预制舱式变电站是由预制、模块化组合及成套设备组成的变电站，包括一次设备预制舱、二次设备预制舱、预制舱体、舱体附属系统。其在电气设备选型、结构、建设模式均有显著的特点^［5-6］。

110 kV电气设备采用集成度最高的气体绝缘开关设备GIS，其将断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器和母线等元件封装在接地的金属壳体内，壳内充0.4~0.6 MPS压力的SF₆气体作为绝缘介质。

10 kV电气设备采用开关柜型式。

总的来说，预制舱式变电站电气设备选型特点可以概括为集成。

电气设备均舱内模块化布置，舱体内预留巡视维护通道，舱体内已整合消防、安防、暖通、照明、通信等辅助系统。根据电气设备的功能，可以分为GIS舱、开关柜舱、无功补偿舱、二次设备舱等单元舱。

模块单元在工厂内完成试验、调试后，以单元模块为单位进行运输，根据用地条件的不同，模块单元到现场后可以分散布置或组合布置，如开关柜舱和二次设备舱拼接、GIS舱和二次设备舱拼接等，形成功能多元化的组合舱。整个变电站安装过程更像是搭积木，即使苛刻的用地条件也能很好的适应。

总的来说，预制舱式变电站结构特点可以概括为集约、灵活^［7-9］。

预制舱模块化变电站的建站模式为根据负荷性质及大小确定电气接线，根据用地条件确定电气布置，采用分散或组合式预制舱，在工厂预制模块后，运到现场进行主要进行舱体间的拼接以及舱间的电气连接，现场的工程量非常小，整个建设工期可控制在3~6个月。

总的来说，预制舱式变电站的建站模式可以概括为快速。

本文提供一套完整的电气设计方法，在工业园区的电站建设可以推广应用。具体如下：

首先确定通用变电站电气设计的影响因素集合：包括工业区域负荷级别、负荷大小、运输条件、用地条件、站址的自然条件（污秽水平、海拔高度）、短路水平等相关因素。

确定110 kV变电站建设的布局方案以及电气设备的选型。结合用地情况确定预制舱式变电站的布局是整体式还是分散式，根据站址所在自然条件及短路水平，确定采用气体绝缘还是空气绝缘设备。

形成110 kV变电站的建设模式，包括电气接线、电气预制舱的大小及拼接方式^［10-11］。

确认110 kV变电站的适用条件和适用范围。结合用户单位的运维要求，确认变电站适用条件和适用范围是否满足。

最终在确定的方案上进行详细的电气设计。具体的流程如图1所示。

图  1  电气设计流程

Figure 1.  Electrical design process

110 kV变电站在在电网系统中比较重要，尤其在工业园区承担着能源供给的重要责任，工业园区的110 kV变电站一般是降压变电站，通过变压器将电网中的110 kV系统转化为10 kV送至各个用电设施，工业园区一般深入城市中心，用地紧张，对能源的要求紧迫。本文主要探讨适用工业园区110 kV变电站的电气主接线以及电气布置。

影响电气方案的三个因素为工业园区的负荷大小、负荷等级以及用地条件。针对不同的情况模拟三种经典的工业园区情况，分别为：

模式A：用电负荷大（最大负荷需求约120 MVA），负荷等级为一、二级，用地条件紧张但规整的工业区。

模式B：用电负荷小（最大负荷需求约60 MVA），负荷等级为二、三级，用地条件紧张但规整的工业区。

模式C：用电负荷小（最大负荷需求约60 MVA），负荷等级为二、三级，用地紧张且不规整的工业区。

利用预制舱式变电站具有设备集成、舱体拼接的特点，创新地将电气接线、电气布置以及舱体综合设计，使设计方案更加全面、直观。

不同舱体类型图及电气元件符号的各项图示如下：

拼接舱由单元舱进行拼接形成较大的舱体，舱内可以根据需要包容更多更大的电气设备；单元舱无需进行拼接，可作为独立的运输单元以及功能单元，舱内空间有限。各个元器件通过导体（架空线或电缆）形成电气连接^［12-15］。

