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内蒙古电网通用设计研究与应用

发布时间: 2021-01-13  字号:【  】  点击次数:1863次
 

完成单位:内蒙古电力集团经济技术研究有限责任公司


一、项目概况

(一)项目背景

电网设施作为现代基础性工业设施,为国家经济发展及人民生活水平的提升提供电力保障。近年来随着区域经济的快速发展,电网设施投资建设规模也随之大幅提升,同时对于电网供电可靠性及电能质量提出了更高要求。基于迫切的电力需求,建设坚强电网是内蒙古电网发展的必然要求。推进电网建设规范化、标准化是建设坚强电网的必然途径,为此推进电网工程标准化具有更深远的意义。其是内蒙古电网履行社会责任、构建社会主义和谐社会的重要体现。

基于此背景,自2014年开始,内蒙古电网逐步推进输变电工程标准化,其中内蒙古电网通用设计便是其中具有代表性的措施。推行输变电工程通用设计,可规范工程建设管理、提高工程建设水平、提高电网供电可靠性;并有利于统一建设标准、统一设备规范。随后,现场调研、资料收集等多项前期工作逐步展开,在此过程中诸多问题和差异被逐步发现,内蒙古电网不同区域间建设运维习惯存在的差异如何协调、内蒙古地区地理及气候条件在通用设计编制过程中如何考虑,不同条件下相应模块方案的应用原则如何确定等都制约着项目的推进,因此,如何立足于内蒙古电网实际,在充分考虑区域电网输变电工程建设标准、设计原则、设计深度基础上,推进电网工程建设标准化水平,是内蒙古电网急需解决问题。基于此背景,内蒙古电力经济技术研究院(以下简称“经研院”)作为内蒙古电网中的技术服务及智力支撑单位,受集团公司委托,承担内蒙古电网通用设计的具体编制工作。

(二)项目功能目标

1、编制基于内蒙古西部地区区域气候特点、建设运维习惯的涵盖内蒙古电网35kV、110kV、220kV、500kV等电压等级的电网输变电工程典型设计方案,并应具有区域通用性要求。

2、针对内蒙古地区地处严寒及寒冷区域的气候特点,开展变电站建筑节能研究,提高变电站建筑节能水平。

3、针对内蒙古地区高海拔、低风速的气象条件,开展输电线路铁塔塔型实验及方案设计。

4、结合当前电网技术前沿,在通用设计编制过程中融入并应用新技术、新材料、新设备,并结合具体方案特点,将通用设计深度向施工图深度延伸。

(三)项目需解决的难点

1、基于内蒙古电网实际的通用设计技术导则的编制与使用方案的确定

由于内蒙古电网的特点以及蒙西地区特殊的地理气候环境,区域内地方广袤,变电站及输电线路建设多为偏远,人烟稀少,且大部分区域处于严寒、高海拔、强风沙地区,使得电网工程的建设运维极为不便,也使得变电站及输电线路建设运维有了自身特殊的要求,针对此背景下,编制通用设计技术导则与使用方案具有较大难度要求,应使其具备较高的区域适应性及通用性,方案模块间如何拼接、子模块如何调整优化整合,均有较高要求。

2、针对内蒙古地区严寒及寒冷的气象特点,开展变电站建筑节能研究

内蒙古地区地处严寒及寒冷地区,结合国家当前能源政策,变电站建筑节能设计要求显得更加重要。对变电站建筑节能分析,在结合变电站建筑功能要求的基础上,确定变电站建筑能耗因素,基于能耗模拟分析软件进行能耗模拟分析,基于能耗模拟分析结果进行建筑节能控制策略研究与分析将是工作的难点与重点。

3、针对内蒙古地区高海拔、低风速的气象条件,开展相应塔型模块设计绘制

内蒙古地区气象条件多为高海拔、低风速,在国网《通用设计》的输电线路部分中亦没有针对该类气象条件的相应塔型。因此需要在无任何参考的基础上,进行针对内蒙古地区气象特点的塔型设计与绘制,并进行建模分析,这也将是该项目的难点及关键点。该部分项目内容的实现将有效避免在实际应用过程中经常出现塔型选用以大代小和线路档距偏小等问题,大幅提升输电线路工程的经济性。

