毕业论文-220kv变电站工程电气全寿命周期应用研究

HUNANUNIVERSITY毕业论文论文题目220kv变电站工程电气全寿命周期应用研究学生姓名学生学号专业班级学院名称指导老师学院院长200年 月日湖南大学毕业论文湖南大学毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在老师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学生签名： 日期：200年月日毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。本论文属于1、保密，在______年解密后适用本授权书。2、不保密√。（请在以上相应方框内打“√”）学生签名： 日期：200年月日指导教师签名： 日期：200年月日第页湖南大学毕业论文相关专门学科及委员会，对此理论的基本含义，运用原理展开研究，并将其广泛运用于多个专业[6]。美国已将全生命周期理论应用电力系统的输电线路，核电，变电站[7]，以及电力系统中许多绿色能源上。以下是对运用此理论较成熟相关公司的工作介绍：瑞典的Vattenfall公司[8]，该公司对LCC方面的工作从事已久，如其指定的仅限于电力行业的AED规划，即可用率工程规划都是该公司支持LCC工作的很好的例子。近年来，该公司在LCC基本理念原理上，增添了环境保护和资源节约等因素，将其升级为LCV，又称为LCA[9]。美国的Barringer&Associates公司[10]，也着重研究将LCC理论运用于电力系统方面，该公司在电力建设中，不局限于仅仅对单一设备LCC的考虑，更强调整个系统的全生命周期成本，突出关键部位，提高电力系统安全性，降低经济风险，该公司在运用LCC提高电网可靠程度方面享有高度的国际声誉。瑞典的ABB公司和德国Siemens，这两家领域尖端也开始在产品的设计阶段考虑LCC，帮助工业企业节能减配，减少企业能耗成本，满足多元化市场的需求。2012年为了给昆明发电厂提供专业化能源管理咨询服务，ABB和华电集团展开了对其生产各环节进行专业诊断的能效合作，对其界定出26个节能减耗主要方式[11]。1.4国内研究动态我国在1987年引入全寿命周期成本技术，当时海军来作为起头，随后二炮和空军都参与技术交流和全面推行以筹建设备LCC委员会，并为此出版了许多相关著作，发起了LCC全国研讨会，深入探讨了全寿命周期理论。2002年第5次以及2004年第6次LCC年会上，有部队、院校、企业、地方等的代表[12]，交流了全周期寿命成本理论、费用建模的最新研究成果[13]，以及全寿命周期成本技术在企业管理中与军事装备管理的应用：运用在钢铁，造船，制药等其他工业领域并取得卓越成效。就中国电力行业来说，全寿命周期管理刚刚起步，2004年上海供电公司在国内电网中首先开始运用全寿命周期管理理论运用在220kV泰和变电站GIS更换改造工程[14]，完善其各级信息系统和各种自动化系统以构建全寿命成本模型并进行其成本计算。作为行业领头者，华东电网公司根据中国国情创立了全寿命周期管理体系，重点关注项目规划，设备维护和管理，招标采购等一些领域。在安徽实施的全寿命周期试点工程220kV易太变电站[15]建设过程秉承节能环保的原则，在建设过程中，坚持科学统筹发展，并对传统建设方式和管理方式进行突破。为后续同类型变电站提供了一个范例。2007年针对“两型一化”变电站和“两型三新”线路，国家电网公司展开了旨在提高变电站工程全寿命周期内如何优化完成效率和效益同时满足的讨论与研究[16]。2008年由国家电网公司发布的1241号文件[3]中提出输变电工程全寿命周期设计建设是树立全寿命周期管理理念，对输变电工程决策、设计、建设、操作和废弃各个阶段进行全寿命周期管理以满足输变电工程建设。2009年山东省第一座按照全寿命周期建设和管理的沐山220kv变电站正式开工建设[17]。引入全寿命周期设计理念以统筹协调好安全、效率、成本之间关系进行工程建设，促进工程设计建造理念的创新，以期望实现全寿命周期理论带给电力系统经济性、高效率的目的，加速电力系统完全进入优化管理时代。2013年国家电网公司编写了《变电站资产全寿命周期设计建设技术导则》[18]，就变电站工程建设中全寿命周期技术标准进行了完善，使得在变电站工程电气设计应用中有了标准可依并贯穿使用，为构建整个全寿命周期理论和体系打下了基础。