110kV及以上的模块化变电站及建造方法

摘要

一种110kV及以上模块化变电站，包括高压开关母模块、主变压器母模块、中压开关母模块、综合自动化母模块、中压配套设备母模块，各母模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，各功能单元子模块又是各功能元器件的组合体，各母模块采用全绝缘全密封的整体预制式结构，并在预制过程中完成各母模块内部连接和调试，主变压器母模块与高压开关母模块采用插拔的连接方式。本发明实现了整体变电站的工厂模块化制作、现场模块化组装，有助于缩短施工周期，减少占地面积，节省建设成本，同时减小变电站对周围环境和景观的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种110kV及以上的变电站，尤其涉及一种整体预制式模块化变电站。

背景技术

从国内110kV及以上变电站的建设上来看，由于各地区经济发展情况的差别，110kV及以上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及以上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，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。户外变电站均存在裸露高压导线和高压连线构架。

从现有技术发展上看，为了方便变电站的安装和维护，在35kV及以下的变配电网络系统中出现了模块化变电站，如专利号为99120411.5号发明专利，公开了一种模块化组合变配电装置组成的变配电站，涉及有高压配电母模块、变压母模块、低压配电母模块、综合母模块、上盖空调模块和下部底座模块组成，所述的各母模块，都是各功能单元的子模块的组合体，各功能子模块又是各功能元器件的组合体，所述的高压配电母模块涉及有共同进行电能的控制和分配的开关断路器子模块、电量传感器子模块、过压保护子模块、五防装置系统、自动装置、通讯接口、母线子模块、专用连接件、子模块壳体和母模块壳体组成。但此模式只适用于35kV及以下变配电系统，在110kV及以上电压等级变电站模块化建设中需重新考虑高压设备的连接及模块的划分，另外此模式未实现变电站整体的全绝缘全封闭，高压仍有裸露的带电部位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题克服上述现有技术之不足，提供一种成本低廉、方便安装调试、缩短施工周期、全绝缘全封闭适用于110kV及以上电压等级的工厂预制式模块化变电站。

本发明所要解决的另一技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种施工周期短、方便简单的模块化变电站建造方法。

按照本发明提供的110kV及以上的模块化变电站，包括高压开关母模块、主变压器母模块、中压开关母模块、综合自动化母模块、中压配套设备母模块，各母模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，各功能单元子模块又是各功能元器件的组合体，各母模块采用全绝缘全密封的整体预制式结构，并在预制过程中完成各母模块内部连接和调试，所述主变压器母模块的高压进线端子采用全绝缘全密封的拔插式高压电缆附件，所述高压开关母模块的高压出线端子亦采用全绝缘全密封的拔插式高压电缆附件，两者通过带有拔插接头的高压电缆相连接；所述主变压器母模块的中压出线端子通过拔插式中压电缆附件或加装防护式硬母线架桥与所述中压开关母模块相连接；所述综合自动化母模块通过通信电缆与所述中压开关母模块相连接；所述中压配套设备母模块通过中压电缆与所述中压开关母模块相连接。

按照本发明提供的110kV及以上的模块化变电站还具有如下附属技术特征：

所述高压开关母模块包括多个气体绝缘封闭式组合电器子模块和所述高压电缆附件，各个所述组合电器子模块之间及与所述主变压器母模块之间通过所述高压电缆附件相连接。

所述主变压器母模块包括全绝缘全密封的变压器子模块、高压电缆附件、中压电缆附件，所述变压器子模块通过所述高压电缆附件与所述高压开关母模块连接，通过所述中压电缆附件与所述中压开关母模块连接。

所述中压开关母模块包括进线开关柜子模块、出线开关柜子模块、母线互感器柜子模块、联络柜子模块、隔离柜子模块、提升柜子模块、站用变压器柜子模块、中压保护子模块及母模块箱体，将上述各子模块进行组合配置，并安装在所述母模块箱体内，实现对电能的控制和分配。

