重慶220千伏大石變電站單艙雙列圖。（許繼集團提供） 

1月10日，我們走進位于許繼集團高科技電氣城的預制艙式組合二次設備的生産調試現場，隻見2座頂部顔色為國網綠的“艙體”矗立在機器轟鳴、人員往來的車間。
預制艙式組合二次設備原理
“這是咱們許繼将為浙江禹越變電站提供的預制艙式組合二次設備。”走近艙體，一旁的許繼集團保護自動化系統專家胡建斌向我們介紹。
胡建斌口中的“預制艙式組合二次設備”是國家電網公司在新一代智能變電站建設中取得的一項重大探索成果，它能在工廠内完成一個艙内所有二次設備屏的安裝、調試等工作，整體運輸至工程現場，就近布置于一次設備附近，完成與一次設備的連接和調試。
從外形看，艙體約長12米、高3米、寬2.5米，為鋼結構箱房，艙頂是坡面結構，艙頂與艙體主體框架用焊接連接或螺接。進入艙内，隻見靠着艙壁的一側，一根根電纜已被整整齊齊地敷好，艙體中間位置沿線上，布列着10多面二次設備屏櫃，2名技術工人正在緊張地給屏櫃配線。
“預制艙式組合二次設備把原來很多需要在變電站現場幹的活前移到工廠車間了，像敷設電纜、接線、系統調試等。”該項目負責人黃榮輝介紹說。
據了解，重慶220千伏大石新一代變電站示範工程與常規220千伏智能變電站相比，大石站圍牆内占地面積減少12280平方米，比通用設計減少42.6%，建築面積減少64.3%。這不僅是新一代智能變電站在技術方案、關鍵設備研制等方面的創新，也是預制艙式組合二次設備應用帶來的變革成果。
預制艙式組合二次設備的出現，是為了更好地滿足堅強智能電網的建設。“三集五大”體系建設的快速推進，對智能變電站的管理理念和建設模式提出了更高要求。而現有變電站建設不能很好地滿足要求，因此需加快設計技術和裝備技術的創新，進一步降低全壽命周期投資成本，縮短建設周期，提高工程建設質量。
多項技術保障設備先進适用
2012年初，國網科技部（智能電網部）會同國網基建部組織相關部門和廠家對預制艙式組合二次設備進行了頂層設計，按照“标準化設計、工業化生産、集約化施工”的指導原則，要求預制艙式組合二次設備實現從以往現場“制造施工”到“裝配施工”的轉變。
頂層設計有了，但具體實施起來并不容易，艙體的大小尺寸多少合适，艙體結構包括哪些内容，二次設備屏櫃如何布列……這些問題都需要一一解決。
在國網公司科技部、基建部的大力支持下，許繼集團做了諸多實踐和探索，最終運用多項設計和技術手段，确保了設備先進性和适用性。
許繼集團新一代智能變電站工程技術負責人易永輝博士認為，預制艙式組合二次設備突出的特點是艙體結構高可靠、布置方式創新和接口标準化。
對于艙體結構，許繼資深箱體研制專家朱雲霄最有發言權，因為艙體就是由他帶領的10人團隊設計研發的。“我們在艙體尺寸上參考了集裝箱的标準，但又根據自身特性略做了調整。”朱雲霄說，現在的型号有3種，可以布列7～33面二次設備屏櫃，基本上能滿足不同數量的布列需求。
考慮到艙體在正常運行過程中受各種氣候條件影響，艙體在設計制造過程中達到了“五防”标準，即防雨、防潮、防雷、防腐、防靜電。
另外，艙體圍護結構也有講究，朱雲霄說，我們圍護用的是金邦闆，它不但綠色環保、輕質高強、隔音隔熱，還耐水防火、耐寒抗凍，使用年限與磚混結構建築物相當。
那在艙内設備運行環境是如何确保的呢？艙體研制團隊成員郭勝軍自信滿滿地說，“這個不用擔心，因為艙體整體防護等級按IP55進行設計，能保證艙體内設備運行環境及無塵化條件，滿足變電站運行調試人員現場作業要求。”郭勝軍介紹，艙内還安裝了工業一體機空調和溫濕度傳感器，可使艙内溫度控制在18～25攝氏度之間，相對濕度在45%～75%之間，同時預制艙内配置智能輔助系統，使運行人員能夠實時監視艙内的環境參數并進行控制調節。防塵、溫度、濕度、實時監測，一切盡在掌握之中。
目前艙内二次設備屏櫃有單列布置和雙列布置兩種安放形式。所謂單列布置，就是屏櫃采用沿艙體長度方向橫列布置，屏櫃前後均預留維護通道；而雙列布置則是屏櫃采用雙列靠牆布置，屏櫃内二次設備可采用二次設備前接線的方案，屏體在預制艙内側開門，設備接線、液晶顯示及按鍵操作都在預制艙的内側。
“相比較而言，雙列布置可充分利用預制艙内部空間，實現單艙體安裝設備數量的最大化。”胡建斌說。國網重慶市電力公司曾治安處長介紹說，“這種新的布置方式我們首次應用在了重慶220千伏大石新一代變電站示範工程當中，使得整站屏櫃減少了34面，核減29.3%。”
在接口标準化方面，新一代智能變電站工程通過采用“插接式”預制光纜取代傳統“熔接式”普通光纜，一次設備本體和智能控制櫃之間通過采用預制電纜取代傳統連接端子排的普通電纜，實現了電纜、光纜施工的“即插即用”。
社會和經濟效益凸顯
通過開展新一代智能變電站試點工程建設，業主單位通過對比很容易就發現了采用預制艙式組合二次設備帶來的經濟效益和社會效益。
預制艙式組合二次設備的屏櫃在工廠内規模生産、集成調試、模塊配送，整體運輸至現場。這種集成模式下廠家能以最優方式對設備進行組屏及安裝配線，使設計的協調和配合工作量相應減少，使設備的整體結構、布局和外觀達到一緻和最優，避免了常規站土建工程與電氣安裝交叉，有效縮短變電站建設工期，并帶來系列經濟效益。
以重慶220千伏大石新一代變電站示範工程建設為例，統計數據顯示，預制艙式組合二次設備的實現在變電站建築面積、屏櫃數量、勞動力投入、建設周期等方面帶來的經濟效益明顯。
預制艙式組合二次設備突出了智能變電站的技術集成和工業化設施的定位，體現了“以人為本、環境友好，安全可靠、簡潔适用，創新優化、節約資源”的理念，實現環保施工，提高施工效率；同時減少了施工對環境的影響和污水廢棄物的排放，減少了對周邊水土資源的污染。
目前，許繼集團預制艙式組合二次設備應用于6個變電站建設工程，其中福建漳州110千伏恒蒼變電站和重慶220千伏大石變已投運，安徽220千伏清竹變電站工程、四川甘孜稻城桑堆35千伏輸變電新建工程和四川西昌甯南跑馬35千伏變電站工程正在現場調試中，而運城臨猗姚村110千伏變電工程、浙江禹越110千伏輸變電工程也将在今年上半年投運。
作為一種創新模式，預制艙式組合二次設備既是推進新一代智能變電站建設的重要新生力量，也是實現電網建設工業化的重大探索成果，提高了工程整體建設質量和建設效率，為搶占國際變電技術制高點、引領世界變電技術裝備發展奠定了堅實基礎。 (李棟 孟文禮)
2014-1-23《國家電網報》8版