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[摘 要]全社会都在倡导绿色环保的背景下，变电站在设计、建造和运维的过程中也应该按照这一思路来尽可能降低其资源消耗水平和管理成本。在具体实施环节应该从土建基础结构设计、变配电设备选型、施工设计以及后期运维等方面来提高绿色环保水平。本文主要从以上几个方面来分析现代化的变电站应该如何提高其绿色环保的设计水平。
[关键词]变电站;绿色环保;设计思路
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02
[Abstract]Under the background of advocating green environmental protection in the whole society， the design， construction and operation and maintenance of substation should also follow this idea to reduce its resource consumption level and management cost as much as possible. In the specific implementation， we should improve the level of green environmental protection from the aspects of civil infrastructure design， power transformation and distribution equipment selection， construction design and later operation and maintenance. This paper mainly analyzes how to improve the green design level of modern substation from the above aspects.
[Keywords]substation; green environmental protection; design idea
1 变电站绿色设计概述
发电厂在完成发电之后需要通过变电站进行电压和电流的变换并在此基础上实现电力能源的输送，变电站最主要的应用场景之一就是通过升压来实现电力能源的长距离、跨区域输送。变电站在设计和建造的过程中需要根据不同的功能划分出不同的分区且几乎每个部分都在运行一些具有特定功能的电气设备[1]。例如高低壓配电室、变压器室、电容器室、控制室等。
变电站的设计中包含了土建基础结构、电气设备选型、新材料的应用、节能控制以及经济环保等各个方面的内容，在当前的发展背景之下需要变电站利用节能环保的绿色发展理念来完成建筑基础结构和各种电气系统的设计。通过采取新型设备、新的工艺以及新型的节能环保材料来提升变电所的运行稳定性，并在此基础上实现低能耗、低污染以及低运营成本的管理目标，以上就是变电站绿色设计的核心涵义。
2 变电站绿色环保设计
2.1 土建设计
（1）选址。变电站在运行过程中需要具备非常良好的稳定性以及尽可能降低其发生故障的概率，一旦其出现故障就会对下游的电力输送、企事业单位用电以及居民用电产生严重的影响，这些需要变电站在设计选址时应该尽可能规避那些存在潜在地质灾害或者环境危害的地块。通过严格的地质调查对地下水情况、软土地层情况、地下设施以及变电站的功能实现进行综合考虑，可以有效地降低其在建造和后期运行过程中的成本以及提升变电站的整体稳定性。例如，通过详细的地质勘察规避开地下污水管道、电缆、光缆以及软土地层等可以降低变电站的建造成本[2]。另外，施工区域周边的交通条件对材料运输和节能施工等具有非常显著的影响，在选址的过程中也需要考虑这一因素。
（2）节约土地。在这一方面需要变电站的设计人员通过科学的设计来减少占地面积、减少对施工区生态环境的影响以及减少对耕地的占用，尽可能利用废弃的土地或者厂房用地来提高土地资源的利用效率也是一种相对优秀的方法。另外，在这一过程中还需要充分考虑作业区域的平整程度、地质情况、排水施工的便捷性以及土方开挖的工程量等因素。如果相关的作业区域需要进行大量的基坑施工、边坡支护以及软土地基处理，就会极大地增加建造成本以及对相关区域土地资源和生态资源的影响。