1.5研究方法文献研究法从全寿命周期管理理论方面研读大量文献资料，从实际问题出发结合220kv变电站工程电气特点，进行分析研究。并通过图书馆及互联网等工具，了解全寿命周期管理理论国内外研究现状，全方位的了解研究的问题，找出最合适的答案。对比综合法通过综合各种客观事物的不同或者相同并就此进行对比，以认清事物寻找出客观规律。通过220kv变电站工程电气变化发展比较，已经不同管理方式差异比较，来得到问题的答案。案例分析法运用全寿命周期管理通过对典型220kv变电站工程案例的具体分析，来说明客观规律和优化方案。并因此分析其存在哪些问题最后寻找出最优方案。1.6设计过程及研究内容本文研究的主要内容是全寿命周期管理在220kv变电站工程电气的应用，通过文献研究法、对比综合法、案例分析法对其进行全方位的研究。介绍如何在220kv变电站工程设计过程中贯彻全寿命周期理念，通过分析计算择优选择为最优方案。全文过程分四个部分，主要内容：第一部分是绪论部分，介绍初始研究背景目的等，引出问题，阐明研究方法与过程，展示整体内容。第二部分是理论基础部分，全面叙述理论概念全寿命的分类、全寿命周期成本的内涵及其数据分解采集、全寿命周期管理的具体要求等以及相关通用模型。第三部分为实践部分，导出全寿命周期理论在220kv变电站中的应用。回顾已有变电站的已有实践，与理论结合。第四部分是案例部分，分析典型案例，运用全寿命周期管理理论，分析如何优化电缆沟截面，得出结果。第五部分是成果部分。2.变电站工程电气全寿命周期理论2.1全寿命周期在变电站中的全寿命周期（LifeCycle）指的是该工程从最开始可行性研究直至其最终进入废弃阶段整个过程。而设备寿命周期指该设备从投入使用之初到设备由于废弃或者不再经济而退出使用的整个过程。全寿命周期应用研究包含使用寿命、经济寿命、设计寿命以及折旧寿命等[19]。使用寿命是指由于使用中产生的物理损耗，到极限状态而不能再次依靠任何途径进行修复以正常投入使用的全过程时间。极限状态便是以能否继续无障碍投入运行作为界限。因此，在变电站中所说的使用寿命则是变电站所有设备在使用中产生的物理损耗达到极限状态，不能依靠任何途径修复的全过程时间。是资产正常运行期间的实际使用时间。经济寿命是指从正式开始使用到结束时刻，恰能获得经济效益最大化的全过程时间。在变电站中即变电站工程从投入使用至年度平均费用成本达到最小的优化全过程时间。在变电站间建设中，初期的运维费用不高，随着投入时间的拉长，会因为设备老化等原因，使得运维成本增加，若持续运行会使边际效用减小，在经历产年均总费到达最小值后，最终使得年度平均费用增大，这样是不经济的。电网作为企业是变电站的所有者，所以经济寿命来衡量变电站的建设是最合适的，所以变电站的实际寿命一般即是经济寿命，在通用计算模型中也应用该寿命。技术寿命是指在随着科学飞跃、技术突破，产出新产品更具有经济性和适用性来代替旧有产品，使得其在使用寿命达到之前就进入废弃阶段的全过程时间。在变电站工程电气中，主要是指因为电网规划和技术变革而丧失使用价值提前进入废弃阶段。只适用极少部分特殊情况下的变电站，大部分常规变电站规划合理，技术成熟，适应性强，可后续匹配升级。折旧寿命是指按规定的折旧率，这完全取决于规定的标准，是企业内的亦或是行业间的，最终将变电站积累损耗总和进行折旧处理所需要占用的全过程时间。在变电站中，电网企业主要通过综合变电站工程的经济性、安全性和使用寿命来量化得到，所以可以基本等效为经济寿命理论值。国家电网按设计年限40年为标准[18]。2.2全寿命周期成本全寿命周期成本（LifeCycleCosts）是指在整个周期时长中，整个工程所需费用，其总和主要包含决策阶段、设计阶段、建设阶段、操作阶段和废弃阶段五个阶段。它包含整个工程的设备或项目消耗的一切资源量进行累加之后汇总成货币值得出的数值，其在经济性，安全性和质量性方面参考意义重大[20]。对全寿命周期成本最直接的定义可以阐述为：一项工程的全寿命周期成本是经历整个过程即从工程设想和建设伊始到运营直至废弃整个寿命周期上消耗在工程上的全部资金[21]。变电站工程电气全寿命周期成本内容主要包含五个方面1.决策阶段成本：变电站工程决策阶段成本主要指涵盖最初策划、目的性研究、可行性研究等初期内容所需成本，论证变电站工程建设的必要性、科学性和适时性，其成本费用占全费用比例不大，但将会对变电站工程的最终效益产生至关重要的影响。