4、针对部分铁塔进行结构图绘制,达到施工图深度。

为进一步推进内蒙古电网通用设计成果的应用程度,保证开展输电线路设计的安全性和经济性,减少通用设计应用过程中的因绘制塔图造成的重复作业,因此,本项目应通过充分调研分析现存差异,针对部分塔图的绘制,应延伸至施工图深度,此方法可有效提高设计人员设计水平及效率,提升输变电工程设计准确度。

(三)咨询工程师发挥的突出作用

经研院咨询工程师充分运用自身专业知识,在项目参与过程中,坚持以项目全寿命周期理念为指导,使得项目方案的确定充分考虑了设计、建设、运维全过程可能会出现各类因素,对该项目进行综合分析、项目规划、项目评价及项目管理。

在项目开始的前期,运用文献查找、现场调研等多种方法完成了资料收集工作;以此为基础开展相应技术导则的编制,在该部分工作中,充分利用经研院技术人才多的特点运用德尔菲法确定了各类技术原则;针对内蒙古电网输变电工程设计与建设现状,运用层次分析法确定了符合内蒙古地区情况条件的设计方案,并结合价值工程方法进行分析。在项目方案编制、审查、滚动修订和完善的工作中,能合理运用双代号网络图集横道图的方法对整个项目的环节、进度进行合理的把控及安排,为项目的高质量提供了有力的技术支持。

(四)重要成果

1、成品

《内蒙古电力(集团)有限责任公司输变电工程通用设计》成果包含变电站和输电线路两大部分, 内蒙古电力(集团)有限责任公司输变电工程通用设计

(1)变电站部分

变电站部分根据电压等级编制了3个分册,分别为500kV部分、220kV部分和35kV-110kV部分。

1)500kV变电站方案

该部分共分为7个方案,其中,3个方案参考《国家电网公司输变电工程通用设计(2011年版)》,4个方案为增补方案。7个方案包括户外HGIS站方案2个、户外AIS站方案2个、罐式断路器方案3个。

2)220kV变电站方案

该部分共分为7个方案,其中,3个方案参考《国家电网公司输变电工程通用设计(2011年版)》,4个方案为增补方案。7个方案包括户外GIS方案1个、户内GIS方案2个、半户内GIS方案1个、户外HGIG方案1个、户外AIS方案2个。

3)110kV变电站方案:

该部分方案共6个,包括户内GIS方案2个、半户内GIS方案1个、户外GIS方案3个。

4)35kV变电站方案:

该部分方案为户外AIS方案。

(2)输电线路部分

1)初步设计深度成果。

与变电站部分相同,线路部分也包括3个分册,分别为500kV部分、220kV部分和35-110kV部分。500kV部分共包含4个模块,其中1个模块参照国网公司已有的模块并进行校核修改,其余3个为新编模块,合计56种塔型;220kV部分共包含8个模块,其中4个模块参照国网公司已有的模块并进行校核修改,其余4个为新编模块,合计112种塔型;110kV部分共包含6个模块,其中2个模块参照国网公司已有的模块并进行校核修改,其余4个为新编模块,合计66种塔型;35kV部分共包含4个模块,全部为新编模块,合计28种塔型。

2)施工图设计深度成果

成果对全部35-110kV和自主设计的220kV通用设计铁塔进行了结构图绘制(施工图深度)。其中,220kV包含4个模块,合计56种塔型;110kV包含6个模块,合计44种塔型;35kV包含4个模块,合计28种塔型。绘制结构图的模块见下表。

2、专利成果

取得实用新型专利成果6项,分别为《一种全户内110kV变电站布置结构》、《一种具有智能监控的半户内110kV变电站布置结构》、《一种全户内220kV变电站的布置结构》、《一种全户外220kV变电站的布置结构》、《一种全户外500kV HGIS变电站布置结构》、《一种全户外500kV变电站的布置结构》