（3）建筑节能设计。变电站在运行过程中还需要为管理人员提供必需的室内照明、通风以及保暖等基本的保障条件，同时变电站的各种电气设备在运行过程中也需要具备一定的温度和干燥度，这些因素综合在一起要求变电站在设计环节必须兼顾节能环保与实现各种建筑功能之间的平衡。
①在采光设计中应该通过合理地朝向来尽可能利用太阳光并在此基础上减少电能的消耗。②变电室的门窗设计对室内保温、防尘、防雨以及密闭性等具有非常重要的作用，减少窗户的面积以及增加其闭合部位的密闭性可以减少室内热量的流失，变电所内一般会采用具有良好密闭性和耐火性能的门，这一点只需要按照相关的规范来进行防火等级的控制即可[3]。③墙体设计。墙体的保温性能、抗裂性能以及防渗漏性能对变电所的后期运行和管理具有重要的作用，墙体材料使用不佳可能会造成变电所在后期的运行中产生各种或大或小的质量通病并增加运维的成本。使用新型的墙体施工材料可以有效地克服传统材料的各种缺陷并提高以上各个方面的性能。例如，可以使用新型的砌体材料代替传统的砖材。④室内装修。变电所的室内装修设计通常应该采用极简的风格，重点从防火、防静电以及防渗漏等层面做好室内装修工作且避免使用可污染室内外环境的材料。
（4）暖通及水工设计。①暖通设计。变电站内部的变压器、配电柜以及其他设备在运行过程中需要做好散热以及防冻工作，而且变电所的值班管理人员也需要暖通空调设备。在设计过程中应该通过系统的设计方案来提升关键部位的暖通效果并尽可能减少不必要的能耗。②节水设计。在给水和排水系统的设计中需要按照节约用水量以及提高废水回收利用率的思路来开展工作。例如，在给水系统的设计中可以采用具有水量自动调节功能和变频功能的水泵来实现节水目标，也就是说给水系统需要根据实际的用水情况来自动调节供水量以及能源消耗量。在变电站排水系统的设计中需要将其与污水回收系统进行有效地连接。 2.2 电气系统设计
（1）站区设计。在完成选址工作之后还需要根据变电站的施工要求合理地规划出场地布局、交通线路以及出线条件等，在充分考虑变电站运行稳定性的基础上对其远期的扩建需求以及运维需求进行评估。当相关作业区域面积比较狭小时可采用全室内的布置形式来提高空间利用率。若采用敞开式的配电装置布置形式则应该采用管型的高压电母线配置形式。垂直断口类的各类开关以及悬臂式阻波器具有占地面积小、空间利用率高的优势，因而在站区设计中应该尽可能采用这种电气装置来实现节约土地资源的目标。总之，站区设计是根据变电站的功能需求来合理的选择配电装置并实现节约土地以及提高空间利用率的目的[4]。
（2）设备选型。变电站中的各种电气设备在其后期的运行中对可靠性、故障率、能耗水平以及使用寿命等都具有非常重要的影响。选用低能耗且高可靠性的先进设备型号对其绿色环保设计效果具有非常显著的作用。①在变电站的室内照明系统设计中，应该采用光伏电池、节能灯具来实现电力能源的开源节流，利用太阳能系统为变电站提供部分电力能源供应可以有效地减少传统电力的消耗，进而实现减少碳排放的目标。②在变压器的选择方面，应该通过低阻抗的设备型号来降低绝缘油进和钢材消耗，这样就可以间接地减少钢材和绝缘油制造消耗的各种物资和人力。③变压器设备的技术水平随着社会的发展得到了持续性的改进和提高，早期的铁芯变压器在空载的情况下具有较高的能耗水平，而后期出现的非晶合金变压器则具有较低的能耗[5]。
（3）智能设计。信息技术、光纤通信以及自动化技术可以极大地提高互感器、高压开关以及变压器等变电站设备的智能化水平，采用这些技术进行变电站的设计和建造可以极大地降低其运维的难度并提高设备自动调节能力。智能变电站的设计中要求使用智能变压器和智能开关设备，这些设备的优势在于其具有完善的故障实时监测和报警机制且可以依据配电系统的功率及电压等进行自动调节。另外，智能变电站在管理过程中大量依靠先进的信息化平台来实现各种日常操作、信息共享，对人力资源的消耗更少且管理成本也更低。图1为变电站的演进和发展过程，当前新建的变电站应该采用最先进的智能变电技术来提高节能环保的水平。现代化的智能变电站在设计和建造过程中应用IEC61850协议和具有数字式特点的电子互感器和斷路器智能接口结束，在通信方面使用了具有网络化功能的高速工业通信网络技术，因而其整体的节能管理水平也大幅度提高。
2.3 绿色施工及运维设计
（1）标准化。在设计变电站的过程中还需要从施工便捷性的角度出发来控制各种设备的选型，尽量减少个性化、特殊性设备的使用，并且尽量使用一些具有标准化特点的设备或者材料。因为后者在施工器具、施工方法以及人员培训方面的成本往往更小，进而可以更好地实现变电站的节能施工管理目标。