模式A的负荷等级高，且用电需求大，用地条件紧张但规整。因此本模式要求接线可靠性高，同时占地要小而规整。

站内终期设3台63 MVA主变压器，每台主变配置3组无功补偿装置；110 kV配电装置出线约6~8回，10 kV出线约为30~45回。

考虑到负荷等级高，本站电气接线的选择主要要考虑可靠性、灵活性。110 kV采用单母线分段接线，设专用分段断路器；10 kV采用单母线分段接线。

电气设备选型考虑满足集成、集约的要求，110 kV采用GIS设备；10 kV采用移开式手车柜或充气柜。

在考虑建设规模的基础上，电气布置应尽可能的节地，尽量采用组合舱的布置。

GIS舱为GIS单元舱逐个拼接而成，形成GIS的整体舱，优先选择在单元舱的长边进行拼接，以控制舱体的长度。

10 kV开关柜采用双列布置，并在单元舱的长边逐个拼接，站用变、无功补偿装置等一次设备也与10 kV开关柜舱拼接，形成10 kV的整体舱。同时将二次设备舱布置在10 kV开关柜舱的上面，形成两层式的组合舱。

图2为模式A的电气接线及舱体类型图。

图  2  模式A的电气接线及舱体类型图

Figure 2.  Electrical wiring and cabin type diagram of mode A

模式B的负荷等级一般，且用电需求不大，用地条件紧张但规整。因此本模式对电气接线可靠性较模式A低，同时占地要小而规整。

站内终期设2台63 MVA主变压器，每台主变配置2组无功补偿装置；110 kV配电装置出线约2回，10 kV出线约为20回。

考虑到负荷等级为二、三级，本站电气接线的选择要兼顾可靠性及经济性。110 kV采用线变组接线；10 kV采用单母线分段接线。

电气设备选型考虑满足集成、集约的要求，110 kV采用GIS设备；10 kV采用移开式手车柜或充气柜。

在考虑建设规模、占地小且规整的基础上，本模式的布置尽量减少舱体的拼接，以节省现场工作量及建设周期，达到经济性最优。

GIS舱为GIS单元舱，可根据用地条件灵活选择舱体布置方向，优先紧邻主变压器布置以方便高压侧的接线。

10 kV开关柜采用双列布置，并在单元舱的长边逐个拼接，站用变、无功补偿装置等一次设备也与10 kV开关柜舱拼接，形成10 kV的单层整体舱。

图3为模式B的电气接线及舱体类型图。

图  3  模式B的电气接线及舱体类型图

Figure 3.  Electrical wiring and cabin type diagram of mode B

模式C的负荷等级一般，且用电需求不大，用地紧张且不规整。因此本模式对电气接线可靠性较模式A低，同时占地要灵活，尽量迎合用地条件。很多工业园区的变电站布置在园区的角落，用地会有不规则的情况。

系统规模与模式B一致，站内终期设2台63 MVA主变压器，每台主变配置2组无功补偿装置；110 kV配电装置出线约2回，10 kV出线约为20回。

考虑到负荷等级为二、三级，本站电气接线的选择要兼顾可靠性及经济性。110 kV采用线变组接线；10 kV采用单母线分段接线。

电气设备选型考虑满足集成、集约的要求，110 kV采用GIS设备；10 kV采用移开式手车柜或充气柜。

在考虑建设规模的基础上，本模式的布置尽量利用预制舱式的优势以适应不规则的用地条件。

GIS舱为GIS单元舱，可根据用地条件灵活选择舱体布置方向，可以不对称甚至倾斜角度布置，以适应不规则的用地。

10 kV开关柜采用双列布置，并在单元舱的长边逐个拼接形成10 kV开关柜的单层整体舱。无功补偿、10 kV站用变等采用单元舱，利用不规则的地形单元化分散布置，最大程度的利用占地。

图4为模式C的电气接线及舱体类型图。

图  4  模式C的电气接线及舱体类型图

Figure 4.  Electrical wiring and cabin type diagram of mode C

以上分析的三种经典模式的工业园区建设方案各具特点，技术经济性具体如表1所示。

针对工业园区特有的要求展开预制舱式变电站的电气设计方法的研究，本文研究结论如下：

1）分析预制舱式变电站的电气设备、结构及建站模式的特点。可以得出预制舱式变电站具备集约、灵活、建站快速的特点。

2）在常规变电站设计的基础上，根据工业园区的用电特点，以及预制舱式变电站的特点，确定了一套完整的电气设计方法。

3）根据工业园区的负荷大小、负荷等级及用地条件，模拟了3种经典情况，综合考虑可靠性及经济性，形成3种变电站建设方案，并进行了技术经济比较。

随着城市用地成本提高以及用户对于设备集成化的需求提升，预制舱式变电站顺应时代的发展，其特有的现场工作量小、布置灵活、建站周期短的优势与城市化的发展相呼应，发展前景大。本文提供的3种经典电气方案可用于指导工业园区的110 kV变电站设计，实现工业园区的快速建站。