HUNANUNIVERSITY畢業論文論文題目220kv變電站工程電氣全壽命周期應用研究學生姓名學生學號專業班級學院名稱指導老師學院院長200年 月日湖南大學畢業論文湖南大學畢業論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在老師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。學生簽名： 日期：200年月日畢業論文版權使用授權書本畢業論文作者完全了解學校有關保留、使用論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權湖南大學可以將本論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本論文。本論文屬于1、保密，在______年解密后適用本授權書。2、不保密√。（請在以上相應方框內打“√”）學生簽名： 日期：200年月日指導教師簽名： 日期：200年月日第頁湖南大學畢業論文相關專門學科及委員會，對此理論的基本含義，運用原理展開研究，并將其廣泛運用于多個專業[6]。美國已將全生命周期理論應用電力系統的輸電線路，核電，變電站[7]，以及電力系統中許多綠色能源上。以下是對運用此理論較成熟相關公司的工作介紹：瑞典的Vattenfall公司[8]，該公司對LCC方面的工作從事已久，如其指定的僅限于電力行業的AED規劃，即可用率工程規劃都是該公司支持LCC工作的很好的例子。近年來，該公司在LCC基本理念原理上，增添了環境保護和資源節約等因素，將其升級為LCV，又稱為LCA[9]。美國的Barringer&Associates公司[10]，也著重研究將LCC理論運用于電力系統方面，該公司在電力建設中，不局限于僅僅對單一設備LCC的考慮，更強調整個系統的全生命周期成本，突出關鍵部位，提高電力系統安全性，降低經濟風險，該公司在運用LCC提高電網可靠程度方面享有高度的國際聲譽。瑞典的ABB公司和德國Siemens，這兩家領域尖端也開始在產品的設計階段考慮LCC，幫助工業企業節能減配，減少企業能耗成本，滿足多元化市場的需求。2012年為了給昆明發電廠提供專業化能源管理咨詢服務，ABB和華電集團展開了對其生產各環節進行專業診斷的能效合作，對其界定出26個節能減耗主要方式[11]。1.4國內研究動態我國在1987年引入全壽命周期成本技術，當時海軍來作為起頭，隨后二炮和空軍都參與技術交流和全面推行以籌建設備LCC委員會，并為此出版了許多相關著作，發起了LCC全國研討會，深入探討了全壽命周期理論。2002年第5次以及2004年第6次LCC年會上，有部隊、院校、企業、地方等的代表[12]，交流了全周期壽命成本理論、費用建模的最新研究成果[13]，以及全壽命周期成本技術在企業管理中與軍事裝備管理的應用：運用在鋼鐵，造船，制藥等其他工業領域并取得卓越成效。就中國電力行業來說，全壽命周期管理剛剛起步，2004年上海供電公司在國內電網中首先開始運用全壽命周期管理理論運用在220kV泰和變電站GIS更換改造工程[14]，完善其各級信息系統和各種自動化系統以構建全壽命成本模型并進行其成本計算。作為行業領頭者，華東電網公司根據中國國情創立了全壽命周期管理體系，重點關注項目規劃，設備維護和管理，招標采購等一些領域。在安徽實施的全壽命周期試點工程220kV易太變電站[15]建設過程秉承節能環保的原則，在建設過程中，堅持科學統籌發展，并對傳統建設方式和管理方式進行突破。為后續同類型變電站提供了一個范例。2007年針對“兩型一化”變電站和“兩型三新”線路，國家電網公司展開了旨在提高變電站工程全壽命周期內如何優化完成效率和效益同時滿足的討論與研究[16]。2008年由國家電網公司發布的1241號文件[3]中提出輸變電工程全壽命周期設計建設是樹立全壽命周期管理理念，對輸變電工程決策、設計、建設、操作和廢棄各個階段進行全壽命周期管理以滿足輸變電工程建設。2009年山東省第一座按照全壽命周期建設和管理的沐山220kv變電站正式開工建設[17]。引入全壽命周期設計理念以統籌協調好安全、效率、成本之間關系進行工程建設，促進工程設計建造理念的創新，以期望實現全壽命周期理論帶給電力系統經濟性、高效率的目的，加速電力系統完全進入優化管理時代。2013年國家電網公司編寫了《變電站資產全壽命周期設計建設技術導則》[18]，就變電站工程建設中全壽命周期技術標準進行了完善，使得在變電站工程電氣設計應用中有了標準可依并貫穿使用，為構建整個全壽命周期理論和體系打下了基礎。