（2）采用绿色施工方法。变电站在施工过程中需要消耗大量的钢筋、混凝土、电缆、电力能源、水资源以及其他各种类型的物资，与此同时还会产生一些设备包装垃圾、施工材料包装垃圾、废水以及废渣等可能污染环境的物质。因此，变电站在施工准备阶段需要从节能环保的角度出发制定绿色环保的作业和管理方案。例如，在施工现场的管理中应该对作业过程中产生的各种垃圾进行分类处理和及时清理，通过精细化的管理措施来提高变电站施工质量，减少各种物资的浪费以及提高其使用寿命。
（3）绿色运维。在进行变电站的设计时还需要从运维的角度出发来设计室内的用电、用水以及设备操作管理规程。例如，在用电管理方面应该做到“人走灯灭”的管理要求，在变电站房间外的照明中可以采用声控设备来减少电力资源的浪费。变电站的值班管理人员需要根据用电负荷、电压以及其他类型的影响因素来合理地控制各种设备的运行状态并尽可能减少能源消耗。采用信息化的运维管理平台可以在很大程度上减少变电站的管理难度并提高工作效率。
3 案例分析
某变电站的变压器设备中有一部分是在2000年前后生产的老旧型号，其中包括1993年生产的SFZ9_40000/110型变压器，这种设备的技术相对比较落后且在长期的使用后产生了较大的耗损，该变电站的四台该型变压器的耗损值分别达到了2.675%、2.420%、1.643%以及1.125%。这种技术过时且已经老化的变压器在运行过程中造成了较高的能耗水平，因此，该变电站从绿色环保的角度出发对各种老旧设备逐步进行更换，全面地提高节能环保水平。
4 结束语
建设变电站的过程中需要占据一定的土地资源、消耗大量的物质资源以及产生一定的环境污染。通过绿色环保的设计方案来减少能耗、降低物资消耗以及降低投产后的运维成本具有非常重要的节能环保意义，在具体实施过程中需要科学选址、合理选用变配电设备以及采取绿色施工技术等。
参考文献
[1] 刘威.绿色变电站设计探讨[J].工程技术：引文版，2016（7）：127.
[2] 张彬，张凤雷，王智超，等.绿色节能在变电站设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（13）：4686.
[3] 陈宏.试述绿色环保变电站设计的思路[J].工业A，2016（6）：18.
[4] 刘川.绿色变电站和变电站设计模型[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（26）：3525.
[5] 潘玲.绿色节能在变电站设计中的应用[J].科技视界，2015，3（3）：290.
[关键词]变电站;绿色环保;设计思路
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02
[Abstract]Under the background of advocating green environmental protection in the whole society， the design， construction and operation and maintenance of substation should also follow this idea to reduce its resource consumption level and management cost as much as possible. In the specific implementation， we should improve the level of green environmental protection from the aspects of civil infrastructure design， power transformation and distribution equipment selection， construction design and later operation and maintenance. This paper mainly analyzes how to improve the green design level of modern substation from the above aspects.
[Keywords]substation; green environmental protection; design idea
1 变电站绿色设计概述