2.设计阶段成本：变电站工程设计阶段成本包含方案设计所需要的一切成本，包扩工程施工、竣工设计；电气一次设备、二次设备的制造方案与选择；通信设备及其他。所有方案的功能、造价都需要考虑严密，保证可靠和经济。建设阶段成本：变电站工程建设阶段成本包括变电工程建设的运输成本材料费用以及电气设备的购买、装置费用，还有建设期间的人工工资及各种税费等。该阶段投入大、周期长、涵盖面广，建设质量对后期操作阶段成本和废弃阶段成本影响巨大。运维阶段成本：变电站工程运维阶段成本包括建设工期终止变电站正式投产之后维持正常工作所需包运行成本、维护成本、故障成本等。必须对设备进行系统的运维和严格的寿命保证措施，该阶段持续时间长，费用占比大，受前面几个阶段影响大。5.废弃阶段成本:变电站工程废弃阶段成本主要指变电工程进入废弃阶段的毁坏重置和再利用的费用。这个阶段取决于前几个阶段，如决策设计阶段设定的报废标准判定寿命周期是不是进入废弃阶段；如设计阶段选择的设备方案所应用的材料是否具有废弃后回收再用价值；如建设阶段工程材料废弃后的回收成本等。从财务范畴和工程范畴上以工程全寿命周期每个阶段费用的角度来进行合理设计和归算，即是全寿命周期成本的核心，目标是为了集约化管理变电站工程，做到变电站工程全寿命周期成本最优化[22]。全寿命周期是站在全局角度，集成优化，其最终目的是使得整个电网经济效益达到最大，根据这个原则，来考虑每个部件每一个阶段的成本，因而对于细节的有序考量尤为重要。关于研究整个问题，全寿命周期成本技术考虑了故障停电成本处置废弃成本等影响，是在安全性前提下总成本最优化，因此会引起关于系统的安全性体系和故障影响的研究[23]。2.3全寿命周期管理全寿命期管理（LifeCycleManagement）则是指对全寿命周期成本的预测与检控，并加以优化使之最小化的一个计划方案。对于新建变电站，运用全寿命周期管理方法可增加其综合效益，使新建的变电站的全寿命周期成本融入系统，在高安全性下得到低费用低投资的结果，并因此得到最大经济效应。其重要在于三个特点即是全过程，全系统，全费用。全寿命周期管理理念使得生产人员与管理人员从财务范畴和工程范畴都对电气运维安全性经济性有了全面直观了解，这作为一种新时代管理要求下理念的升级[24]。当下，电力行业大都使用全过程成本管理（WPM）系统。二者区别主要体现在管理类别上，如下图2.3所示，WPM系统主要关注前期投资成本，而LCM系统则将整个后期成本也纳入整个成本体系中，因电力行业的设备和项目运行周期长，运营成本高，因此，LCM体系更具科学性，严谨性，且更能实现全局最优。LCM管理分类WPM管理分类决策阶段设计阶段建设阶段运维阶段废弃阶段图2.3管理系统全寿命周期管理为了保证工程成本模型最优，并获取方案最适合选择，一般通过量化每个成本的各项构成要素，并且要求所有工程具有首位属性的成本构成需在计划内[25]。全寿命周期成本为了使工程的起始、期间、废弃所有成本最优化通过使用数据化技术甄别并量化整个周期所有阶段的成本要素[26]。考虑到全寿命周期成本包含运维人员的管理费用以及安全技术培训成本，使得一线工作人员明确了工作的整体目标，树立了科学安全生产意[27]。2.4变电站工程电气全寿命周期成本的分解与汇集变电工程运行周期较长，在考虑其经济性时，必须把它放在全过程分析，必然涉及资金的时间价值[28]，为此我们需要详尽的数据以对其进行全面分析便于集约化综合管理。然而变电站建设是一个消耗费用较大、并且结构复杂的过程，为了研究整个系统的数据，必须建全其全寿命周期成本数据库。在此基础上了解各个工程要素，建模构造其全寿命周期成本经典模型，对此进行变电站工程构成物分解[29]。变电站工程含有大量构成物，很难直接对每一个都进行研究分析，只能选定特别具有代表性且费用占比远远多数的进行全寿命周期成本分析[30]，先选定特定主要构成物如图2.4。变电站工程电气全寿命周期分为五个阶段，每个阶段的特点不一样，一般在设计阶段进行数据收集归拢过程并进行全寿命周期成本分析时，鉴于此时工程尚未动工，采集各个阶段成本数据主要依靠当期相关单位制订的最新造价标准，并结合土地费用、运输费用、人工成本等数据进行综合考量。但这样涵盖并不全面，尤其是运维阶段成本，相对而言很难量化，这样会使得分析失实。因为运维阶段难以做到全时间连续的统计，且在拨付款项时按工程规模，而没有做预算清单。