1.5研究方法文獻研究法從全壽命周期管理理論方面研讀大量文獻資料，從實際問題出發結合220kv變電站工程電氣特點，進行分析研究。并通過圖書館及互聯網等工具，了解全壽命周期管理理論國內外研究現狀，全方位的了解研究的問題，找出最合適的答案。對比綜合法通過綜合各種客觀事物的不同或者相同并就此進行對比，以認清事物尋找出客觀規律。通過220kv變電站工程電氣變化發展比較，已經不同管理方式差異比較，來得到問題的答案。案例分析法運用全壽命周期管理通過對典型220kv變電站工程案例的具體分析，來說明客觀規律和優化方案。并因此分析其存在哪些問題最后尋找出最優方案。1.6設計過程及研究內容本文研究的主要內容是全壽命周期管理在220kv變電站工程電氣的應用，通過文獻研究法、對比綜合法、案例分析法對其進行全方位的研究。介紹如何在220kv變電站工程設計過程中貫徹全壽命周期理念，通過分析計算擇優選擇為最優方案。全文過程分四個部分，主要內容：第一部分是緒論部分，介紹初始研究背景目的等，引出問題，闡明研究方法與過程，展示整體內容。第二部分是理論基礎部分，全面敘述理論概念全壽命的分類、全壽命周期成本的內涵及其數據分解采集、全壽命周期管理的具體要求等以及相關通用模型。第三部分為實踐部分，導出全壽命周期理論在220kv變電站中的應用?；仡櫼延凶冸娬镜囊延袑嵺`，與理論結合。第四部分是案例部分，分析典型案例，運用全壽命周期管理理論，分析如何優化電纜溝截面，得出結果。第五部分是成果部分。2.變電站工程電氣全壽命周期理論2.1全壽命周期在變電站中的全壽命周期（LifeCycle）指的是該工程從最開始可行性研究直至其最終進入廢棄階段整個過程。而設備壽命周期指該設備從投入使用之初到設備由于廢棄或者不再經濟而退出使用的整個過程。全壽命周期應用研究包含使用壽命、經濟壽命、設計壽命以及折舊壽命等[19]。使用壽命是指由于使用中產生的物理損耗，到極限狀態而不能再次依靠任何途徑進行修復以正常投入使用的全過程時間。極限狀態便是以能否繼續無障礙投入運行作為界限。因此，在變電站中所說的使用壽命則是變電站所有設備在使用中產生的物理損耗達到極限狀態，不能依靠任何途徑修復的全過程時間。是資產正常運行期間的實際使用時間。經濟壽命是指從正式開始使用到結束時刻，恰能獲得經濟效益最大化的全過程時間。在變電站中即變電站工程從投入使用至年度平均費用成本達到最小的優化全過程時間。在變電站間建設中，初期的運維費用不高，隨著投入時間的拉長，會因為設備老化等原因，使得運維成本增加，若持續運行會使邊際效用減小，在經歷產年均總費到達最小值后，最終使得年度平均費用增大，這樣是不經濟的。電網作為企業是變電站的所有者，所以經濟壽命來衡量變電站的建設是最合適的，所以變電站的實際壽命一般即是經濟壽命，在通用計算模型中也應用該壽命。技術壽命是指在隨著科學飛躍、技術突破，產出新產品更具有經濟性和適用性來代替舊有產品，使得其在使用壽命達到之前就進入廢棄階段的全過程時間。在變電站工程電氣中，主要是指因為電網規劃和技術變革而喪失使用價值提前進入廢棄階段。只適用極少部分特殊情況下的變電站，大部分常規變電站規劃合理，技術成熟，適應性強，可后續匹配升級。折舊壽命是指按規定的折舊率，這完全取決于規定的標準，是企業內的亦或是行業間的，最終將變電站積累損耗總和進行折舊處理所需要占用的全過程時間。在變電站中，電網企業主要通過綜合變電站工程的經濟性、安全性和使用壽命來量化得到，所以可以基本等效為經濟壽命理論值。國家電網按設計年限40年為標準[18]。2.2全壽命周期成本全壽命周期成本（LifeCycleCosts）是指在整個周期時長中，整個工程所需費用，其總和主要包含決策階段、設計階段、建設階段、操作階段和廢棄階段五個階段。它包含整個工程的設備或項目消耗的一切資源量進行累加之后匯總成貨幣值得出的數值，其在經濟性，安全性和質量性方面參考意義重大[20]。對全壽命周期成本最直接的定義可以闡述為：一項工程的全壽命周期成本是經歷整個過程即從工程設想和建設伊始到運營直至廢棄整個壽命周期上消耗在工程上的全部資金[21]。變電站工程電氣全壽命周期成本內容主要包含五個方面1.決策階段成本：變電站工程決策階段成本主要指涵蓋最初策劃、目的性研究、可行性研究等初期內容所需成本，論證變電站工程建設的必要性、科學性和適時性，其成本費用占全費用比例不大，但將會對變電站工程的最終效益產生至關重要的影響。2.設計階段成本：變電站工程設計階段成本包含方案設計所需要的一切成本，包擴工程施工、竣工設計；電氣一次設備、二次設備的制造方案與選擇；通信設備及其他。所有方案的功能、造價都需要考慮嚴密，保證可靠和經濟。建設階段成本：變電站工程建設階段成本包括變電工程建設的運輸成本材料費用以及電氣設備的購買、裝置費用，還有建設期間的人工工資及各種稅費等。