赵瑞芬
协合新能源集团有限公司， 北京 海淀 100048
摘要：
风电项目中除了风力发电机以外，其它的电气设备较少，且均为标准产品，故对电气设备采购人员的技术要求不高。但随着科技的发展、生产工艺的提升，以及国家政策对风电的影响，工程周期再缩短、加速回收成本是对风电行业现阶段更高的要求，因此模块化设计、预装式制造、快捷化施工是风电行业的趋势。这就需要电气采购人员也应做相应的转变，尤其是预装式制造，目前缺乏行业的统一标准，且各个厂家技术不同，制造水平参差不齐。这就需要电气采购人员也应具备一定的专业知识，才能有效的处理采购过程中遇到的技术问题，充分协调好设备制造商与设计、施工等方面的关系，提高采购效率。
关键词：电气设备采购 风力发电 预装式变电站 预制舱 模块化
1 风电电气设备采购现状
在工程建设过程中，主要是由设计E（Engineering）、采购P（Procurement）、施工C（Construction）三部分组成，其中设计、施工更多的与技术有关，而采购这个角色更多的体现在供应商管理、物流管理方面，所以一般企业的采购人员专业背景以贸易、物流为主。
另外在电力工程中，跟火电、水电相比，风电项目的规模相对较小，装机容量一般在50 MW -200MW，而且电气设备在整个风电场投资中所占比例较小，对电气设备采购人员的技术能力要求相对不是很高，有些公司甚至使用非电气专业人员一样可以顺利完成电气采购工作。以典型50MW风电场，电压等级为110kV升压站为例，主要电气设备采购清单如下：
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可以看出以上设备均为标准设备，且供货周期较短（均小于3个月），故采购人员根据设计部门的技术文件要求正常采购即可。
另外，从上表可知，由于风电项目的特点，风力发电机是工程的核心，而风电场中的其它电气设备处于从属地位，因此在所有设备以及工程总投资额中的比例偏低，所以重视程度可见一斑。
2 风电电气设备采购趋势
最近几年，随着国家对新能源补贴政策的调整，以及平价/竞价上网的要求，电力企业不得不做出相应的调整，具体表现在：加大力度压缩建设周期，加大力度缩减建设成本。
根据以上两点要求，来分析一下电气设备采购方面如何改进，首先根据表1所列，电气设备都是市面上的标准产品、工艺技术已相当成熟，除非有大的技术上的创新，否则无论从制造成本上还是供货周期上，均很难有所缩减。
而从风电项目整体的工程建设周期上分析，对于电气专业来说，建设周期最长的是升压站内的变电所，从地基开挖→土建交付→设备就位→一次二次电缆敷设→单机调试→系统联调→电网验收，6-8个月的交付周期是相对合理的。但由于到工程后期与风力发电机组系统联调时出现的任何问题，将直接影响到项目并网发电的时间，这对项目进度、成本均会产生直接影响。
所以为避免类似问题，合理压缩变电所的建设周期会取得可观的经济效益。但由于变电所内的设备都是标准产品，要想压缩工期，可从变电所的土建、安装方面考虑，比如从变电所的外形结构上改变。
目前，变电所外形结构上主要有以下几种形式：砖混结构、钢结构、集装箱式、预制舱式。从交付周期上分析：
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通过以上对比，可以明显看出预装式（集装箱式/预制舱式）变电所在工程建设中的进度优势。
2.1预装式变电所技术分析
预装式变电所是把以往传统变电所的现场电气安装调试工作提前转移到工厂中进行。风电项目一般都处于风资源比较好的偏远地区，现场环境艰苦，物流不便，以往变电所里的设备是分为几个采购包，一批批发往现场，货到现场的开箱检验；安装完毕后的单体调试；工程后期的系统联调；每个厂家均需要派技术人员到现场配合。另外，调试中现场物资匮乏，经常缺件少件，往往因为一两个零件而需要等待厂里发货过来，偏远地区的物流能力差，往往要耽误一两周时间，直接导致了电气设备调试周期的延长，以上种种因素决定了如果在出厂前能做好系统模拟联调，可大大提前变电所的竣工时间。
因此预装式变电站的优势就凸显出来，而且国内一般制造商的厂址均在沿海发达地区，试验设备多，备品备件全，调试人员的技术能力强。因此对产品的质量更有保障，对投产后的系统稳定性有一定的提升。
另外，在采购中，也需注意预装式变电站是分集装箱式和预制舱式两种构造，两者技术上还是有一定区别，具体表现在：
集装箱式变电站的技术起源于用海运的集装箱的壳体，按房间功能改造后，装入电气设备。这种产品欧美使用较多，常被称为E-house（Electric-house）、PDCC（Prefabricated Power Distribution and Control Center）等，在这领域，ABB、西门子均是顶级制造商，它们的集装箱式变电站的设计、制造、系统集成水平远高于国内制造商，当然在造价方面，国内的一般风电企业也无法接受。而国内制造商一般以壳体/集装箱制造能力为主，在电气设备布置、走线、系统集成等方面，均需依赖电气设备制造商。所以在产品的整体性能上还需缩小与国际的差距。