所述综合自动化母模块包括变电站综合自动化系统子模块、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、故障录波设备、微机五防设备及母模块箱体，将上述各子模块进行组合配置，并安装在母模块箱体内，实现对变电站的控制、保护及监视。

所述中压配套设备母模块包括无功补偿装置子模块、接地变压器消弧线圈子模块及各子模块箱体，各子模块通过中压电缆与所述中压开关母模块连接，实现系统接地及无功功率补偿功能。

按照本发明提供的一种110kV及以上模块化变电站的建造方法，包括以下步骤：

a、按照功能将变电站划分为高压开关母模块、主变压器母模块、中压开关母模块、综合自动化母模块、中压配套设备母模块，各母模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，各功能单元子模块又是各功能元器件的组合体；

b、上述各母模块在工厂内进行装配，并将各母模块的内部功能单元子模块或功能元器件连接和调试，制成全绝缘全封闭的预制式结构；

c、将上述各母模块运至变电站现场，按照功能分布，并加以固定；

d、通过电缆对各母模块进行连接。

按照本发明提供的110kV及以上的模块化变电站及建造方法与现有技术相比具有如下优点：首先，本发明将110kV及以上变电站按照各种功能划分为不同的母模块，各母模块的主要电气设备分别预装在现场实际运行的箱体内，并在厂内完成模块内部及模块之间的连接和调试，各母模块运抵变电站施工现场后，将各母模块之间进行连接调试即可，实现了整体变电站的工厂模块化制作、现场模块化组装，有助于缩短施工周期，减少占地面积，节省建设成本，同时减小变电站对周围环境和景观的影响；其次，本发明中的高压母模块之间采用插拔的连接方式，降低了高压模块现场安装的工作量，且使得整个变电站实现全绝缘、全密封，运行可靠性高，彻底改变了传统户外变电站构架林立，高压线如网的面貌。

附图说明

下面选用一个110kV变电站典型设计，结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是变电站电气总平面布置图。

图2是高压开关母模块系统接线图。

图3是主变压器母模块的正视图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的左视图。

图6是图5中A处放大图。

图7是中压开关母模块的局部剖视图。

图8是图7中B-B剖视图。

图9是无功补偿装置子模块主视图。

图10是图9中C-C剖视图。

图11是图9中D-D剖视图。

图12是接地变压器消弧线圈子模块的正视图。

图13是图12中E-E剖视图。

图14是综合自动化母模块的正视图。

图15是图14中F-F剖视图。

图16是本发明中高压开关母模块与主变压器母模块的连接示意图。

具体实施方式

参见图1，按照本发明提供的一种变电站的优选实施例，包括高压开关母模块1、主变压器母模块2、中压开关母模块3、综合自动化母模块4、中压配套设备母模块5，各母模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，各功能单元子模块又是各功能元器件的组合体，各母模块采用全绝缘全密封的整体预制式结构，并在预制过程中完成各母模块内部连接和调试。参见图16，所述主变压器母模块2的高压进线端子采用全绝缘全密封的拔插式高压电缆附件21，所述高压开关母模块1的高压出线端子亦采用全绝缘全密封的拔插式高压电缆附件11，两者通过带有拔插接头的高压电缆24相连接；所述主变压器母模块2的中压出线端子通过拔插式中压电缆附件22与所述中压开关母模块3相连接；所述综合自动化母模块4通过通信电缆与所述中压开关母模块3相连接；所述中压配套设备母模块5通过中压电缆与所述中压开关母模块3相连接。