該階段投入大、周期長、涵蓋面廣，建設質量對后期操作階段成本和廢棄階段成本影響巨大。運維階段成本：變電站工程運維階段成本包括建設工期終止變電站正式投產之后維持正常工作所需包運行成本、維護成本、故障成本等。必須對設備進行系統的運維和嚴格的壽命保證措施，該階段持續時間長，費用占比大，受前面幾個階段影響大。5.廢棄階段成本:變電站工程廢棄階段成本主要指變電工程進入廢棄階段的毀壞重置和再利用的費用。這個階段取決于前幾個階段，如決策設計階段設定的報廢標準判定壽命周期是不是進入廢棄階段；如設計階段選擇的設備方案所應用的材料是否具有廢棄后回收再用價值；如建設階段工程材料廢棄后的回收成本等。從財務范疇和工程范疇上以工程全壽命周期每個階段費用的角度來進行合理設計和歸算，即是全壽命周期成本的核心，目標是為了集約化管理變電站工程，做到變電站工程全壽命周期成本最優化[22]。全壽命周期是站在全局角度，集成優化，其最終目的是使得整個電網經濟效益達到最大，根據這個原則，來考慮每個部件每一個階段的成本，因而對于細節的有序考量尤為重要。關于研究整個問題，全壽命周期成本技術考慮了故障停電成本處置廢棄成本等影響，是在安全性前提下總成本最優化，因此會引起關于系統的安全性體系和故障影響的研究[23]。2.3全壽命周期管理全壽命期管理（LifeCycleManagement）則是指對全壽命周期成本的預測與檢控，并加以優化使之最小化的一個計劃方案。對于新建變電站，運用全壽命周期管理方法可增加其綜合效益，使新建的變電站的全壽命周期成本融入系統，在高安全性下得到低費用低投資的結果，并因此得到最大經濟效應。其重要在于三個特點即是全過程，全系統，全費用。全壽命周期管理理念使得生產人員與管理人員從財務范疇和工程范疇都對電氣運維安全性經濟性有了全面直觀了解，這作為一種新時代管理要求下理念的升級[24]。當下，電力行業大都使用全過程成本管理（WPM）系統。二者區別主要體現在管理類別上，如下圖2.3所示，WPM系統主要關注前期投資成本，而LCM系統則將整個后期成本也納入整個成本體系中，因電力行業的設備和項目運行周期長，運營成本高，因此，LCM體系更具科學性，嚴謹性，且更能實現全局最優。LCM管理分類WPM管理分類決策階段設計階段建設階段運維階段廢棄階段圖2.3管理系統全壽命周期管理為了保證工程成本模型最優，并獲取方案最適合選擇，一般通過量化每個成本的各項構成要素，并且要求所有工程具有首位屬性的成本構成需在計劃內[25]。全壽命周期成本為了使工程的起始、期間、廢棄所有成本最優化通過使用數據化技術甄別并量化整個周期所有階段的成本要素[26]?？紤]到全壽命周期成本包含運維人員的管理費用以及安全技術培訓成本，使得一線工作人員明確了工作的整體目標，樹立了科學安全生產意[27]。2.4變電站工程電氣全壽命周期成本的分解與匯集變電工程運行周期較長，在考慮其經濟性時，必須把它放在全過程分析，必然涉及資金的時間價值[28]，為此我們需要詳盡的數據以對其進行全面分析便于集約化綜合管理。然而變電站建設是一個消耗費用較大、并且結構復雜的過程，為了研究整個系統的數據，必須建全其全壽命周期成本數據庫。在此基礎上了解各個工程要素，建模構造其全壽命周期成本經典模型，對此進行變電站工程構成物分解[29]。變電站工程含有大量構成物，很難直接對每一個都進行研究分析，只能選定特別具有代表性且費用占比遠遠多數的進行全壽命周期成本分析[30]，先選定特定主要構成物如圖2.4。變電站工程電氣全壽命周期分為五個階段，每個階段的特點不一樣，一般在設計階段進行數據收集歸攏過程并進行全壽命周期成本分析時，鑒于此時工程尚未動工，采集各個階段成本數據主要依靠當期相關單位制訂的最新造價標準，并結合土地費用、運輸費用、人工成本等數據進行綜合考量。但這樣涵蓋并不全面，尤其是運維階段成本，相對而言很難量化，這樣會使得分析失實。因為運維階段難以做到全時間連續的統計，且在撥付款項時按工程規模，而沒有做預算清單。也就無法提供詳盡正確的數據，僅能通過現階段的運維取費標準來大致獲取，這是有文件的部分，另外部分不在文件上的則需通過經驗進行預估。變壓器隔離開關斷路器AIS電流互感器電壓互感器無功補償器變電站工程電氣一次設備電氣二次設備通信設備土建繼電保護直流控制系統主控樓構支架圖2.4變電站工程構成物分解2.5數學模型給出模型[31]：LCC=IC+OC+MC+FC+DC=（D1C+D2C+BC)+TC+DC在這個公式中，前者為通用公式，后者為分階段公式。