发电厂在完成发电之后需要通过变电站进行电压和电流的变换并在此基础上实现电力能源的输送，变电站最主要的应用场景之一就是通过升压来实现电力能源的长距离、跨区域输送。变电站在设计和建造的过程中需要根据不同的功能划分出不同的分区且几乎每个部分都在运行一些具有特定功能的电气设备[1]。例如高低壓配电室、变压器室、电容器室、控制室等。
变电站的设计中包含了土建基础结构、电气设备选型、新材料的应用、节能控制以及经济环保等各个方面的内容，在当前的发展背景之下需要变电站利用节能环保的绿色发展理念来完成建筑基础结构和各种电气系统的设计。通过采取新型设备、新的工艺以及新型的节能环保材料来提升变电所的运行稳定性，并在此基础上实现低能耗、低污染以及低运营成本的管理目标，以上就是变电站绿色设计的核心涵义。
2 变电站绿色环保设计
2.1 土建设计
（1）选址。变电站在运行过程中需要具备非常良好的稳定性以及尽可能降低其发生故障的概率，一旦其出现故障就会对下游的电力输送、企事业单位用电以及居民用电产生严重的影响，这些需要变电站在设计选址时应该尽可能规避那些存在潜在地质灾害或者环境危害的地块。通过严格的地质调查对地下水情况、软土地层情况、地下设施以及变电站的功能实现进行综合考虑，可以有效地降低其在建造和后期运行过程中的成本以及提升变电站的整体稳定性。例如，通过详细的地质勘察规避开地下污水管道、电缆、光缆以及软土地层等可以降低变电站的建造成本[2]。另外，施工区域周边的交通条件对材料运输和节能施工等具有非常显著的影响，在选址的过程中也需要考虑这一因素。
（2）节约土地。在这一方面需要变电站的设计人员通过科学的设计来减少占地面积、减少对施工区生态环境的影响以及减少对耕地的占用，尽可能利用废弃的土地或者厂房用地来提高土地资源的利用效率也是一种相对优秀的方法。另外，在这一过程中还需要充分考虑作业区域的平整程度、地质情况、排水施工的便捷性以及土方开挖的工程量等因素。如果相关的作业区域需要进行大量的基坑施工、边坡支护以及软土地基处理，就会极大地增加建造成本以及对相关区域土地资源和生态资源的影响。
（3）建筑节能设计。变电站在运行过程中还需要为管理人员提供必需的室内照明、通风以及保暖等基本的保障条件，同时变电站的各种电气设备在运行过程中也需要具备一定的温度和干燥度，这些因素综合在一起要求变电站在设计环节必须兼顾节能环保与实现各种建筑功能之间的平衡。
①在采光设计中应该通过合理地朝向来尽可能利用太阳光并在此基础上减少电能的消耗。②变电室的门窗设计对室内保温、防尘、防雨以及密闭性等具有非常重要的作用，减少窗户的面积以及增加其闭合部位的密闭性可以减少室内热量的流失，变电所内一般会采用具有良好密闭性和耐火性能的门，这一点只需要按照相关的规范来进行防火等级的控制即可[3]。③墙体设计。墙体的保温性能、抗裂性能以及防渗漏性能对变电所的后期运行和管理具有重要的作用，墙体材料使用不佳可能会造成变电所在后期的运行中产生各种或大或小的质量通病并增加运维的成本。使用新型的墙体施工材料可以有效地克服传统材料的各种缺陷并提高以上各个方面的性能。例如，可以使用新型的砌体材料代替传统的砖材。④室内装修。变电所的室内装修设计通常应该采用极简的风格，重点从防火、防静电以及防渗漏等层面做好室内装修工作且避免使用可污染室内外环境的材料。
（4）暖通及水工设计。①暖通设计。变电站内部的变压器、配电柜以及其他设备在运行过程中需要做好散热以及防冻工作，而且变电所的值班管理人员也需要暖通空调设备。在设计过程中应该通过系统的设计方案来提升关键部位的暖通效果并尽可能减少不必要的能耗。②节水设计。在给水和排水系统的设计中需要按照节约用水量以及提高废水回收利用率的思路来开展工作。例如，在给水系统的设计中可以采用具有水量自动调节功能和变频功能的水泵来实现节水目标，也就是说给水系统需要根据实际的用水情况来自动调节供水量以及能源消耗量。在变电站排水系统的设计中需要将其与污水回收系统进行有效地连接。 2.2 电气系统设计
（1）站区设计。在完成选址工作之后还需要根据变电站的施工要求合理地规划出场地布局、交通线路以及出线条件等，在充分考虑变电站运行稳定性的基础上对其远期的扩建需求以及运维需求进行评估。当相关作业区域面积比较狭小时可采用全室内的布置形式来提高空间利用率。若采用敞开式的配电装置布置形式则应该采用管型的高压电母线配置形式。垂直断口类的各类开关以及悬臂式阻波器具有占地面积小、空间利用率高的优势，因而在站区设计中应该尽可能采用这种电气装置来实现节约土地资源的目标。总之，站区设计是根据变电站的功能需求来合理的选择配电装置并实现节约土地以及提高空间利用率的目的[4]。
