智能變電站與常規(guī)變電站技術(shù)與經(jīng)濟對比分析

近年來，能源安全和全球氣候變化問題對人類社會經(jīng)濟發(fā)展提出了嚴峻挑戰(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)變電站進行技術(shù)經(jīng)濟對比分析，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?，F(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、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)備分攤，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)濟性和推廣前景。

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