其中式中LCC——全壽命周期成本(LifeCycleCost)，簡稱LCC；IC(investmentcost)為初始投資成本，包括D1C（decisioncost）決策成本、D2C（designcost）設計成本與BC（buildingcost）建設成本：設備采購和安裝、調試費用等；OC(operationcost)是運行成本,包括能耗費和人工費用；MC(maintenancecost)為維護成本包括維修費用和養護費用；FC(failurecost)故障成本主要包括停電損失費用；有時用三者合稱總運維成本可用TC（totaloperationcost）=OC+MC+FC來表示；DC(discardcost)為廢棄處置成本包括退役處置和回收費用。選擇初始投資成本最低的方案并不是最合理的，需綜合全壽命周期成本，決策階段和設計階段雖然是整個變電站工程有指引方向的作用，但是的成本占比不大，而后期的運行成本、維護成本和故障成本確往往占主要成本支出。正確地考量全過程、全系統、全周期，應該使用凈現值來計算變電站全壽命周期成本，并優化得到一個最小值。不妨引入為復利現值系數和和復利終值系數，其中p為現值，s為終值，i為復利系數給定固定折算系數，n為經濟壽命，m為決策實行到投產年限，從而推出通用模型：其中為初始投資成本，為變電站投產后第j年的運維成本，為廢棄處置成本。考慮了財務管理中資金的時間價值，將此方法給定折算系數之后，可以把所有成本統一歸算到變電站投產第一年，可以對此以一個統一的評價判斷標準，直接客觀反映方案的經濟性，并能衡量整個壽命周期下的投資風險，是最可靠的方式。3.全壽命周期理論在220kv變電站設計中的應用3.1概述變電站是電網的心臟部分，其建設對于整個電網的運行起著決定性作用，220kv變電站工程項目的各個專業根據資產全壽命周期設計目標，追求建設標準化，施工可行性，以及資源利用率最高，從而實現全局最優化。同時應遵守現行法律法規，在整個變電站系統規劃，設計，設備采購，安裝，調試，維護，檢修，和廢棄處置各個期間，按照國家電網相關規程規定，在應用全生命周期成本管理的基礎上，實現其成本最低，操作可行，使其基本功能和核心功能達到最優，對故障突發反應迅速，處理及時。3.2總體規劃首先要進行項目評估，考慮投產后地區負荷水平，通過電網規劃，分區電力平衡結果，綜合判斷建設該220kv變電站必要性，合理分配資源的經濟性，其對提高電網可靠程度的作用，運用全生命周期管理體系，優化配點設計，在確保其功能正常安全運行的基礎上，使成本值達到最小，考慮全壽命周期成本最優化選擇，以防止造成建成速度過快投產效益不高的局面。評估確定接入系統方案時，考量環保因素，做到科學利用土地，降低能耗。并且需要進行短路、潮流等計算分析，核定其在電網結構的合理性。既要滿足供電可靠性靈活性與經濟性的要求，又要滿足該變電站擴展性需求，以減少停電損失，建立合適的近期終期接入系統規劃。對于變電站中的主接線、一次電氣設備、二次電氣設備、通信設備以及土建都需要有足夠詳盡考量。如變電站出線方向、間隔排列和總平面布置合理以減少擴建過程中間隔位置的調整和出線線路的交跨；斷路器、隔離開關等需要有足夠通路、開路和短路電流容量；變壓器的型式、中性點接地方式甚至變壓器第三繞組電壓等級和容量都需通過電氣計算校定。同時規劃時應進行各種故障下的短路計算，當穩定水平降低時，繼電保護能合理動作，能正確應對各種突發情況，保證安全情況下進行生產運維。3.3八大原則就可靠性與安全性、可維護性、可施工性、可擴展性、節約環保性、可回收性、防災與突發事件處理以及資產全壽命周期成本的最優化[18]八個方面結合220kv變電站工程電氣進應用進行全方面討論研究。主要應用研究關注：220kv變電站選擇，總平面布置，主接線，電氣設備，站體建筑設計，暖通，排水，消防設施幾個方面[32]。1.可靠性與安全性:選定地質條件良好并且線路走廊開闊的地方作為站址并合理規劃站體總體布置和地下設施以減少事故幾率。電氣一次、二次設備和接線，保證能在生命周期安全可靠，即使出現問題，能夠迅速停止并方便檢修維護。電氣設備安裝之后要進行調試，并對全系統設定足夠二次系統繼電保護裝置并進行檢測避免誤動作或者誤拒絕動作，科學規劃配電裝置類型。2.可維護性:即是指電氣一次、二次設備和接線可以在正常運行時間與在事故期間能不對整個變電站持續供電造成破壞。為了方便維護，應當選用合理配電裝置便于帶電操作，科學規劃道路設置保證交通便捷，優化主控樓設計便于巡視整個變電站。同時全面提高自動化數字化水平，使站內站間通信緊密。3.可施工性：變電站建設過程采用通用建設標準，擬定采購詳單，綜合材料性質和技術參數并根據采購難易，運輸成本科學選備施工材料。因地制宜組織施工，綜合站址環境，全面規劃站體設計，在排水、暖通、消防等設施方面細化設計圖紙，以易于施工?？