智能變電站與常規(guī)變電站技術(shù)與經(jīng)濟(jì)對比分析

近年來，能源安全和全球氣候變化問題對人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源和建設(shè)智能電網(wǎng)已成為各國解決上述問題的首選方案。而智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的核心平臺之一。隨著我國在智能變電站核心技術(shù)研發(fā)、關(guān)鍵設(shè)備研制等領(lǐng)域取得了重大突破，智能變電站的大規(guī)模建設(shè)正在加速進(jìn)行。本文將按照全壽命周期費用分析法，對智能變電站與常規(guī)變電站進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，為合理布局智能變電站建設(shè)和建設(shè)時序提供決策支撐，以期為實現(xiàn)智能變電站的最佳投資效益、推動智能電網(wǎng)的發(fā)展提供參考。

1. 智能變電站與常規(guī)變電站相比其投資變化情況

根據(jù)目前已建成的750 kV延安變、220 kV西涇變等8座智能變電站工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計，與同等規(guī)模和同等建設(shè)水平的常規(guī)變電站相比，智能變電站投資增加5.9%~10.1%，其中：建筑工程費較常規(guī)變電站減少l.2%~6.2%，安裝工程費較常規(guī)變電站減少2.3%~8.8%，設(shè)備購置費較常規(guī)變電站增加9.0%~18.9%，其他費用較常規(guī)變電站增加0.7%~14.2%。

與常規(guī)變電站相比，智能變電站增加了電子式互感器、一次設(shè)備在線監(jiān)測裝置、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機以及相關(guān)一體化平臺高級應(yīng)用軟什等，減少了保護(hù)及故障信息子站，此外，小電流選檢接地裝置、備自投裝置等及采用光纖進(jìn)行信號傳輸后控制電纜和電纜溝等工程量相應(yīng)減少，其中二次電纜長度平均每站比常規(guī)變電站減少約30 km.減少比例為60%~ 80%。

2. 智能變電站與常規(guī)變電站相比主要技術(shù)方案變化情況

智能變電站與常規(guī)變電站相比，其技術(shù)方案主要有以下幾方面變化。

(1)一次設(shè)備。智能變電站基本采用常規(guī)一次設(shè)備附加二次設(shè)備廠家的智能終端的模式，較常規(guī)變電站增加了智能終端裝置。

(2)互感器配置。智能變電站采用電子式互感器、取消主變壓器本體高、中壓側(cè)套管電流互感器。其中，羅氏線圈和純光纖電子互感器的比例基本上各占一半，電子式電壓互感器多數(shù)采用電容分壓型，部分AIS變電站電子式互感器采用與斷路器或隔離開關(guān)組合安裝的方式。互感器配置方面，較常規(guī)變電站增加了合并單元。

(3)一次設(shè)備在線監(jiān)測。智能變電站按設(shè)計規(guī)范中對監(jiān)測內(nèi)容的要求配置了在線監(jiān)測系統(tǒng)，站內(nèi)配置了獨立的狀態(tài)監(jiān)測后臺系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)測IED按監(jiān)測內(nèi)容配置。

(4)高級應(yīng)用功能由監(jiān)控系統(tǒng)一體化后臺統(tǒng)一考慮，分階段實施。現(xiàn)階段大多實現(xiàn)了順序控制、智能告警和故障信息綜合分析決策功能。備自投功能、小電流選線功能等由站內(nèi)一體化平臺實現(xiàn)，部分變電站保護(hù)及故障信息管理子站、低頻電壓減載功能由站內(nèi)一體化平臺實現(xiàn)，不再設(shè)置獨立的裝置。

(5)站內(nèi)采用交流、直流、通信電源一體化設(shè)計。

(6)變電站二次系統(tǒng)設(shè)備，統(tǒng)一組網(wǎng)，星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。220 kV及多數(shù)110 kV變電站保護(hù)采用直采直跳方式，光纜用量相對較大。少數(shù)110 kV變電站保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)跳閘方式。變電站自動化系統(tǒng)方面，較常規(guī)變電站增加了過程層交換機。

(7) 220 kV及以上均采用獨立的保護(hù)、測控裝置。

(8)IEC 61588對時方式目前還未在220 kV及以上高電壓等級變電站廣泛采用，問隔層、過程層設(shè)備仍采用IRIG-B對時方式。

(9) 智能輔助控制系統(tǒng)在一定程度上實現(xiàn)了視頻、安防、環(huán)境監(jiān)測等子系統(tǒng)的互通和聯(lián)動，提高了變電站自動化程度。

3. 智能變電站全壽命周期費用分析

以750 kV延安智能變電站為例進(jìn)行全壽命周期費用分析，750 kV延安智能變電站2009年4月開工建設(shè)，2011年2月投產(chǎn)。

750 kV延安智能變電站本期規(guī)模為l×2 100MVA主變壓器，遠(yuǎn)期規(guī)模為2×2 100 MVA主變壓器;750 kV變電站主接線采用一個半斷路器接線，本期出線2回，遠(yuǎn)景出線8回;330 kV變電站主接線采用一個半斷路器接線，本期出線4回，遠(yuǎn)景出線12回。