也就无法提供详尽正确的数据，仅能通过现阶段的运维取费标准来大致获取，这是有文件的部分，另外部分不在文件上的则需通过经验进行预估。变压器隔离开关断路器AIS电流互感器电压互感器无功补偿器变电站工程电气一次设备电气二次设备通信设备土建继电保护直流控制系统主控楼构支架图2.4变电站工程构成物分解2.5数学模型给出模型[31]：LCC=IC+OC+MC+FC+DC=（D1C+D2C+BC)+TC+DC在这个公式中，前者为通用公式，后者为分阶段公式。其中式中LCC——全寿命周期成本(LifeCycleCost)，简称LCC；IC(investmentcost)为初始投资成本，包括D1C（decisioncost）决策成本、D2C（designcost）设计成本与BC（buildingcost）建设成本：设备采购和安装、调试费用等；OC(operationcost)是运行成本,包括能耗费和人工费用；MC(maintenancecost)为维护成本包括维修费用和养护费用；FC(failurecost)故障成本主要包括停电损失费用；有时用三者合称总运维成本可用TC（totaloperationcost）=OC+MC+FC来表示；DC(discardcost)为废弃处置成本包括退役处置和回收费用。选择初始投资成本最低的方案并不是最合理的，需综合全寿命周期成本，决策阶段和设计阶段虽然是整个变电站工程有指引方向的作用，但是的成本占比不大，而后期的运行成本、维护成本和故障成本确往往占主要成本支出。正确地考量全过程、全系统、全周期，应该使用净现值来计算变电站全寿命周期成本，并优化得到一个最小值。不妨引入为复利现值系数和和复利终值系数，其中p为现值，s为终值，i为复利系数给定固定折算系数，n为经济寿命，m为决策实行到投产年限，从而推出通用模型：其中为初始投资成本，为变电站投产后第j年的运维成本，为废弃处置成本。考虑了财务管理中资金的时间价值，将此方法给定折算系数之后，可以把所有成本统一归算到变电站投产第一年，可以对此以一个统一的评价判断标准，直接客观反映方案的经济性，并能衡量整个寿命周期下的投资风险，是最可靠的方式。3.全寿命周期理论在220kv变电站设计中的应用3.1概述变电站是电网的心脏部分，其建设对于整个电网的运行起着决定性作用，220kv变电站工程项目的各个专业根据资产全寿命周期设计目标，追求建设标准化，施工可行性，以及资源利用率最高，从而实现全局最优化。同时应遵守现行法律法规，在整个变电站系统规划，设计，设备采购，安装，调试，维护，检修，和废弃处置各个期间，按照国家电网相关规程规定，在应用全生命周期成本管理的基础上，实现其成本最低，操作可行，使其基本功能和核心功能达到最优，对故障突发反应迅速，处理及时。3.2总体规划首先要进行项目评估，考虑投产后地区负荷水平，通过电网规划，分区电力平衡结果，综合判断建设该220kv变电站必要性，合理分配资源的经济性，其对提高电网可靠程度的作用，运用全生命周期管理体系，优化配点设计，在确保其功能正常安全运行的基础上，使成本值达到最小，考虑全寿命周期成本最优化选择，以防止造成建成速度过快投产效益不高的局面。评估确定接入系统方案时，考量环保因素，做到科学利用土地，降低能耗。并且需要进行短路、潮流等计算分析，核定其在电网结构的合理性。既要满足供电可靠性灵活性与经济性的要求，又要满足该变电站扩展性需求，以减少停电损失，建立合适的近期终期接入系统规划。对于变电站中的主接线、一次电气设备、二次电气设备、通信设备以及土建都需要有足够详尽考量。如变电站出线方向、间隔排列和总平面布置合理以减少扩建过程中间隔位置的调整和出线线路的交跨；断路器、隔离开关等需要有足够通路、开路和短路电流容量；变压器的型式、中性点接地方式甚至变压器第三绕组电压等级和容量都需通过电气计算校定。同时规划时应进行各种故障下的短路计算，当稳定水平降低时，继电保护能合理动作，能正确应对各种突发情况，保证安全情况下进行生产运维。3.3八大原则就可靠性与安全性、可维护性、可施工性、可扩展性、节约环保性、可回收性、防灾与突发事件处理以及资产全寿命周期成本的最优化[18]八个方面结合220kv变电站工程电气进应用进行全方面讨论研究。主要应用研究关注：220kv变电站选择，总平面布置，主接线，电气设备，站体建筑设计，暖通，排水，消防设施几个方面[32]。1.可靠性与安全性:选定地质条件良好并且线路走廊开阔的地方作为站址并合理规划站体总体布置和地下设施以减少事故几率。