蛇m時適當運用前沿技術、尖端工藝進行優化。4.可擴展性:滿足終期規模需求，方便變電站進行升級擴建即站址選擇合理留有余地并對其有一定管理。電氣主接線尤其需要滿足從初期階段過渡到終期階段的要求，在期間盡量要不妨礙持續供電，總平面布置時盡量避免架空線路的交叉。5.節約環保性:站址選址規范選擇污染低經濟效益低的地段，減少防污投資。在變電站站體建設時，結合可施工性采用對環境有利的低污染低噪音的方式，減少對環境負擔和對周圍住戶的影響。優化總平面布置和變電站站體設計，減少特殊接地對環保的破壞，提高房屋利用率，合并功能重復房間，主控室盡量處于核心以減少建筑土方，電纜投入等。給排水和消防設施按照標準，污水經過處理排放，不污染當地水質，滅火泡沫應選用無毒性安全，不危害人身健康。6.可回收性：包含經濟性和環保性兩重內涵，主要是包括變電站中站體建筑部分，電氣設備部分進入廢棄階段回收再利用，同時考慮土地使用到再利用的效益，當其進入廢棄時方便回收重置處理。選址盡量選擇靠近負荷中心以降低線損且工程壽命完結之后土地方便轉手，建筑設計盡量方面科學環保簡單便于處理。7.防災與突發事件處理：做好防范意外情況的保障和應對突發情況能有效處理。變電站站址選擇應當地質良好，總體布置應當交通便捷，發生大型災害能夠躲避。站體建筑內設計，交通疏散安全通道布置明確清晰，從各個崗位都能迅速撤離，站內消防設施布置合理盡量不設置屋外系統。同時完善電氣二次系統，如繼電保護能可靠迅速動作。8.資產全壽命周期成本的最優化：即是將運用全壽命周期理論應用在變電站工程電氣資產管理中，結合安全性和可靠性、可維護性、可施工性、可擴展性、節約環保性、可回收性、防災與突發事件處理，做到資產最優化。八大原則互相聯系，統一協調，只有充分運用全壽命周期理論才能在眾多方案選出經濟性最高最合理的方案。4.220kv變電站工程應用電纜溝截面研究4.1工程概況當前，隨著國家電網推出《智能變電站技術導則》，國家電網公司正大力推廣智能化變電站，越來越多的變電站趨向智能化。智能化變電站實行全景監控，自動數字運維控制與站外主機聯機互動功能外，還能提高電網安全性，優化資源配置。電纜負擔全站的信息通信任務，因此對于智能變電站的電纜型號，參數的選擇尤為重要，顯然站內若采用傳統電纜鋪設方式，存在諸多弊端，造成極大浪費，此舉不符合全壽命建設理念。本章從電纜溝出發，結合220kv變電站建造過程，進行優化。該220kv變電站含有三個電壓等級，分別為220kv、110kv、10kv其概況如表4.1：表4.1變電站近期和終期概況主變壓器220kv出線110kv出線10kv出線電容最終規模3臺180mva主變壓器6回10回24回4×8Mvar本次規模1（2）臺180mva主變壓器4回4回8回4×8Mvar4.2總平面及主接線方案主要參考《國家電網公司標準化建設成果((通用設計、通用設備)應用目錄（2014版）》[33]。4.2.1GIS方案1.基本模塊編號：220-A1-1-ZB&10（主變壓器及10kV配電裝置）2.主接線：220kV電氣接線方式，本期：雙母線接線；遠期：雙母線接線。110KV，本期：雙母線接線；遠期：雙母線接線。10KV，本期：單母線接線；遠期：單母線三分段。3.接線總布置及配電裝置：總體布置擬將220kv和110kv同主變場地相平行安置；220kV：采用戶外GIS，雙回出線用同一跨構架，皆用全架空出線。其單回出線間隔寬度12m；110kV：采用戶外GIS，全架空出線，雙回出線用進行架線同一跨構架。其單回出線間隔寬度7.5m；10kV：戶內采用開關柜雙列安置，每臺主變在10kV側需配置4組8Mvar并聯電容器，電容器采用戶外框架式成套設備。4.圍墻內占地面積（hm2）與總建筑面積（m2）比例為0.8475/840.02。4.2.2AIS方案1.基本模塊編號：220-C-3-ZB&10（主變壓器及10kV配電裝置）2.主接線：220kV電氣接線方式，本期：雙母線接線；遠期：雙母線接線。110KV，本期：雙母線接線；遠期：雙母線接線。10KV，本期：單母線接線；遠期：單母線三分段接線。3.總布置及配電裝置：總體布置將220kv和110kV同主變場地相平行安置；220kV：采用戶外懸吊管母線中型、瓷柱式斷路器單列布置，皆用全架空出線；110kV：采用戶外支持管母線中型、瓷柱式斷路器單列布置，皆用全架空出線；10kV：戶內開關柜單列布置戶內開關柜單列布置。每臺主變在10kV需側配置4組8Mvar并聯電容器，電容器采用戶外框架式成套設備。4.圍墻內占地面積（hm2）與總建筑面積（m2）比例為1.98/770。