参见图2和图16，在本发明给出的上述实施例中，所述高压开关母模块1包括多个气体绝缘封闭式组合电器子模块12和所述高压电缆附件11，所述组合电器子模块12的进出线连接拔插式电缆接头，多个所述组合电器子模块12能够组合成多种高压接线方案，各个所述组合电器子模块12之间及与所述主变压器母模块2之间通过所述高压电缆附件11相连接。所述高压开关母模块1中的组合电器子模块利用现有成熟的气体绝缘封闭式开关设备GIS技术实现了全绝缘全密封式设计，根据常规高压主接线方案设计多种型式，其出线端子采用全绝缘全封闭的高压电缆附件11可实现现场插拔式安装，简化了现有GIS分体运输现场安装并进行SF6气体的填充等一系列复杂的安装过程。在本实施例中，应用到两种电缆插拔式气体绝缘封闭式组合电器子模块121和122。其中，子模块121由3个单相电缆插拔式气体绝缘封闭式开关设备组成，其内部充有一定压力的SF6气体并在工厂内预制完成，集成了电缆附件连接至单母线系统；一项断路器功能；两项组合隔离开关/接地开关功能；两项电流互感器功能；一项电压互感器功能。3个单相电缆插拔式气体绝缘封闭式开关设备预制完成后，外部加装操作机构形成子模块121，在工厂内整体调试。子模块122由3个单相电缆插拔式气体绝缘封闭式开关设备组成，其内部充有一定压力的SF6气体并在工厂内预制完成，集成了电缆附件连接至单母线系统；一项断路器功能；两项组合隔离开关/接地开关功能；两项电流互感器功能；两项电压互感器功能。3个单相电缆插拔式气体绝缘封闭式开关设备预制完成后，外部加装操作机构形成子模块122，在工厂内整体调试。现场安装时，将子模块121和122中相应的电缆附件出线按系统图相互连接，即可完成变电站的高压接线，减少了现场安装工作量，缩短了施工及调试时间。

上述实施例中，所述断路器及隔离开关/接地开关实现电气主回路的开断、隔离及接地功能；所述电流互感器及电压互感器满足测量及保护信号变换功能。这些组件的具体结构图中没有给出，但这些组件的具体结构属于比较成熟的现有技术。

参见图3至图6，在本发明给出的上述实施例中，所述主变压器母模块2包括全绝缘全密封的变压器子模块23、高压电缆附件21、中压电缆附件22，所述变压器子模块23通过所述高压电缆附件21与所述高压开关母模块1连接，通过所述中压电缆附件22与所述中压开关母模块3连接。所述变压器子模块23采用现有成熟的油浸式变压器，经过对变压器本体的合理设计，可保证变压器子模块的整体性能，并保证整个变电站高压无裸露的带电部位，实现变电站整体全绝缘全封闭。所述高压电缆附件21为插拔式高压电缆附件，所述中压电缆附件22也采用插拔式中压电缆附件。同样，中压连接在采用硬母线桥架连接方式时，变压器子模块23的出线端安装有套管，所述套管和所述硬母线桥架加装防护保证绝缘密封要求。

参见图7和图8，在本发明给出的上述实施例中，所述中压开关母模块3包括进线开关柜子模块32、出线开关柜子模块33、母线互感器柜子模块34、联络柜子模块35、隔离柜子模块36、提升柜子模块37、站用变压器柜子模块38、中压保护子模块39及母模块箱体31，将上述各子模块进行组合，并安装在所述母模块箱体31内，实现对电能的控制和分配。所述出线开关柜子模块33包括断路器、隔离开关/接地开关、电流互感器、避雷器及母线等设备，将上述设备组装在出线开关子模块33的柜体中，实现电能的分配功能；所述母线互感器柜子模块34包括电压互感器、熔断器、隔离开关/接地开关、避雷器及母线等设备，将上述设备组装在母线互感器柜体中，实现母线电压的采集功能；联络柜子模块35包括断路器、隔离开关/接地开关、电流互感器及母线等设备，将上述设备放置在联络柜体中，实现两段母线的联络功能；隔离柜子模块36包括隔离开关/接地开关、避雷器及母线等设备，将上述设备放置在隔离柜体中，实现两段母线的隔离功能；提升柜子模块37包括母线设备，将母线设备放置在提升柜体内，完成母线方向或型式的转换；站用变压器柜子模块38包括站用变压器、隔离开关/接地开关、熔断器、避雷器及母线等设备，将上述设备放置在站用变压器柜体内，实现站用电源的供给；中压保护子模块39包括线路保护装置、电容器保护装置、PT并列保护装置等设备，将上述设备按功能分别安装在进线开关子模块、出线开关子模块、联络子模块的柜体上，并采用通信电缆将各保护装置与综合自动化子模块进行连接，共同实现中压开关母模块的保护、通信及控制功能。将所述进线开关子模块32、出线开关子模块33、母线互感器子模块34、联络子模块35、隔离子模块36、提升子模块37、站用变压器子模块38、中压保护子模块39依据用户要求进行组合，并安装在所述母模块箱体内，在工厂内完成预制及调试，现场将进线开关子模块与主变压器母模块2通过电缆进行连接，将控制中压配套设备母模块的出线开关子模块33与中压配套设备母模块5中的相应子模块通过电缆进行连接，将中压保护子模块39与综合自动化母模块4采用通信电缆进行连接，共同实现电能的接受、分配、控制和保护及通信功能。

