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研究编制变电站通用设备 推进设备通用互换

编辑:   发布时间:2018-09-26

一、项目背景

     国家电网覆盖地域广阔,各地区设备选型受运行习惯、经济发展水平等因素影响较大,全国范围电气设备制造厂商众多,技术来源及工装水平存在很大差异,变(配)电站设备型式繁多、订货周期长、备品备件通用性差、重复性设计工作多、设备生产制造成本高、运行维护困难等问题,制约了工程建设的进度和电网安全稳定运行,同时限制了我国装备制造业技术创新。

     为实施集约化管理,发挥集团化运作的规模优势,提高电网工程的建设和管理效益,推进变电站设备通用互换,2006年以来,国家电网企业组织开展了输变电工程通用设备研究编制工作,优化、归并设备参数,规范电气一次、二次、土建接口。建立滚动修编机制,根据技术进步和工程需求,不断丰富完善,形成了国家电网企业系列化、标准化成果,涵盖各电压等级变电站、换流站,在国家电网企业系统推广应用,在工程设计、招标采购、运行维护、电网安全、设备制造等方面发挥积极作用,为建设坚强智能电网奠定基础。

二、详细内容
(一)研究思路

     通用设备是集约化管理、标准化建设的基础性工作,其研究工作层次可划分为:分析需求,收集参数;合理取值,规范参数;积极引导,集中参数;科技创新,专用参数。

1.分析需求,收集参数。

     广泛了解智能电网运行现状,收集现有运行设备参数,掌握分布情况,结合智能电网发展需求和设备制造水平,综合开展设备参数需求分析与统计汇总。

2.合理取值,规范参数。

     通过对繁杂、离散的设备参数进行分析,立足工程建设,按照科学合理、符合需求的原则,优化取值范围,使设备参数搭配合理,更加规范化与标准化。

3.积极引导,集中参数。

     经过科学论证,在规范的参数范围内对参数进行相对集中(离散化),引导并应用参数性能相对集中和统一的设备。

4.科技创新,专用参数。

     根据国家电网企业的系统规划、工程建设实际需要,以及未来的发展,专门提出适合于国家电网企业需要的创新性设备及参数,形成性能优良、安装方便、运行可靠的一系列智能变电站通用设备。

(二)研究范围及内容

     通过深入研究变电站各类设备电气接口、二次接口及土建接口特征,综合比较,协调统一,最大程度的规范一次设备的技术参数和标准接口。

     通用设备主要内容包括关键参数索引表、适用条件说明、参数一览表、电气一次接口、电气二次接口、土建接口等。

1.关键参数索引

     按照工程中的关键参数对智能变电站一次设备进行划分归类,以简要形式表示出每种设备的基本信息,明确该种类型的设备编号。以800kV气体绝缘金属封闭开关设备为例,其关键参数索引如下:

表1 800kV气体绝缘金属封闭开关设备关键参数索引

2.参数一览表

     针对每种确定的设备型式,给出对应的设备详细参数,特别是与电网运行相关的重要参数进行严格规范。

3.电气接口

     规范智能变电站一次设备的安装要求,统一各类设备的安装图。以110kV气体绝缘金属封闭开关设备为例,通用电气接口规范了间隔尺寸以及吊装空间、开孔位置及大小、套管(电缆筒)布置定位、接地安装方式等,如图1。

图1 110kV户内GIS布置图

4.二次接口

     规范智能变电站一次设备的二次接口和智能化配置通用要求,统一各类设备的二次接线端子排和智能化配置。

5.土建接口

     规范设备安装基础、安装孔位置及大小,统一各类设备的基础结构图。以550kV气体绝缘金属封闭开关为例,其设备本体、套管及埋件基础图(以完整串“Z”字布置)如下:

图2 550kV气体绝缘金属封闭开关设备本体、套管及埋件基础图(“Z”字布置)

三、特点和技术创新点

(一)特点

     通用设备将各电压等级设备根据主要参数进行种类归并和参数优化,最大程度的规范技术参数和标准接口,改变了以往变电站设备参数分散、品种繁多、运行维护困难的状况。其研究成果具有以下四个特点:

1.体现科学性、合理性和先进性。

     吸取了大量先进适用的科研成果,并组织召开了上百次各种形式专题调研、专家研讨会议,代表了目前国内工程设计和技术经济先进水平。

2.覆盖面广,适应性强。

     涵盖了交流1000kV及以下各类变、配电工程及±800kV特高压换流站电气设备,能满足国家电网企业系统绝大部分变工程建设需要。

3.实用性强,经济、社会效益明显。

     针对工程建设实际情况,可直接应用于具体工程建设,时间短、见效快。

4.减少设备种类,增强设备通用性。

     适当兼顾区域特点和运行习惯,进行经济技术综合分析,优先采用性能价格比高的技术和设备,精简设备种类,规范设备选型。

(二)创新点

     通用设备工作在国内处于开拓性地位,全面科学、标准规范,使用方便,对工程设计、设备选型、安装施工、产品制造具有引导意义。具体创新点体现在以下几方面:

1.提出电气设备“四统一”原则,推进设备通用互换。

     提出统一技术参数、统一电气接口、统一二次接口、统一土建接口,有利于引导厂家统一电气、土建接口,实现相同运行条件下不同厂家同类设备通用互换。

2.注重通用互换和经济适用的协调统一。

     对变电站电气一次设备规范参数、接口标准进行优化、完善,形成系列化、标准化建设成果,研究成果充分考虑电网发展需要和设备制造水平。

3.接口要求达到施工图深度。

     土建接口反映设备安装尺寸等重要参数,满足设备支架及基础等土建设计要求;电气接口明确设备安装方式、安装材料,满足电气设备安装要求。

4.创新提出通用性强的设备编号方案。

     提出了通用性强、反映设备核心参数的设备编号方案,编号包括功能分类、技术条件、适用范围等信息,全面反映出设备最主要性能特征参数,与生产厂家无关联,通用性强,简单易懂,可方便的应用于初步设计、招标采购等环节。