4.3電纜統計4.3.1220kv變電站常用電纜及光纜規格表4.2電力電纜及控制電纜規格及外徑電纜型號外徑（單位mm）電纜型號外徑（單位mm）KVVP2-2×414.9KVVP2-19×123.5KVVP2-4×1.510.9KVVP2-6×417.4KVVP2-8×416.1KVVP2/22-4×416.9KVVP2-14×1.517.8KVVP2/22-7×424.6KVVP2-4×414.9KVVP2/22-14×1.526.2KVVP2-7×1.513.6KVVP2/22-8×2.523KVVP2-10×1.516.6KVVP2/22-2×416.9KVVP2-17×1.520.3ZR-KVVP2-2×417.9KVVP2-4×2.511.8ZR-KVVP2/22-2×417.6KVVP2/22-4×1.512.9ZR-KVVP2/22-2×1.510.5KVVP2/22-7×1.520.8ZR-KVVP2/22-4×1.513.9KVVP2/22-17×1.528.6ZR-KVVP2/22-8×1.516.5VV22-3×417.2VV22-3×35+1×2529.3VV22-3×4+1×2.519.3VV22-3×25+1×1626.3VV22-3×619.3VV22-3×70+1×3537VV22-3×6+1×420.5VV22-3×240+1×12059.3VV22-3×10+1×622.4VV22-1×7021.7VV22-3×16+1×1024.7VV22-2×416.6表4.3光纜規格及外徑光纜型號外徑（單位mm）24芯光纜106芯光纜104芯光纜10220kv智能變電站電纜溝是有必要進行優化，首先由于其二次設備通過用光纜代替控制電纜的方式，極大減少了整個二次設備所配備電纜的通道截面。其次改由廠家提供GIS設備中的電纜，鋪設電纜也不在需要經過電纜溝，這又大大降低了變電站電纜數量。因此提高電纜通道截面利用率，合理配置電纜，以降低工程造價將易于實現。對于AIS設備，間隔內電纜也不會通過主溝，間隔內電纜的敷設方向和主溝垂直，可考慮通過埋管方式敷設到各個設備，故同樣只有電纜和光纜在至主控樓間隔時將會占用電纜溝面。電纜溝的截面滿足最大纜流量是的電纜數值，因此統計最大纜流量很有必要，下表為各個區域電纜最密集處的電纜數量匯總。4.3.2220kv配電裝置表4.4220kv配電裝置電纜統計間隔名稱數量型號出線間隔（單間隔）光纜224芯電纜0主變進線間隔（單間隔）光纜224芯電纜2KVVP2/22-4×1.5至主變體母聯間隔（單間隔）光纜224芯電纜1KVVP2/22-4×1.5至TV并列柜母線設備間隔（單間隔）光纜124芯電纜1KVVP2/22-7×4至TV并列柜通信光纜光纜124芯檢修箱電源電纜2VV22-3×70+1×35操作電源電纜2VV22-3×16+1×10加熱電源電纜2VV22-3×16+1×10直流電源電纜每個間隔2根ZR-KVVP2/22-2×4通信電話線電話線2HBV統計最密集處：于主控制室出口，其規格和數量如下：表4.5220kv主控口出口電纜規格及數量電纜或光纜型號數量（根）外徑（MM）24芯光纜231012芯光纜210KVVP2/22-4×1.5712.9KVVP2/22-7×4224.9VV22-3×70+1×35237VV22-3×16+1×10424.7ZR-KVVP2/22-2×42617.6HBV2104.3.3110kv配電裝置表4.6110kv配電裝置電纜統計間隔名稱數量型號出線間隔（單間隔）光纜124芯電纜1KVVP2/22-7×1.5至母線間隔主變進線間隔（單間隔）光纜224芯電纜2KVVP2/22-4×1.5至主變體母聯間隔（單間隔）光纜124芯電纜1KVVP2/22-4×1.5至TV并列柜1KVVP2/22-4×1.5至母線間隔母線設備間隔（單間隔）光纜112芯電纜1KVVP2/22-7×1.5至母線設備間隔互聯1KVVP2/22-7×4至TV并列柜通信光纜光纜124芯檢修箱電源電纜2VV22-3×70+1×35操作電源電纜2VV22-3×16+1×10加熱電源電纜2VV22-3×16+1×10直流電源電纜每個間隔1根ZR-KVVP2/22-2×4通信電話線電話線2HBV統計最密集處：與主控制室出口，其規格和數量如下表：表4.7110kv主控口出口電纜規格及數量電纜或光纜型號數量（根）外徑（MM）24芯光纜221012芯光纜210KVVP2/22-4×1.5712.8KVVP2/22-7×4224.9VV22-3×70+1×35237VV22-3×16+1×10424.7ZR-KVVP2/22-2×41817.6HBV210KVVP2/22-7×1.51520.84.3.4主變壓器配電裝置表4.8主變壓器配電裝置電纜統計間隔名稱