智能变电站：从“量体裁衣”到“成衣定制”

为进一步提高智能变电站建设质量与效率，近年来，国家电网公司积极创新工程建设模式，开展标准化设计、工厂化加工、模块化建设，实现建设方式从传统的“量体裁衣”向“成衣定制”转变。2016年，在模块化建设试点成果基础上，公司在35千伏～110千伏电压等级全面推广应用智能变电站模块化建设技术，有效支撑农配网建设，工程建设效率和安全质量、工艺水平显著提升。

2016年，公司35千伏～110千伏电压等级电网工程建设任务日益繁重。近两年国家加大对农配网建设的投资力度，投资规模不断增加，35千伏～110千伏电网工程占公司新建35千伏及以上工程数量的70%以上。今年以来，国网基建部积极研究对策，抢先抓早，创新突破，有序组织推进35千伏～110千伏变电站模块化建设。

定位准确：优质高效建设智能变电站 

在电网建设中推行标准化设计、工厂化加工、模块化建设，是满足特高压及各等级电网大规模建设需要、全面提高电网建设能力的必然要求。7月22日，在公司年中基建工作会议上，公司副总经理刘泽洪强调，要强化技术创新与管理，深化变电站模块化建设，切实抓好工程设计优化、二次设备预制舱、装配式建筑物等关键技术应用。

一直以来，在安全可靠的前提下，高效、优质建设变电站始终是工程建设者努力实现的目标。公司开展模块化建设的总体定位是采用标准化设计、装配式建设、智能化技术、工业化生产，实现变电站坚固耐用、通用互换、造价合理。

为此，国网基建部结合电网技术发展和工程建设需要，深化通用设计、通用设备，统一建设标准，统一技术原则，统一设计深度，统一设备规范，从设计源头上提高标准化水平；创新工程建设模式，采用装配式建、构筑物，采用模块化组合设备，工厂预制，现场快速组装，实现环保施工，提高施工效率；深化应用成熟适用智能先进技术，应用全寿命周期理念，优化、细化设计方案，技术集成、设备整合，有效支撑“大运行、大检修”；强化工程工业化设施定位，突出核心功能，兼顾生产、运维与检修，注重实用高效，推行系列化、系统性的工业化生产。通过管理和技术创新，有效对接公司农配网工程大规模建设，大幅提升工程质量和效益、效率。

高度决定视野。公司对智能变电站技术的精准把握和准确定位，保证了模块化建设的管理、技术、经济、环境效益显著。应用这项技术，变电站实现小型化，占地面积减少5%～15%、建筑面积减少19%～30%、二次屏柜数量减少11%～32%；大幅提高了工程建设效率，220千伏变电站最快4个月建成，110千伏变电站最快3个月建成，工程建设周期较常规工程减少约20%～70%；设备运行环境得到有效改善，二次设备运行、接线质量安全可靠。

顶层设计：建立系统完整的管控和技术体系 

面对高难度的技术挑战和复杂繁多的细节问题，国网基建部统筹系统内资源，组织科研院所和省市公司开展关键技术研制和试点工程建设工作，取得了一项又一项突破，形成了系统完整的模块化建设体系：

调研、分析“十三五”期间电网工程技术方案需求，结合“十三五”期间电网发展趋势和技术特点，在现行通用设计基础上全面深化、优化、细化，完成35千伏～110千伏智能变电站模块化建设施工图通用设计。同时开展预制舱式组合设备、装配式建筑物、装配式构筑物、预制光缆、预制电缆等模块化建设关键技术研究，形成统一的模块化建设技术标准体系。

制定35千伏、66千伏、110千伏共3个电压等级变电站模块化建设施工图通用设计技术导则，指导规范通用设计编制和工程设计。并按照统一标准规范、深度要求、成果形式等，编制完成29个通用设计方案施工图设计。同时兼顾地区差异，首次形成高海拔、大风沙、寒冷地区通用设计专项模块。