將750 kV延安智能變電站建成后的運行檢修數(shù)據(jù)與常規(guī)750 kV變電站的運行檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，預(yù)計750 kV延安智能變電站運行檢修等綜合費用較常規(guī)變電站可減少101.9萬元/年。其中智能變電站通過在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)降低一次設(shè)備故障率，減少設(shè)備維修次數(shù)和時間，可降低變電站維修成本4.l萬元/年，通過高級功能應(yīng)用，減少值班人員6人，可降低值守成本90.2萬元/年，采用LED綠色照明以及智能通風(fēng)系統(tǒng)，站用電量可減少15.8%，可降低站用電成本7.6萬元/年。

750 kV延安智能變電站工程靜態(tài)總投資為57004萬元，因智能化較常規(guī)變電站投資增加2081萬元。以變電站使用壽命25年計算，以2010年價格為基價，可算出750 kV延安智能變電站全壽命周期內(nèi)節(jié)約的費用現(xiàn)值為2547.5萬元，由于智能變電站較常規(guī)變電站初期投資增加208l萬元，因此，智能變電站全壽命周期費用折合現(xiàn)值減少466.5萬元，變電站因智能化節(jié)約的費用大于因智能化增加的投資，而且隨著智能化技術(shù)的成熟，智能化設(shè)備價格

將越來越低，智能變電站在經(jīng)濟(jì)性上具有一定競爭力。

4. 智能變電站造價變化趨勢分析

隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步、科研成果的成熟應(yīng)用、設(shè)計的不斷優(yōu)化、智能設(shè)備的不斷完善并大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用以及智能設(shè)備集中采購帶來的規(guī)模效應(yīng)，智能化變電站的投資將有所下降，預(yù)計智能化技術(shù)全面推廣應(yīng)用后，智能化變電站的投資將和常規(guī)變電站的投資基本持平。

4.1智能變電站方案的不斷優(yōu)化將有效降低工程投資

隨著變電站智能化技術(shù)的進(jìn)步、科研成果的成熟應(yīng)用、設(shè)計方案的不斷優(yōu)化，預(yù)計2013年智能化變電站的投資將比目前下降4%左右。

隨著變電站關(guān)鍵技術(shù)的日趨成熟和核心設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，變電站測量、控制、監(jiān)測、保護(hù)等功能將充分集成，變電站二次設(shè)備數(shù)量會逐漸減少，預(yù)計二次設(shè)備屏柜可減少50%~ 70%，相應(yīng)的減少二次設(shè)備間占地面積60~ 100m2。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及IEC 61588對時技術(shù)等的不斷發(fā)展及推廣采用，變電站通信平臺將實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，大量減少控制電纜和光纜用量，從而減少甚至取消電纜溝，二次電纜長度平均減少8~ 40 km，減少比例為原來的80%/~ 90%。根據(jù)變電站配電裝置型式的不同，電纜溝減少80%/~ 100%。

4.2智能設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)和集中招標(biāo)將有效降低工程投資

隨著智能變電站用的智能設(shè)備的制造技術(shù)、制造工藝不斷成熟和廣泛應(yīng)用，智能設(shè)備將實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，智能設(shè)備生產(chǎn)將從投入期進(jìn)入成熟期，產(chǎn)品的數(shù)量也隨之增加，前期設(shè)備研發(fā)費用將被大量設(shè)備分?jǐn)?，使設(shè)備單價大幅下降。以500 kV GIS設(shè)備為例，如圖l所示，2005-2010年，因為500 kV GIS設(shè)備從投入期進(jìn)入了成熟期，設(shè)備價格下降了36%。

隨著智能設(shè)備市場的進(jìn)一步擴大，智能設(shè)備的采購也可納入國家電網(wǎng)公司集中招標(biāo)系統(tǒng)。由于采購規(guī)模較大，勢必使得設(shè)備供應(yīng)商給出最優(yōu)惠的價格，這將使得電子式電流電壓互感器、電子式電流互感器、電子式電壓互感器、主變在線監(jiān)測裝置、斷路器在線監(jiān)測裝置等設(shè)備價格較目前有較大幅度的下降。

隨著變電站智能化技術(shù)的日趨成熟，施工、調(diào)試工作難度也將大幅度降低，工程投資將有一定幅度的下降。

智能變電站與常規(guī)變電站相比，實現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)可視化，通過智能告警、智能防誤等智能化高級應(yīng)用，減少了檢修停電和故障停電時間，主要設(shè)備的使用周期得以延長，同時占地面積有一定減少，技術(shù)優(yōu)勢明顯。今后隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步、智能設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用以及智能設(shè)備集中采購帶來的規(guī)模效應(yīng)，智能變電站的投資將不斷下降，智能變電站的投資將和常規(guī)變電站的投資基本持平，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和推廣前景。

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