數量型號至主控樓及配電裝置光纜212芯電纜8KVVP2/22-4×1.5至母線間隔2KVVP2/22-14×1.5直流電源電纜1ZR-KVVP2/22-2×4交流電源電纜2VV22-3×4檢修電源電纜1VV22-3×4+1×2.5排油充氮電源電纜1VV22-3×240+1×120統計最密集處：在主變出口處，其規格和數量如下：表4.9主變壓器主出口電纜規格及數量電纜或光纜型號數量（根）外徑（mm）12芯光纜610KVVP2/22-4×1.52412.9KVVP2/22-14×1.5626.2ZR-KVVP2/22-2×4317.6VV22-3×4317.2VV22-3×4+1×2.5619.3VV22-3×240+1×120159.34.3.510KV配電裝置表4.1010kv配電裝置電纜統計間隔名稱數量型號公用測控柜電纜1KVVP2/22-4×1.5至主控制室1KVVP2/22-7×1.5至每個開關柜2ZR-KVVP2/22-2×4直流電源網絡柜光纜24芯尾纜至各屏柜主變進線間隔（單間隔）光纜224芯24芯至分段開關柜電纜2KVVP2/22-4×1.5（220kv至主變本體路經10kv室）2KVVP2/22-4×1.5（110kv至主變本體路經10kv室）3ZR-KVVP2/22-2×4直流電源母線設備間隔（單間隔）電纜3KVVP2/22-4×4至分隔間斷分段隔離柜（單間隔）電纜1KVVP2/22-7×1.5至分段柜1至公用測控柜1KVVP2/22-7×4至分段柜2至公用測控柜1KVVP2/22-4×1.5至分段柜1ZR-KVVP2/22-2×4直流電影站用變間隔（單間隔）電纜1KVVP2/22-4×4至本體零序CT1ZR-KVVP2/22-2×4直流電源電容器間隔電纜3KVVP2/22-4×4至電容器本體2KVVP2/22-4×1.5檢修箱電源電纜1VV22-3×70+1×35操作及加熱電源電纜3VV22-3×16+1×10配電箱電纜2VV22-3×6+1×4時鐘電纜1DJVVP2-2×2×1計量電纜2KVVP2/22-4×1.5通信電話線電話線2HBV考慮到10kv進出線回路數較多，且電纜流量與屏柜布置有關，智能化程度較低，控制電纜或光纜用量較少，所以該區電纜數量較多。出口處10kv配電最大電纜流量按給定一定比例折算，電纜按0.8統一歸算，光纜則按0.6統一歸算。表4.1110kv主出口電纜規格及數量電纜或光纜型號數量（根）外徑（mm)24芯光纜6104芯光纜10010KVVP2/22-4×1.53512.9KVVP2/22-7×1.55420.8KVVP2/22-4×44116.9KVVP2/22-7×4624.6VV22-3×70+1×35137VV22-3×16+1×10324.7ZR-KVVP2/22-2×41517.6DJVVP2-2×2×1110HBV2104.3.6AIS站間隔AIS站間隔沒有光纜，均為電纜，且與電纜均由智能控制柜分至各個設備，智能控制柜一般與斷路器配套，布置在斷路器旁的電纜溝邊上，這個位置處于間隔中部，母線隔離開關及斷路器的電纜往一個方向，即出現隔離開關、PT、互感器等的電纜往另一個方向。各個間隔按方向電纜統計如下：表4.12220kv配電裝置支溝電纜數量往主變方向數量往出線方向數量出現、主變進行間隔控制電纜2116動力電纜86母聯間隔控制電纜253動力電纜100母線設備間隔控制電纜150動力電纜60表4.13110kv配電裝置支溝電纜數量往主變方向數量往出線方向數量出現、主變進行間隔控制電纜1412動力電纜86母聯間隔控制電纜163動力電纜100母線設備間隔控制電纜150動力電纜60由于整體電纜數量較少，可以考慮電纜溝埋管敷設。4.4電纜溝截面的優化根據220kv、110kv、10kv配電裝置以及主變壓器電纜、光纜統計，可以得到終期規模的最大纜流量如下：表4.14最大纜流量統計控制電纜量動力電纜量光纜量備注220kv配電裝置53626主控樓出口處110kv配電裝置42624主控樓出口處10kv配電裝置122465電纜量按總電纜量80%光纜量按總光纜量60%主變壓器33106主控樓出口處根據光纜/電纜界面和數量，盡可能地縮減通道截面，可使通道的施工及電纜的鋪設更為簡單，節省施工材料，減少成本。取值計算時不妨令光纜外徑取10mm，控制電纜外徑取20mm，動力電纜外徑取25mm（特殊VV22-3×240+1×120外徑取60mm,VV22-3×70+1×35外徑取40mm）準備改造電纜溝成0.6m0.4m作為總體布置220kv和110kv配電。改造時在距離底部電纜溝0.1m處通過預埋圓鋼用作底部支架，可方便配電裝置不設專門支架。