电气一次、二次设备和接线，保证能在生命周期安全可靠，即使出现问题，能够迅速停止并方便检修维护。电气设备安装之后要进行调试，并对全系统设定足够二次系统继电保护装置并进行检测避免误动作或者误拒绝动作，科学规划配电装置类型。2.可维护性:即是指电气一次、二次设备和接线可以在正常运行时间与在事故期间能不对整个变电站持续供电造成破坏。为了方便维护，应当选用合理配电装置便于带电操作，科学规划道路设置保证交通便捷，优化主控楼设计便于巡视整个变电站。同时全面提高自动化数字化水平，使站内站间通信紧密。3.可施工性：变电站建设过程采用通用建设标准，拟定采购详单，综合材料性质和技术参数并根据采购难易，运输成本科学选备施工材料。因地制宜组织施工，综合站址环境，全面规划站体设计，在排水、暖通、消防等设施方面细化设计图纸，以易于施工。可适时适当运用前沿技术、尖端工艺进行优化。4.可扩展性:满足终期规模需求，方便变电站进行升级扩建即站址选择合理留有余地并对其有一定管理。电气主接线尤其需要满足从初期阶段过渡到终期阶段的要求，在期间尽量要不妨碍持续供电，总平面布置时尽量避免架空线路的交叉。5.节约环保性:站址选址规范选择污染低经济效益低的地段，减少防污投资。在变电站站体建设时，结合可施工性采用对环境有利的低污染低噪音的方式，减少对环境负担和对周围住户的影响。优化总平面布置和变电站站体设计，减少特殊接地对环保的破坏，提高房屋利用率，合并功能重复房间，主控室尽量处于核心以减少建筑土方，电缆投入等。给排水和消防设施按照标准，污水经过处理排放，不污染当地水质，灭火泡沫应选用无毒性安全，不危害人身健康。6.可回收性：包含经济性和环保性两重内涵，主要是包括变电站中站体建筑部分，电气设备部分进入废弃阶段回收再利用，同时考虑土地使用到再利用的效益，当其进入废弃时方便回收重置处理。选址尽量选择靠近负荷中心以降低线损且工程寿命完结之后土地方便转手，建筑设计尽量方面科学环保简单便于处理。7.防灾与突发事件处理：做好防范意外情况的保障和应对突发情况能有效处理。变电站站址选择应当地质良好，总体布置应当交通便捷，发生大型灾害能够躲避。站体建筑内设计，交通疏散安全通道布置明确清晰，从各个岗位都能迅速撤离，站内消防设施布置合理尽量不设置屋外系统。同时完善电气二次系统，如继电保护能可靠迅速动作。8.资产全寿命周期成本的最优化：即是将运用全寿命周期理论应用在变电站工程电气资产管理中，结合安全性和可靠性、可维护性、可施工性、可扩展性、节约环保性、可回收性、防灾与突发事件处理，做到资产最优化。八大原则互相联系，统一协调，只有充分运用全寿命周期理论才能在众多方案选出经济性最高最合理的方案。4.220kv变电站工程应用电缆沟截面研究4.1工程概况当前，随着国家电网推出《智能变电站技术导则》，国家电网公司正大力推广智能化变电站，越来越多的变电站趋向智能化。智能化变电站实行全景监控，自动数字运维控制与站外主机联机互动功能外，还能提高电网安全性，优化资源配置。电缆负担全站的信息通信任务，因此对于智能变电站的电缆型号，参数的选择尤为重要，显然站内若采用传统电缆铺设方式，存在诸多弊端，造成极大浪费，此举不符合全寿命建设理念。本章从电缆沟出发，结合220kv变电站建造过程，进行优化。该220kv变电站含有三个电压等级，分别为220kv、110kv、10kv其概况如表4.1：表4.1变电站近期和终期概况主变压器220kv出线110kv出线10kv出线电容最终规模3台180mva主变压器6回10回24回4×8Mvar本次规模1（2）台180mva主变压器4回4回8回4×8Mvar4.2总平面及主接线方案主要参考《国家电网公司标准化建设成果((通用设计、通用设备)应用目录（2014版）》[33]。4.2.1GIS方案1.基本模块编号：220-A1-1-ZB&10（主变压器及10kV配电装置）2.主接线：220kV电气接线方式，本期：双母线接线；远期：双母线接线。110KV，本期：双母线接线；远期：双母线接线。10KV，本期：单母线接线；远期：单母线三分段。3.接线总布置及配电装置：总体布置拟将220kv和110kv同主变场地相平行安置；220kV：采用户外GIS，双回出线用同一跨构架，皆用全架空出线。其单回出线间隔宽度12m；110kV：采用户外GIS，全架空出线，双回出线用进行架线同一跨构架。