参见图14和图15，在本发明给出的上述实施例中，所述综合自动化母模块4包括变电站综合自动化系统子模块41、系统直流电源设备及逆变电源44、通信电源设备45、通信系统设备46、图像监控设备47、故障录波设备48、微机五防设备42及母模块箱体43，将上述各子模块进行组合配置。所述综合自动化子模块41及微机42安装在母模块箱体43中，并与所述中压保护子模块39通过通信电缆进行连接，共同实现110kV变电站全站的监控、保护、控制及通信功能。

参见图9至图13，在本发明给出的上述实施例中，所述中压配套设备母模块5包括无功补偿装置子模块51、接地变压器消弧线圈子模块52及各子模块箱体，各子模块通过中压电缆与所述中压开关母模块3连接，实现系统接地及无功功率补偿功能。其中，参见图9至图11，所述无功补偿装置子模块51包括电容器、放电线圈、熔断器、电抗器、隔离开关及母线等设备，将上述设备安装在网状隔栅511内，实现对系统电压的调整及无功功率的补偿。本发明推荐采用户外组合式电容器513配合户外干式空芯电抗器512安装在网状隔栅511中实现变电站无功功率补偿，这样有利于无功补偿装置的散热，保证设备在良好的环境中运行。参见图12和图13，所述接地变压器消弧线圈子模块52包括接地变压器523、消弧线圈522、电阻箱524、隔离开关及母线等设备。该子模块是将成熟产品消弧线圈522、接地变压器523及电阻箱524安装子模块箱体521中，在工厂内完成预制，此典型设计中系统中性点采用小电阻接地，可以取消消弧线圈522。

在本发明给出的上述模块化变电站的建造方法，包括以下步骤：

a、按照功能将变电站划分为高压开关母模块1、主变压器母模块2、中压开关母模块3、综合自动化母模块4、中压配套设备母模块5，各母模块均为各功能单元子模块或各功能元器件的组合体，各功能单元子模块又是各功能元器件的组合体；

b、上述各母模块在工厂内进行装配，并将各母模块的内部功能单元子模块或功能元器件连接和调试，制成全绝缘全封闭的预制式结构；

c、将上述各母模块运至变电站现场，按照功能分布，并加以固定；

d、通过电缆对各母模块进行连接。

在上述步骤b中，对上述高压开关母模块1和主变压器母模块2安装拔插式高压电缆附件11、21，并进行全绝缘全封闭处理；在步骤d中，采用带有拔插接头的高压电缆11、21将所述高压开关母模块1和所述主变压器母模块2连接。

在上述步骤b中，将所述中压开关母模块3和所述综合自动化母模块4中的各子模块或各元器件在工厂内安装在现场实际运行的箱体中，并在安装过程中完成各子模块或各元器件之间的连接和调试。

在上述步骤b中，对所述中压配套设备母模块5在工厂内安装在现场实际运行的网状隔栅中，并在安装过程中完成各元器件之间的连接和调试。在步骤d中，采用中压电缆将所述中压配套设备母模块5和所述中压开关母模块3连接。