3、QC成果

取得QC成果2项。

其中《缩短内蒙古电网35kV-110kV变电工程设计时间》获得中电建质量协会二等奖、内蒙古电力公司的QC发布会一等奖以及内蒙古自治区质量协会二等奖;《缩短内蒙古电网变电站建筑能耗》获得中电建质量协会三等奖。

4、论文

发表专业论文3篇:《内蒙古电网llOkV变电站通用设计分析》、 《内蒙古西部电网llOkV输电线路通用设计模块规划》、《内蒙古地区变电站建筑节能设计措施的分析》。

5、职工创新成果

成果(35-110kV部分)获得2018年度内蒙古自治区电力职工技术成果奖二等奖。

二、咨询服务过程和主要内容

(一)咨询服务过程

1、针对公司系统输变电工程设计、建设现状、现有国网公司通用设计使用情况及对通用设计的需求为调研重点,采用多种方式进行了收资和调研。

2、充分考虑蒙西地区气象条件等特点及内蒙古电网输变电工程设计、施工、运行习惯,编制通用设计设计原则。

3、深度组织各专业对具体方案进行编制。

4、铁塔结构图绘制。联合内蒙古电力勘测设计院进行铁塔结构图绘制原则的编制。

5、设计方案审查。委托中国电力企业联合会,对通用设计变电、线路方案的技术方案组合(模块规划)、设计原则、设计方案等内容进行详细审查,并根据审查纪要对相关内容进行修改、完善。

(二)主要内容

1、确定公司所属供电单位为调研范围,以公司35-500kV输变电工程设计、建设现状、通用设计需求情况为调研重点,通过多种方式进行调研收资。在充分考虑各地区的地区差异基础上,整理出内蒙古电网各电压等级变电站典型规模和输电线路典型模块。

2.根据调研情况及整理的典型规模方案,经集中讨论分析,提出变电站技术组合方案及输电线路杆塔规划,制定《内蒙古电网通用设计实施方案编制技术导则》,确定编制原则、工作对象、设计内容、深度要求、各专业主要设计原则。

3、归纳整理形成内蒙古地区建筑节能分析气象参数数据集。将收集的气象数据进行聚类分析,以及高精度空间插值计算,得到了基于冬季建筑节能下的内蒙古气候区域划分。选取具有代表性的变电站建模,对变电站能耗影响因素进行分析,得到了变电站节能策略以及各部位优化措施。依据建模分析结果以及内蒙古地区的气候区域划分结果,结合内蒙古地区建筑采暖方式以及变电站建筑特殊要求,给出内蒙古地区不同气候区域下的变电站节能差异化工艺做法。

4.按照上述技术导则,组织相关设计单位进行详细方案设计。完成35-5OOkV 变电站和输电线路初步设计深度的通用设计方案;绘制完成施工图深度的35kV及llOkV通用设计铁塔和部分220kV输电线路铁塔结构图,并全部通过第三方审查。

三、工作主要创新和突出特点

1、变电站部分

(1)对各设计原则进行了明确

在制定方案过程中,根据内蒙古电网的地理特点和运行习惯,对建设规模、主变容量、电抗器布置方式、配电装置布置原则、操作台设置原则、辅助房间设置原则、互感器配置原则、主变及建筑物消防设置方式、营销表计设置方式、电能量信息采集及回传方式、辅控系统信息回传和管理模式、保护和测控装置的布置方式以及蓄电池容量及蓄电池布置方式等原则进行了明确。

(2)采用节能构造的变电站建筑维护结构

结合内蒙古地区建筑采暖方式及建筑气候分区气候特点,以及变电站建筑特殊要求,得到了内蒙古地区不同气候区域下的变电站建筑围护结构节能构造建议做法。

针对工业建筑节能标准中建筑窗墙面积比限制小,以及室内设备发热量大的特点,分别建立了窗墙面积比与外窗传热系数的影响关系以及室内热源强度与外墙传热系数的影响关系。缩小外窗面积则需要相应的增强外墙保温能力;而强的室内热源强度则可相应减弱外墙的保温能力。以此为指导思想,提出了内蒙古地区变电站建筑的节能优化措施。同时结合分析成果以及建议构造做法,对现有变电站建筑从外墙围护结构、外窗构造做法等方面进行改进优化,并对能耗节省以及建设投资节约量进行测算。