四、应用情况

     为保证通用设备全面深化应用于工程设计、设备采购、施工、运行等环节,国家电网企业制定《国家电网企业输变电工程通用设计通用设备管理办法》,建立通用设备全过程应用管理机制,制定全过程应用大纲,明确各环节主体责任和工作要求,有效提高了通用设备应用的广度、深度。

     通用设备已广泛应用于国家电网企业系统输变电工程设计、招标、建设、运行各阶段,主要体现在以下几个方面。

1.可研及初步设计阶段

     参照通用设备的要求参数进行设备选型,形成设计方案,大大提高了设计成品质量和设计水平,同时,利于方案评审和确定,大大缩短了设计和评审周期。

2.设备选型阶段

     原则上设备选型应按照典型规范引导原则的要求,结合工程实际情况,在通用设备的参数系列中合理选用,否则应专题论证,并经批准后实行。

3.设备招投标阶段

     按照通用设备要求编制招投标技术文件,并根据安装要求对设备安装尺寸、标准接口等提出要求。

4.施工图设计阶段

     按照设备的技术参数和标准接口绘制图纸。通用设备中已有设备安装基础要求、尺寸和设备间的标准接口,可以提前开展施工图设计,改变了设计模式,缩短了工程建设周期。

5.工程施工阶段

     各设计施工单位严格按照施工图纸开展施工,安装施工与典型规范、标准工艺一致。

6.变电站运行管理阶段

     通用设备经过合理优化,可以减少备品备件数量,减少物资储备,有利于管理和维护。

7.对设备制造厂家的引导

     制造厂按照通用设备要求生产设备,可减少设备制造商的重复设计和研发,而将更多精力投入到优化产品设计和提高制造水平上来。

五、经济和社会效益

(一)经济效益

     研究编制通用设备,推进设备通用互换,其经济效益主要体现在以下几个方面:

1.减少设备厂商的重复设计和研发,降低设备制造加工成本,提高制造效率。

表2以66~750kV变电站通用设备为例,给出了应用前后66~750kV变电站12类主要电气设备种类及电气接口数量,表中数据可以看出,设备种类减少了58%。

表2 66~750kV变电站通用设备应用前后设备种类及电气接口数量

     随着电网规模的扩大,各制造单位的产品规格种类大幅减少而总的年供货量均有不同程度的增加,从而有效地减少了设备厂家的重复设计,减少零部件种类。因此,通用设备规范参数使得设备种类减少,使得设备生产厂家设备及零部件种类相应减少,从而减少设备厂商的重复设计和研发,降低了设备制造加工成本。

2.规范安装要求、安装尺寸和二次标准接口,实现通用互换,提高建设效益。

     设备通用互换,能够有效地减少设计人员在工程设计初期对不同设备厂商相关设备尺寸和安装要求的依赖性,统一了电气一次、二次接口以及土建接口的要求,在初设阶段即可确定安装接口参数,实现与施工图设计的无缝链接,提前开展安装和土建基础施工图设计,建设单位相应提前进场开展工作,使整个变电工程的设计、设备生产、工程建设等各方面效率得到了显著提升,有效地缩短了工程建设周期,节约工程建设成本,从而产生较大的经济效益。仅变电站的设计、设备安装调试等方面,采用通用一、二次设备的工程,平均可以减少设计联络会5~6次,可以节约10%左右的工期。

3.减少设备种类和备品备件品种,便于运行管理,降低运行成本。

     通过合理优化、科学配置设备技术参数,推进设备通用互换,可以显著地减少变电站内设备装置的种类,利于后期运行维护。同时,变电站设备种类的减少以及设备的通用,可以大大降低变电站备品备件的数量,利于物资储备仓库的建设,从而降低运行维护的成本。

(二)社会效益

     大力推广变电站通用设备,是推进标准化建设的客观需要;是发挥规模效应,提高变电站工程建设质量和管理效率的有效措施;是大力提高集成创新能力,促进资源节约型、环境友好型社会建设的重要体现。其社会效益主要体现在以下几个方面:

1.提高电网整体技术水平,促进技术进步。

     通过输变电工程通用设备引导设备厂家开展技术创新,提高设备技术含量,提高工程整体技术水平,推进技术的不断进步。

2.提高电网安全稳定运行水平和电网运行整体效益。

     设备技术参数合理、配置科学,保障装置的运行可靠性,提高电网安全稳定运行水平;减少备品备件数量,提高设备通用性,降低运营成本,减少因设备故障造成的停电时间,提高企业社会效益。

六、总结

     研究编制变电站通用设备,推进设备通用互换,为建设、设计、施工、生产、运行和设备制造厂提供一个沟通交流的平台,融合电力行业及设备制造行业先进技术,统一设备电气接口、二次接口及土建接口,避免智能变电站设备型式繁多、订货周期长、备品备件通用性差、重复性设计工作多、设备生产制造成本高、运行维护困难等问题。

     通用设备成果充分体现先进性、适用性,并实现向施工图深度延伸。统一了国家电网企业输变电工程设计技术理念和设计技术原则,贯彻实施集约化管理要求,统一建设标准,统一设备规范。改变了以往变电站设备参数分散、品种繁多的状况,最大程度的实现了相同条件下同类设备的通用互换。提高设备质量,加快建设进度,提高电网稳定运行水平。发挥规模优势,符合全寿命周期最优理念,提高电网企业和设备制造企业整体效益。

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