在溝道內布置電纜和光纜時可以利用pvc槽盒布置。分別安放在盒內和盒外，分別遠期可布置2層和3層，其中盒外應當應留足約0.45m長度，如圖4.1。而既可以單獨考慮變電站整體規劃改造電纜溝成0.6m0.4m作為總體布置主變壓器配電，也可以共用10kV配電裝置室所在電纜溝。由于主變配電最大電纜不多，單獨改造布置時溝道內可選用小型pvc槽盒，遠期2層，如圖4.2。圖4.1110k及220kv配電裝置電纜溝截面圖4.2主變電纜溝截面不需要對10kv配電裝置電纜溝進行改造優化，因為其電纜與光纜數量較多，采用小溝疊放層級過多會極其擁擠，因此保持原有1m×1m的電纜溝不變，采用角鋼支架，雙側布置，每側6層，層間130mm。根據GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》[34]的要求，溝內凈值500mm，則兩側支架長度各250mm，除去安裝固定所要求的尺寸，可用尺寸約為200mm。在考慮主變電電纜與10kv室電纜共溝布置的前提下，設置1個200×100PVC槽盒用于光纜的布置，終期布置3層。動力電纜布置在單層單側支架上，終期布置2層。其他用于合理安放控制電纜，要求每層支架遠期布置2層。若主變電纜與10kv室內電纜不共用溝道布置，則電纜溝更能滿足容量要求。如圖4.3按照以上布置方式，優化后的電纜溝完全滿足電纜敷設的要求。圖4.3包含主變電纜和光纜的10kv配電裝置電纜溝截面4.5電纜溝過水及排水問題根據以往工程經驗，過水板需要約150mm高度的空間。根據以上電纜的統計，電纜敷設高度可控制在100mm以內，上層可留出200mm的空間以滿足過水板布置的要求，下層流出100mm空間用于電纜溝的排水。4.6電纜溝交叉問題在控制電纜和10kv電纜溝交叉的地方不設過水板，可適當抬高圓鋼布置高度以錯開10kv電纜敷設。10kv電纜溝內最低層支架距離溝底50mm，按層間220mm布置4層（電纜直徑約85mm，層間距按減去支架厚度后內層電纜能跨越外層電纜取出校核），最上層支架底距離蓋板高度290mm，減去電纜直徑及支架厚度后與溝蓋板間留有凈空155mm，在交叉處將圓鋼埋在距溝頂150mm處，電纜可與10kv電纜錯開，并于頂板之間留有大于5cm的空間，不會影響電纜的敷設和運行。如圖4.4。圖4.4控制電纜溝與10kv電纜溝交叉斷面4.7兩方案的技術比較從七大方面進行比較：1.安全可靠性：常規電纜溝和優化后電纜溝都具有相同安全可靠性2.易施工性：常規電纜溝開挖量大，并且需要安裝支架，在敷設電纜時必須操作人員進入溝內，因此需要加支架護套防止劃傷操作人員，而優化后電纜溝沒有這些缺點，更易施工。3.易維護性:常規電纜溝和優化后電纜溝做好防腐處理之后都不需要維護。4.可擴展性：常規電纜溝和優化后電纜溝都能做到終期規模建設后滿足其后期擴展需求。5.節約環保性:常規電纜溝開挖量大需要安裝支架和支架防護套，設雙邊支架，電纜溝兩側均需設接地扁鋼，電纜溝截面大，故需要更多防火材料，而優化后電纜溝則因為開挖量小，無需安裝支架和支架防護套，圓鋼貫穿溝內，只需設一側接地扁鋼，截面小故防火材料也少，所以優化后的電纜更環保。6.可回收性:常規電纜溝廢棄后電纜支架具有一定殘值，優化后電纜溝圓鋼具有一定殘值。7.防災與突發事件處理：常規電纜溝和優化后電纜溝都可通過防火封堵等措施具備應對火災等突發事件的能力。綜合分析比較，優化后的電纜溝滿足允許溫升，電壓損失，機械強度等要求，保證電網運行安全性和可靠性外，還具有易施工，易維護，有安全經濟，降低能耗，降低運行費用的效果。總的來說，優化后的電纜溝更有優勢。4.8兩方案的全壽命周期成本比較工程規模和本期規模不同，變電站電纜溝實際長度也會有多變化，以1米為標準，對兩種不同方案的電纜溝基于LCC進行比較。根據本論文4節中變電工程全壽期成本的組成，以通用標準全壽命即40年為標準，按折現率7%來計算電纜溝全壽命周期成本：1.IC一初期投資成本:工程設計成本，電氣設備費裝置調試，材料成本及運輸費等。常規電纜1.0×1.0電纜溝初始投資約為0.8萬元，而優化后0.6×0.4電纜溝約為0.37萬元。2.TC一運維階段成本:包括對防火墻，防火泥和防火材料更換費用及支架防腐費用。常規電纜1.0×1.0電纜溝防火材料約為0.39萬元，優化后0.6×0.4電纜溝防火材料約為0.13萬元。都以十年更換一次計算，防腐費用忽略。3.DC一廢棄處置成本:包括改建和殘值再利用費用之和。常規電纜1.0×1.0改建成本約為0.24萬元，鋼筋再利用暫按0.2萬元/t，則殘值再利用約為0.036萬元，合計成本0.204萬元。優化后0.6×0.4電纜溝改建成本約為0.11萬元，則殘值再利用約為0.021，合計