为强化示范引领，选取了100项示范工程，实施设计建设全过程管控，将模块化建设要求纳入设计招标文件，统一评审初步设计技术方案，优化模块化建设关键技术实施方案。

在四川南充，仪陇永光及南部东坝35千伏变电站采用了智能变电站模块化建设方案后，现场应用预制舱结构，没有了建筑物，支构架也减少了很多，大幅减少了现场土建工程量及土建“湿作业”，节约了水泥、砖块、钢筋等建筑材料的运输及使用，大幅缩短变电站施工时间，提高了土建施工的效率和效益。“大量一次、二次设备都在工厂里装配，调试工作也提前到工厂内完成，减少了现场电气安装、现场调试工作量，缩短了现场安装调试时间，加快了工程建设进度，保证了农配网建设工程的顺利完成。”国网四川省电力公司建设部技术处唐俊宇说。

成效特点：全面提升建设质量、安全、效率、效益 

11月10日，江西35千伏田埠变电站正在安装高压开关柜。该工程9月15日正式开工建设，计划12月15日投运。“长期以来，农网35千伏等低电压变电站工程，存在设计标准低、设计施工等参建单位力量薄弱。如果没采用模块化建设技术，我们不可能在短时间内高质量完成四批农网升级改造项目。”国网江西省电力公司建设部技术处长汤程说，“今年江西农网新建35千伏及110千伏变电站共有32座，根据计算，占地面积较常规方案节省了56％，施工时间缩短60％，建设投资基本持平，大幅提升建设管理效率和效益。”

同样的情况还出现农配网工程繁重的河南省。今年，河南省开工建设的35、110千伏变电站有176个。面对巨大的建设任务压力，国网河南省电力公司引入模块化建设理念，试点先行、扎实推广，在建29个35、110千伏变电站全面采用模块化建设思路，工程进度大大加快，建设效率与效益显著提升，装备水平持续改进升级。安阳供电公司作为最先开展模块化试点工程的单位，受益良多。“装配式建筑施工周期可缩短3～4个月，现场安装调试压缩至5～10天，工程进度有了可靠保证，安全质量有了本质提升。同时建设过程中的粉尘、噪声、建筑垃圾、废水处理等环保压力大大减轻。我们已经尝到了甜头，也摸索出一套模块化建设的经验，有信心大力普及推广。”该公司建设部主任付京之说。

随着35千伏～110千伏变电站模块化建设研究实践不断深入，其成果特点逐渐显现。如采用模块化思路，深化应用通用设备，实现了最小单元的通用互换，提高了标准化程度；实施模块化建设，大幅度提高工程建设效率，工程进度加快；标准化成果达到施工图深度，通用化程度高，为工程设计质量和效率的提升奠定坚实基础。“我们要深入开展工程建设管理创新和技术创新，推进变电站模块化建设，突出工业化定位，推行标准化设计，装配式建设，做好关键节点管控，全面提升电网建设能力和技术水平。”国网基建部主任葛兆军说。

装配式建筑：工期缩减了一半 

11月16日，上海110千伏鹤墙变电站内，电气安装正紧张有序地施工，全站已进入建设冲刺阶段。

有别于常规变电站黑灰色的主调，鹤墙变建筑外墙面以深红色为主基调，在蓝天白云的映衬下，与周边城市环境融为一体。变电站内部，大型设备和保护屏柜已整齐划一地就位。

常规而言，在上海建设110千伏变电站，起码需要6个月才完成地面主体建筑的建设。那么，鹤墙变用了多久？

“3个月！”说出鹤墙变土建施工的周期时，土建项目经理陆焕杰底气十足。能够节省一半时间，关键在于鹤墙变土建采用了装配式模块化建设方式。这种新方式与传统方式有什么区别，其优势又显现在哪里？