其单回出线间隔宽度7.5m；10kV：户内采用开关柜双列安置，每台主变在10kV侧需配置4组8Mvar并联电容器，电容器采用户外框架式成套设备。4.围墙内占地面积（hm2）与总建筑面积（m2）比例为0.8475/840.02。4.2.2AIS方案1.基本模块编号：220-C-3-ZB&10（主变压器及10kV配电装置）2.主接线：220kV电气接线方式，本期：双母线接线；远期：双母线接线。110KV，本期：双母线接线；远期：双母线接线。10KV，本期：单母线接线；远期：单母线三分段接线。3.总布置及配电装置：总体布置将220kv和110kV同主变场地相平行安置；220kV：采用户外悬吊管母线中型、瓷柱式断路器单列布置，皆用全架空出线；110kV：采用户外支持管母线中型、瓷柱式断路器单列布置，皆用全架空出线；10kV：户内开关柜单列布置户内开关柜单列布置。每台主变在10kV需侧配置4组8Mvar并联电容器，电容器采用户外框架式成套设备。4.围墙内占地面积（hm2）与总建筑面积（m2）比例为1.98/770。4.3电缆统计4.3.1220kv变电站常用电缆及光缆规格表4.2电力电缆及控制电缆规格及外径电缆型号外径（单位mm）电缆型号外径（单位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光缆规格及外径光缆型号外径（单位mm）24芯光缆106芯光缆104芯光缆10220kv智能变电站电缆沟是有必要进行优化，首先由于其二次设备通过用光缆代替控制电缆的方式，极大减少了整个二次设备所配备电缆的通道截面。其次改由厂家提供GIS设备中的电缆，铺设电缆也不在需要经过电缆沟，这又大大降低了变电站电缆数量。因此提高电缆通道截面利用率，合理配置电缆，以降低工程造价将易于实现。对于AIS设备，间隔内电缆也不会通过主沟，间隔内电缆的敷设方向和主沟垂直，可考虑通过埋管方式敷设到各个设备，故同样只有电缆和光缆在至主控楼间隔时将会占用电缆沟面。电缆沟的截面满足最大缆流量是的电缆数值，因此统计最大缆流量很有必要，下表为各个区域电缆最密集处的电缆数量汇总。4.3.2220kv配电装置表4.4220kv配电装置电缆统计间隔名称数量型号出线间隔（单间隔）光缆224芯电缆0主变进线间隔（单间隔）光缆224芯电缆2KVVP2/22-4×1.5至主变体母联间隔（单间隔）光缆224芯电缆1KVVP2/22-4×1.5至TV并列柜母线设备间隔（单间隔）光缆124芯电缆1KVVP2/22-7×4至TV并列柜通信光缆光缆124芯检修箱电源电缆2VV22-3×70+1×35操作电源电缆2VV22-3×16+1×10加热电源电缆2VV22-3×16+1×10直流电源电缆每个间隔2根ZR-KVVP2/22-2×4通信电话线电话线2HBV统计最密集处：于主控制室出口，其规格和数量如下：表4.5220kv主控口出口电缆规格及数量电缆或光缆型号数量（根）外径（MM）24芯光缆231012芯光缆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配电装置表4.6110kv配电装置电缆统计间隔名称数量型号出线间隔（单间隔）光缆124芯电缆1KVVP2/22-7×1.5至母线间隔主变进线间隔（单间隔）光缆224芯电缆2KVVP2/22-4×1.5至主变体母联间隔（单间隔）光缆124芯电缆1KVVP2/22-4×1.5至TV并列柜1KVVP2/22-4×1.5至母线间隔母线设备间隔（单间隔）光缆112芯电缆1KVVP2/22-7×1.5至母线设备间隔互联1KVVP2/22-7×4至TV并列柜通信光缆光缆124芯检修箱电源电缆2VV22-3×70+1×35操作电源电缆2VV22-3×16+1×10加热电源电缆2VV22-3×16+1×10直流电源电缆每个间隔1根ZR-KVVP2/22-2×4通信电话线电话线2HBV统计最密集处：与主控制室出口，其规格和数量如下表：表4.7110kv主控口出口电缆规格及数量电缆或光缆型号数量（根）外径（MM）24芯光缆221012芯光缆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主变压器配电装置表4.8主变压器配电装置电缆统计间隔名称数量型号至主控楼及配电装置光缆212芯电缆8KVVP2/22-4×1.5至母线间隔2KVVP2/22