设备采用户内开关柜形式布置在开关室中，各电气设备采用敞开连接方式，即设备之间采用裸露导线或母线端子排，利用户外架构的支撑进行连接。由于高压绝缘对空间的需要，电力设备的体积和设备间距较大，占用土地较多。并且由于高压设备及其连接直接暴露在户外，对环境及绝缘配合的要求较高。按此方式建设的变电站通常构架高耸，高压线如网，与周边环境很不协调，选择合适的变电站建设地点较困难。但此种方式在我国有多年的建设经验，设备供应厂家众多，建设成本较低。
（2）户内型变电站。为解决户外型变电站占用土地多、与环境不协调等问题，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，其高压开关多选用气体绝缘封闭式开关设备(gas insalated switchgear，GIS)，各电气设备之间的连接多采用电缆方式。户内型变电站需要现场建房，且安装、调试工作量较大，施工周期长，总体造价约比户外变电站高出1 倍。此模式适用于城市中心区变电站的建设，可较大程度地节约土地资源。
（3）地下或半地下型变电站。此模式变电站与户内型变电站较为相似，只是将各电气设备全部或部分安装在地面以下，更为有效地节省了土地占用面积，但此类型变电站建设及运行费用更高，只适用于土地资源极为紧张的城市中心地区。以上变电站建设模式各有优劣，适用于不同场所，但均采取将各种电器设备分散运抵现场后，再进行安装调试的建设方式，户外变电站均存在裸露高压导线和高压连线构架。以上建设模式均由用户电力公司)自行设计、分散采购、自行组织集成和现场安装调试，建设周期长，同时也造成各级电力部门必须拥有一支庞大的工程设计和建设队伍。
如果把变电站设计为模块化结构，相关设备模块都在工厂内安装完毕，并完成内部连线和调试，把模块运到现场后只需进行外部连接、整体联调，则可以较好地解决以上各种问题，同时降低综合造价，使不同场合变电站的建设多一些选择方案，也可以减少各地工程建设队伍专业水平的差异对工程质量的影响。
2 模块化变电站的建设方式
变电站模块化技术是先从局部模块开始然后逐渐扩展的，同时相关行业的技术进步也推动了模块化方案的可行化。例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变电站建筑物过大，出现了封闭式高压组合电器，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[6-7]；再如，拔插式电缆附件的出现使GIS 设备及变压器可以实现工厂预制，减少了现场施工及试验的工作量；而电子技术和单片机技术使变电站自动化装置的体积大大缩小，分布式智能替代部分集中智能使自动化系统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；永磁机构真空断路器及少维护、紧凑型开关柜的出现提高了出线模块的可实施性。
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目前，变电站模块化建设的应用范围不断扩大，国际市场上已经出现不少变电站模块化产品，包括车载移动式变电站。在国内，变电站建设正向工厂预制式模块化发展。自1998 年10 kV 集装箱式变电站投入市场以来，简单的现场组装式变电站越来越受到用户的青睐。110 kV 作为配电网电压等级的趁势日渐明显，110 kV 及以下变电站建设数量越来越多，简单、可靠、快速的模块化建设方式势必成为今后变电站建设的主流模式。
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。20 世纪80 年代中期在美国就已经出现了整体模块化的33 kV 变电站， 20 世纪90 年代在日本出现了整体模块化的66 kV 变电站，国内的66 kV 模块化变电站试点工程将于2008 年初在东北某地投运。这种模式突破了传统户内和户外型变电站的局限性，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。
3 模块化变电站的优点
模块化变电站结构主要包括：基础钢构和在基础钢构上布设的高压组合电器模块、中压组合电器模块、主变压器模块、智能二次舱模块、站用电源模块、及SVG模块等。
主变压器模块：变压器运输状态即为变压器运行状态，安装快捷、缩短施工周期；采用低位前出高压复合绝缘套管满足道路运输条件；采用新型绝缘材料，缩短绝缘距离、减少变压器体积和重量，提高耐热温度及过负荷能力；采用特殊工艺提高变压器动稳定水平及可靠性。
综合自动化系统二次舱包含：继电保护装置；交、直流电源；测控装置、后台监控、远动通信等综合自动化系统；故障录波，电能质量，安全稳控，有功无功控制；集装箱式外壳结构；辅控系统（安防、视频监控、温度空气调节）等。以最小的空间提供最多的功能，采用集装箱式结构，同时将整体变电站的自动化、保护、控制集中在独立的空间，全面实现变电站一、二次设备在线监测，大大方便用户操作，便于运行管理。
新型电缆槽盒：避免现场挖电缆沟，采用新型电缆槽盒敷设电缆表面采用热浸锌处理，起到长期防腐防锈作用设计简单，安装方便结构灵活新颖，可以根据现场的实际情况进行组装，固定节约成本绿色环保，对大地和环境不产生污染，并且在电缆沟废除时所用金属材料可以完全回收，减少成本重复投资。
预制电缆：转接柜中使用航空插头做与其他模块的连接。转接柜内有一个固定板上装有重载连接器的底座，后门开启可以接底座的线，前门开启可以插拔重载连接器。
预制光缆：预制光缆摒弃了传统的熔接方法，而是在剥离出的光芯上直接安装连接器，可以直接插接或跳接设备，在消除繁冗熔接工作量的同时，又降低光路损耗，提高了系统通信可靠性。
解决了传统户外型变电站占用土地多、与环境不协调等问题；户内变电站需要现场建房，而且安装、调试工作量较大，施工周期长，总造价约比户外变电站高出1倍。此模式仅适用于城市中心区变电站的建设；地下或半地下型变电站只是将各电气设备全部或部分安装在地面以下，更为有效地节省了土地占积，但此类型变电站建设及运行费用更高，只适用于土地资源极为紧张的城市中心地区。
以上变电站建设模式各有优劣，适用于不同场所，但均采取将各种电气设备分散运抵现场后，再进行安装调试的建设方式，户外变电站均存在裸露高压导线和高压连线构架。以上建设模式均由用户自行设计、分散采购、自行组织集成和现场安装调试，建设周期长，同时也造成总包方必须拥有一支庞大的工程设计和建设队伍。
变电站设计为模块化结构，相关设备模块都在工厂内安装完毕，并完成内部连线和调试，把模块运到现场后只需进行外部连接、整体联调，则可以较好地解决以上各种问题，同时降低综合造价，使不同场合变电站的建设多一些选择方案，也可以减少工程建设队伍专业水平（特别是国外当地施工人员）的差异对工程质量及工期的影响。
4 结语
在国际趋势的推动下，变电站模块化的技术、产品和实施经验一定会很快成熟起来，必将会成为国内变电站建设的选择方案之一，尤其对于高寒，高海拔地区110kV及以下电压等级的变电站建设，模块化方案将具有更大的实用价值。
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论文作者:李兴路,邹俊,魏运军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
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