兴建一座变电站，主要分为土建和电气安装两部分。土建相当于盖房子，传统方法一般普遍采用钢筋混凝土工艺。“变电站主体部分的混凝土浇筑必需分层实施，也就是说必须等待前一层混凝土完全凝固后，才能继续浇筑后一层混凝土，如若不然，就会出现施工质量问题，后患无穷。”陆焕杰表示，对于传统工艺而言，“浇筑—养护—再浇筑—再养护”这些工序无法跳越，土建施工时间由此被卡死，几乎没有压缩空间。

近年来，上海的经济发展对电网建设速度要求越来越高。鹤墙变服务范围内建设有大型居住社区和配套商业、教育、医疗、文化设施，负荷增长很快。鹤墙变早一天投运，就能早一天分担既有变电站的负荷压力，也能保证区域后续发展所需电能。

鹤墙变作为国家电网公司模块化建设试点工程，其建筑采用预制钢结构，现场装配方式。这种方式除了能保障施工的高安全、建设的高质量，还能将原本不能节省的土建时间省下来。

鹤墙变主体建筑于今年7月开始施工，10月即告建成，3个月从无到有的秘决，就在于“告别混凝土，牵手钢结构”。主体建筑所需钢柱和钢梁源于工厂根据整体设计制成的预制件，当鹤墙变尚在浇筑地基时，预制件已经在工厂中整装待发.从施工开始，时间就已节约下来。

在钢结构安装时，装配式建筑的特点展现得最为充分——只需利用吊车将一根根钢柱和钢梁像搭积木一样拼装、固定、焊接，整体框架便可一气呵成。然后，只需在框架上铺设彩钢板，整体外墙就安装好了。由于彩钢板层层紧扣，其密封性得到了非常好的保障。内墙则采用了轻钢龙骨石膏板取代原有砌筑式墙面，硬度和防火性得到保障的同时，施工速度也大大提高。

“钢结构安装较少受天气环境影响，如果是混凝土浇筑，遇到刮风下雨，混凝土浇筑和质量养护都会遇到麻烦。”陆焕杰说，这也是模块化建筑技术能够提速的原因。

自2013年起探索试点变电站模块化建设，除在建的110千伏鹤墙变，上海已先后建成220千伏洞泾变电站和3座110千伏变电站。这一先进技术将成为未来变电站建设的主流方式。

二次设备预制舱：高度集成＋工厂化调试 

11月13日，在青山碧水的湖北十堰郧县东南的长岭工业新区内，一座采用机架式二次设备预制舱的220千伏智能变电站正源源不断为当地提供可靠的电力。

220千伏郧县变电站于2016年5月30日投产送电，该站220千伏、110千伏二次设备及通讯设备摒弃了传统的二次屏柜，二次设备控、保、测一体，均采用机架式预制舱二次组合设备。全站应用预制光缆、预制电缆实现硬回路的即插即用，应用虚端子、模块化技术，实现虚回路的即插即用。

预制舱式二次组合设备作为模块化建设的一项关键技术，一直是基建新技术的重点研究项目。为进一步提升预制舱技术性能，国网湖北省电力公司与许继电气股份有限公司联合攻关，以“简化组装工艺、提高空间利用率、方便运行维护”为目标，开展预制舱内二次设备屏柜结构设计研究，改进舱内屏柜模块设置及布置万式，改进舱内二次回路连接方式，实现智能变电站空间、功能、运维等一体化设计，创新提出并实现基于与预制舱一体化设计的机架整体解决方案。

“预制舱内保护及测控装置在舱内以货架方式摆放，减少了传统屏柜拼盘的施工工序。”参加变电站建设的湖北省送变电工程公司电气项目总工李威说。预制舱出厂时，已将控、保、测、计内部连接的光缆，通过舱内底部槽盒完成连接，舱内槽盒将光缆、强电、弱电有序分开。预制舱抵达现场后，施工人员只需将其整体就位到设备基础上，大大缩短了二次设备安装工序。由于预制舱内设备摆放较为紧凑，去除了传统屏柜庞大的箱体，就二次设备室而言，所需占地面积仅为传统变电站的三分之一。