-14×1.5直流电源电缆1ZR-KVVP2/22-2×4交流电源电缆2VV22-3×4检修电源电缆1VV22-3×4+1×2.5排油充氮电源电缆1VV22-3×240+1×120统计最密集处：在主变出口处，其规格和数量如下：表4.9主变压器主出口电缆规格及数量电缆或光缆型号数量（根）外径（mm）12芯光缆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配电装置表4.1010kv配电装置电缆统计间隔名称数量型号公用测控柜电缆1KVVP2/22-4×1.5至主控制室1KVVP2/22-7×1.5至每个开关柜2ZR-KVVP2/22-2×4直流电源网络柜光缆24芯尾缆至各屏柜主变进线间隔（单间隔）光缆224芯24芯至分段开关柜电缆2KVVP2/22-4×1.5（220kv至主变本体路经10kv室）2KVVP2/22-4×1.5（110kv至主变本体路经10kv室）3ZR-KVVP2/22-2×4直流电源母线设备间隔（单间隔）电缆3KVVP2/22-4×4至分隔间断分段隔离柜（单间隔）电缆1KVVP2/22-7×1.5至分段柜1至公用测控柜1KVVP2/22-7×4至分段柜2至公用测控柜1KVVP2/22-4×1.5至分段柜1ZR-KVVP2/22-2×4直流电影站用变间隔（单间隔）电缆1KVVP2/22-4×4至本体零序CT1ZR-KVVP2/22-2×4直流电源电容器间隔电缆3KVVP2/22-4×4至电容器本体2KVVP2/22-4×1.5检修箱电源电缆1VV22-3×70+1×35操作及加热电源电缆3VV22-3×16+1×10配电箱电缆2VV22-3×6+1×4时钟电缆1DJVVP2-2×2×1计量电缆2KVVP2/22-4×1.5通信电话线电话线2HBV考虑到10kv进出线回路数较多，且电缆流量与屏柜布置有关，智能化程度较低，控制电缆或光缆用量较少，所以该区电缆数量较多。出口处10kv配电最大电缆流量按给定一定比例折算，电缆按0.8统一归算，光缆则按0.6统一归算。表4.1110kv主出口电缆规格及数量电缆或光缆型号数量（根）外径（mm)24芯光缆6104芯光缆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站间隔AIS站间隔没有光缆，均为电缆，且与电缆均由智能控制柜分至各个设备，智能控制柜一般与断路器配套，布置在断路器旁的电缆沟边上，这个位置处于间隔中部，母线隔离开关及断路器的电缆往一个方向，即出现隔离开关、PT、互感器等的电缆往另一个方向。各个间隔按方向电缆统计如下：表4.12220kv配电装置支沟电缆数量往主变方向数量往出线方向数量出现、主变进行间隔控制电缆2116动力电缆86母联间隔控制电缆253动力电缆100母线设备间隔控制电缆150动力电缆60表4.13110kv配电装置支沟电缆数量往主变方向数量往出线方向数量出现、主变进行间隔控制电缆1412动力电缆86母联间隔控制电缆163动力电缆100母线设备间隔控制电缆150动力电缆60由于整体电缆数量较少，可以考虑电缆沟埋管敷设。4.4电缆沟截面的优化根据220kv、110kv、10kv配电装置以及主变压器电缆、光缆统计，可以得到终期规模的最大缆流量如下：表4.14最大缆流量统计控制电缆量动力电缆量光缆量备注220kv配电装置53626主控楼出口处110kv配电装置42624主控楼出口处10kv配电装置122465电缆量按总电缆量80%光缆量按总光缆量60%主变压器33106主控楼出口处根据光缆/电缆界面和数量，尽可能地缩减通道截面，可使通道的施工及电缆的铺设更为简单，节省施工材料，减少成本。取值计算时不妨令光缆外径取10mm，控制电缆外径取20mm，动力电缆外径取25mm（特殊VV22-3×240+1×120外径取60mm,VV22-3×70+1×35外径取40mm）准备改造电缆沟成0.6m0.4m作为总体布置220kv和110kv配电。改造时在距离底部电缆沟0.1m处通过预埋圆钢用作底部支架，可方便配电装置不设专门支架。在沟道内布置电缆和光缆时可以利用pvc槽盒布置。分别安放在盒内和盒外，分别远期可布置2层和3层，其中盒外应当应留足约0.45m长度，如图4.1。而既可以单独考虑变电站整体规划改造电缆沟成0.6m0.4m作为总体布置主变压器配电，也可以共用10kV配电装置室所在电缆沟。