2、输电线路部分

(1)补充符合内蒙古地区气象条件塔型模块

以110kV输电线路通用设计为例,通过调研,蒙西地区气象条件风速多为27m/s~31m/s,海拔高度多介于1000m~2000m/s,而在国网《通用设计》的输电线路部分中仅有1A4模块(单回路,导线截面300mm2,风速27m/s,海拔1000m~2500m/s)及1D6模块(双回路,导线截面300mm2,风速29m/s,海拔1000m~2500m/s)两个模块适用蒙西地区线路工程。本次通用设计补充M1A1、M1A2、M1D1、M1A2等模块,能够覆盖110kV单双回路300mm2(兼240mm2)、27m/s~31m/s风速、1000m~2000m/s海拔的输电线路,基本能够满足目前内蒙古电力公司大部分110kV输电线路工程需求。

(2)通用设计输电线路部分具有时效性及技术先进性

本次通用设计编制结合最新规范及其他技术发展,设计原则及设计方案具有时效性及先进性。主要体现在风压高度变化系数取值、地线参数取值符合现行规范,地脚螺栓、重要节点构造加强、施工作业及运行维护能力提升等方面。

四、工作效果

(一)社会效益

1、统一了设计原则、设计深度及建设标准,提高了内蒙古电网输变电工程的建设和管理水平。

2、形成了先进、成熟的应用实施方案,提高了设计水平。

3、将设计深度延伸至施工图,提高了工程建设的效率和质量。

4、提高了《通用设计》应用的适应性和安全性,从而提高了工程建设的安全质量水平。

(二)经济效益

1、变电站部分

该实施细则在内蒙古电网输变电工程进行了全面推广应用,可使变电站设计周期缩短20%,变电站占地面积缩小10%。

仅从变电站节能效益方面进行经济效益分析,以2020年建设的35kV-110kV变电站为例(2020年内蒙古电力公司共投资建设了13座35kV变电站和26座110kV变电站),该项成果每年可为设计单位和电力公司节约费用如下:

为设计单位节约费用:1200元/综合工日×6工日×39=28.08万元

为内蒙古电力公司节约电力能源:[950m2×26×(143.5-113.2)×10-3×0.6+500m2×13×(143.5-113.2)×10-3×0.6]×6月×720h=245.04万元(其中950m2为110kV变电站平均建筑面积,500m2为35kV变电站平均建筑面积,6月为内蒙古地区年度采暖时长,143.5kW/m2、113.2kW/m2为改造前后的能耗水平)。

2、输电线路部分

对35kV输电线路工程实例进行测算,使用《内蒙古电力(集团)有限责任公司输变电工程通用设计》后,铁塔重量较使用农网塔,节省约15%左右,基础混凝土量及钢筋量约节省10%左右,单公里造价约节省2.7万左右。

(三)推广应用价值

该项目的成果已广泛应用到内蒙古电网35kV-500kV输变电工程中,截止2020年11月底,内蒙古电网共有84项输变电工程应用的内蒙古电网通用设计,其中35千伏输变电工程共计23项,110千伏输变电工程共计38项,220千伏输变电工程共计16项,500千伏输变电工程共计7项。从使用该成果的设计院反馈得知,该项目成果适用于内蒙古电网建设,具有使用价值。成果的成功编制也对公司下一步开展智能变电站模块化建设的方案编制有很大指导意义。

推广应用内蒙古电网输变电工程通用设计有利于规范工程建设管理、提高工程建设水平、提高电网供电可靠性;有利于统一建设标准、统一设备规范;有利于减少资源消耗和土地占用,提高工作效率,降低建设和运营成本;可为电网规划、成本控制、资金管理、集中规模招标等工作的开展奠定坚实的基础。同时对于宣传“内蒙古电网”品牌、树立良好的企业形象具有特别重要的意义。也是公司履行社会责任、构建社会主义和谐社会的重要体现。

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