施工队长陈文飙说：“常规变电站经常需要10多个人一起，抬着笨重的屏柜进入二次设备室，一座普通220千伏变电站仅屏柜安装就需要一个星期左右。采用预制舱后，前后只需要1个小时，落位即完工。”二次施工负责人韩啸在舱内开展电缆敷设及接线也比传统二次设备施工缩短一半时间。

“预制舱内设备之间距离较近，无需传统屏柜调试将调试设备经常搬运，舱内尾缆、尾纤在舱体出厂时已经配好，且经过厂调后验收后，基本没有配错的情况，减少了现场组网及标签标识等工作量。”保护调试员郝小来和熊雅晨感觉工作更便捷了。

钢模板标准化应用：通用性强适合机械化施工 

“这座变电站的变压器防火墙是用组合大钢模板浇筑的。你看，这工艺确实不一样。”11月12日，在刚刚投运的山东菏泽110千伏于屯变电站，山东东明县供电公司建设管理专工牛俊杰指着主变防火墙介绍。

不仅如此，应用国网山东省电力公司研发的“自支撑组合大钢模板”浇筑的清水混凝土防火墙，模板安装工艺更为简便，混凝土成品质量明显提高，几何尺寸误差仅为毫米级。与常规的木模板相比，可缩短施工工期50%～71%，人工工时降低31%～43%。

长期以来，变电站混凝土施工仍停留在以木模板、竹胶模板为混凝土成型工具的阶段。为进一步深化智能变电站模块化建设，从根本上解决变电站混凝土施工占用大量人力、物力，变电站整体建设水平提高受制于施工方式方法落后等问题，2013年年底，国网基建部启动了变电站钢模板应用标准化工作，由国网山东电力具体承担研究及试点任务。

国网山东电力迅速组织相关单位，抽调专业技术骨干成立课题组，从标准化设计、施工工艺、技术标准等方面入手，深入研究，联合攻关。经过对110千伏及以上变电站内混凝土构筑物外形及尺寸的广泛调研，课题组确定了钢模板的规格体系和尺寸参数，实现了规范、统一、标准化，可最大限度地提高钢模板的循环利用率。

“模块化大钢模板分为1.2米和1.5米两种体系，通过拼接组合，完全适应110千伏及以上各电压等级变电站除主控楼外的混凝土构筑物施工，具有良好的通用性。”山东电力工程咨询院土建专业主设人马福雷介绍说。

课题组还在国内首次采用了门式支架自支撑系统。该系统自带作业平台，施工更加安全可靠；采用具有自主知识产权的定型压顶模板，安装拆卸方便；施工缝规律一致，工艺美观。“借助吊车等机械完成组合大钢模板的分段拼装、整体一次浇筑施工，成功解决了传统脚手架支撑体系组立繁琐、施工周期长的问题。”山东省送变电工程公司副总工程师邵中华说。

施工人员充分利用钢模板表面平整光洁、强度高、耐腐蚀等优势，摸索出对拉螺栓设计、模板拼装、混凝土下料振捣等施工技术措施，提炼形成组合大钢模板清水混凝土工艺。浇筑出的混凝土构筑物表面光滑，棱角分明。

国网山东电力建设部副主任张永武说：“经过反复地探索尝试，目前我们已取得变电站钢模板应用标准化的第三代研究成果，实现了设计方案组合、模板加工、施工方案、施工组织的标准化，专业针对性强，非常适合变电站机械化施工作业。”

“自支撑组合大钢模板”以其不可替代的优势，在110千伏及以上变电站施工中越来越多地推广应用，并在1000千伏泉城变电站主变防火墙施工中，首次应用于特高压变电站建设。

来源：国家电网报

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