由于主变配电最大电缆不多，单独改造布置时沟道内可选用小型pvc槽盒，远期2层，如图4.2。图4.1110k及220kv配电装置电缆沟截面图4.2主变电缆沟截面不需要对10kv配电装置电缆沟进行改造优化，因为其电缆与光缆数量较多，采用小沟叠放层级过多会极其拥挤，因此保持原有1m×1m的电缆沟不变，采用角钢支架，双侧布置，每侧6层，层间130mm。根据GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》[34]的要求，沟内净值500mm，则两侧支架长度各250mm，除去安装固定所要求的尺寸，可用尺寸约为200mm。在考虑主变电电缆与10kv室电缆共沟布置的前提下，设置1个200×100PVC槽盒用于光缆的布置，终期布置3层。动力电缆布置在单层单侧支架上，终期布置2层。其他用于合理安放控制电缆，要求每层支架远期布置2层。若主变电缆与10kv室内电缆不共用沟道布置，则电缆沟更能满足容量要求。如图4.3按照以上布置方式，优化后的电缆沟完全满足电缆敷设的要求。图4.3包含主变电缆和光缆的10kv配电装置电缆沟截面4.5电缆沟过水及排水问题根据以往工程经验，过水板需要约150mm高度的空间。根据以上电缆的统计，电缆敷设高度可控制在100mm以内，上层可留出200mm的空间以满足过水板布置的要求，下层流出100mm空间用于电缆沟的排水。4.6电缆沟交叉问题在控制电缆和10kv电缆沟交叉的地方不设过水板，可适当抬高圆钢布置高度以错开10kv电缆敷设。10kv电缆沟内最低层支架距离沟底50mm，按层间220mm布置4层（电缆直径约85mm，层间距按减去支架厚度后内层电缆能跨越外层电缆取出校核），最上层支架底距离盖板高度290mm，减去电缆直径及支架厚度后与沟盖板间留有净空155mm，在交叉处将圆钢埋在距沟顶150mm处，电缆可与10kv电缆错开，并于顶板之间留有大于5cm的空间，不会影响电缆的敷设和运行。如图4.4。图4.4控制电缆沟与10kv电缆沟交叉断面4.7两方案的技术比较从七大方面进行比较：1.安全可靠性：常规电缆沟和优化后电缆沟都具有相同安全可靠性2.易施工性：常规电缆沟开挖量大，并且需要安装支架，在敷设电缆时必须操作人员进入沟内，因此需要加支架护套防止划伤操作人员，而优化后电缆沟没有这些缺点，更易施工。3.易维护性:常规电缆沟和优化后电缆沟做好防腐处理之后都不需要维护。4.可扩展性：常规电缆沟和优化后电缆沟都能做到终期规模建设后满足其后期扩展需求。5.节约环保性:常规电缆沟开挖量大需要安装支架和支架防护套，设双边支架，电缆沟两侧均需设接地扁钢，电缆沟截面大，故需要更多防火材料，而优化后电缆沟则因为开挖量小，无需安装支架和支架防护套，圆钢贯穿沟内，只需设一侧接地扁钢，截面小故防火材料也少，所以优化后的电缆更环保。6.可回收性:常规电缆沟废弃后电缆支架具有一定残值，优化后电缆沟圆钢具有一定残值。7.防灾与突发事件处理：常规电缆沟和优化后电缆沟都可通过防火封堵等措施具备应对火灾等突发事件的能力。综合分析比较，优化后的电缆沟满足允许温升，电压损失，机械强度等要求，保证电网运行安全性和可靠性外，还具有易施工，易维护，有安全经济，降低能耗，降低运行费用的效果。总的来说，优化后的电缆沟更有优势。4.8两方案的全寿命周期成本比较工程规模和本期规模不同，变电站电缆沟实际长度也会有多变化，以1米为标准，对两种不同方案的电缆沟基于LCC进行比较。根据本论文4节中变电工程全寿期成本的组成，以通用标准全寿命即40年为标准，按折现率7%来计算电缆沟全寿命周期成本：1.IC一初期投资成本:工程设计成本，电气设备费装置调试，材料成本及运输费等。常规电缆1.0×1.0电缆沟初始投资约为0.8万元，而优化后0.6×0.4电缆沟约为0.37万元。2.TC一运维阶段成本:包括对防火墙，防火泥和防火材料更换费用及支架防腐费用。常规电缆1.0×1.0电缆沟防火材料约为0.39万元，优化后0.6×0.4电缆沟防火材料约为0.13万元。都以十年更换一次计算，防腐费用忽略。3.DC一废弃处置成本:包括改建和残值再利用费用之和。常规电缆1.0×1.0改建成本约为0.24万元，钢筋再利用暂按0.2万元/t，则残值再利用约为0.036万元，合计成本0.204万元。优化后0.6×0.4电缆沟改建成本约为0.11万元，则残值再利用约为0.021，合计