（2）设备选型。变电站中的各种电气设备在其后期的运行中对可靠性、故障率、能耗水平以及使用寿命等都具有非常重要的影响。选用低能耗且高可靠性的先进设备型号对其绿色环保设计效果具有非常显著的作用。①在变电站的室内照明系统设计中，应该采用光伏电池、节能灯具来实现电力能源的开源节流，利用太阳能系统为变电站提供部分电力能源供应可以有效地减少传统电力的消耗，进而实现减少碳排放的目标。②在变压器的选择方面，应该通过低阻抗的设备型号来降低绝缘油进和钢材消耗，这样就可以间接地减少钢材和绝缘油制造消耗的各种物资和人力。③变压器设备的技术水平随着社会的发展得到了持续性的改进和提高，早期的铁芯变压器在空载的情况下具有较高的能耗水平，而后期出现的非晶合金变压器则具有较低的能耗[5]。
（3）智能设计。信息技术、光纤通信以及自动化技术可以极大地提高互感器、高压开关以及变压器等变电站设备的智能化水平，采用这些技术进行变电站的设计和建造可以极大地降低其运维的难度并提高设备自动调节能力。智能变电站的设计中要求使用智能变压器和智能开关设备，这些设备的优势在于其具有完善的故障实时监测和报警机制且可以依据配电系统的功率及电压等进行自动调节。另外，智能变电站在管理过程中大量依靠先进的信息化平台来实现各种日常操作、信息共享，对人力资源的消耗更少且管理成本也更低。图1为变电站的演进和发展过程，当前新建的变电站应该采用最先进的智能变电技术来提高节能环保的水平。现代化的智能变电站在设计和建造过程中应用IEC61850协议和具有数字式特点的电子互感器和斷路器智能接口结束，在通信方面使用了具有网络化功能的高速工业通信网络技术，因而其整体的节能管理水平也大幅度提高。
2.3 绿色施工及运维设计
（1）标准化。在设计变电站的过程中还需要从施工便捷性的角度出发来控制各种设备的选型，尽量减少个性化、特殊性设备的使用，并且尽量使用一些具有标准化特点的设备或者材料。因为后者在施工器具、施工方法以及人员培训方面的成本往往更小，进而可以更好地实现变电站的节能施工管理目标。
（2）采用绿色施工方法。变电站在施工过程中需要消耗大量的钢筋、混凝土、电缆、电力能源、水资源以及其他各种类型的物资，与此同时还会产生一些设备包装垃圾、施工材料包装垃圾、废水以及废渣等可能污染环境的物质。因此，变电站在施工准备阶段需要从节能环保的角度出发制定绿色环保的作业和管理方案。例如，在施工现场的管理中应该对作业过程中产生的各种垃圾进行分类处理和及时清理，通过精细化的管理措施来提高变电站施工质量，减少各种物资的浪费以及提高其使用寿命。
（3）绿色运维。在进行变电站的设计时还需要从运维的角度出发来设计室内的用电、用水以及设备操作管理规程。例如，在用电管理方面应该做到“人走灯灭”的管理要求，在变电站房间外的照明中可以采用声控设备来减少电力资源的浪费。变电站的值班管理人员需要根据用电负荷、电压以及其他类型的影响因素来合理地控制各种设备的运行状态并尽可能减少能源消耗。采用信息化的运维管理平台可以在很大程度上减少变电站的管理难度并提高工作效率。
3 案例分析
某变电站的变压器设备中有一部分是在2000年前后生产的老旧型号，其中包括1993年生产的SFZ9_40000/110型变压器，这种设备的技术相对比较落后且在长期的使用后产生了较大的耗损，该变电站的四台该型变压器的耗损值分别达到了2.675%、2.420%、1.643%以及1.125%。这种技术过时且已经老化的变压器在运行过程中造成了较高的能耗水平，因此，该变电站从绿色环保的角度出发对各种老旧设备逐步进行更换，全面地提高节能环保水平。
4 结束语
建设变电站的过程中需要占据一定的土地资源、消耗大量的物质资源以及产生一定的环境污染。通过绿色环保的设计方案来减少能耗、降低物资消耗以及降低投产后的运维成本具有非常重要的节能环保意义，在具体实施过程中需要科学选址、合理选用变配电设备以及采取绿色施工技术等。
参考文献
[1] 刘威.绿色变电站设计探讨[J].工程技术：引文版，2016（7）：127.
[2] 张彬，张凤雷，王智超，等.绿色节能在变电站设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（13）：4686.
[3] 陈宏.试述绿色环保变电站设计的思路[J].工业A，2016（6）：18.
[4] 刘川.绿色变电站和变电站设计模型[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（26）：3525.
[5] 潘玲.绿色节能在变电站设计中的应用[J].科技视界，2015，3（3）：290.