预制舱式变电站的技术起源于箱式变压器，对原有箱式变压器的高低压室进行扩容，并增加二次设备室，经过多年的技术积累，形成了现有的高度集成化的预制舱式变电站。由于原有箱式变压器的技术比较成熟，加之整体构造改动不大，因此在国内应用较广。
虽然集装箱式和预制舱式变电站有着不同的设计理念，但归根结底是为了缩减建设周期，而且与传统模式比，优势明显。因此集成化、模块化、预装化是未来设备制造的趋势。
2.2预装式变电所经济分析
经济分析方面由于要考虑的因素过多，故做简化处理，仅以典型的双层变电所结构，每层150平米，建筑面积共300平。建筑仅包括公用工程项（暖通、消防、照明等）。
目前，偏远地区建筑土建成本按2400元/平，建筑公用工程安装成本为200元/平，即建筑成本为2600元/平。故传统模式下，建筑造价为2600元/平x300平=78万。
预装式，以预制舱为例，舱体造价4800元/平，故建筑造价为4800元/平x300平=144万。比传统变电所造价高144万-78万=66万。工程总投资额增加66万/33580万=0.19%（见表1）
2.3预装式变电所综合分析
在单价方面，每平米预制舱体造价高于砖混建筑4800元-2600元=2200元，但考虑到预制舱内墙体、地面、吊顶均为板材，属于精装修品质，因此，从洁净、舒适度、后期维护方面考虑，每平米增加的金额也算合理。
在总价方面，工程多付出66万（0.19%）的费用，但工期可缩短2-3个月，按50MW风电场度电成本0.3元，上网电价0.45元，风机发电效率按25%考虑， 则每天利润为：50MWx24小时x25%x(0.45-0.3)元=4.5万，前期使用预制舱多投入的66万，可在66万/4.5万/天=14.7天，即0.5个月可收回投资。那么，采用预制舱方案的经济价值就显露出来了。
3 预装式设备所带来的问题
为了展示预装式设备在工程应用中的问题，下面举一个工程实例来说明。另外，为了能比较全面的分析，选取了一个EPC+O&M项目（设计+采购+施工+操作+维修）。
3.1项目简介：
依兰县东升风电场（以下简称依兰项目），项目位于黑龙江省哈尔滨市下属的依兰县，北距佳木斯市76公里，年平均气温4.2度，年最低气温-34.4度。项目总投资额14.5亿。装机容量200MW（风力发电机组单机容量2500kW，共80台），共分F、E两个场区，分期建设。各区装机容量均为100MW，其中F区2019年率先开工建设，目前区内220kV升压站已通过国家电网的竣工验收，并交付给集团下属的运维公司管理。
项目选取预制舱方案是由于当时F区220kV升压站内建筑（变电所、生活区）的施工工期紧张，按原有工程进度，无法在2019年10月前交付变电所土建部分，且冬季东北地区室外无法施工，故设计为预制舱式变电所，并于2019年11月前吊装完成，目的为赶在2020年初发电。
3.2工程方面问题
3.2.1设计（E）：
预制舱的使用，减少了设计部门尤其是土建专业的设计工作量，暖通、消防更是不需要设计（此部分工作由舱体厂家完成），电气设计工作也有少量减少。但由于受舱体制作工艺的限制，舱体各部分空间只能算满足最基本需要，缺乏舒适度，电缆敷设缺乏灵活性。厂家的深化设计能力也与设计部门差距较大。舱体缺乏相应的设计规范，所以产品缺乏标准化、规范化，个别设计不合理。
在节约空间上，由于设计初期必须要考虑一定的裕量，所以虽然预制舱比传统砖混结构占地面积小，但此优势没有发挥出来。
3.2.2施工（C）：
大幅节省工期，但后期外部电缆接入舱体内的设备时，由于舱体内已敷设有柜间电缆，未充分考虑外部电缆的数量以及弯曲半径，致使后敷设的室外电缆安装困难。内外部接口处，封堵、防潮、防腐措施不到位。
3.2.3运维（O&M）：
柜前、柜后操作空间狭小，操作空间、检修电源位置等很多细节问题不合理。柜门打开时有相互干扰现象。二次柜厂家虽不同，但应统一选用柜前出线、柜前维护更为合理。吊顶内没有使用桥架或线槽，走线较随意，二次室架空地板下柜间电缆敷设水平有待提高。
中控室空间压抑，舒适度有待提高。
3.2.4采购（P）：
正常采购，但由于预制舱是非标设备，且内部外购设备较多，对预制舱厂家的项目管理能力是个考验，尤其是在进度控制方面、分包商协调方面，经常需要业主方出面干预。以下为项目F区电气设备采购清单：
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从表3与表1的对比，可以看出对于业主来说，电气设备总体的采购包数量减少了，但增加两个非标的预制舱（E03和E04），尤其是预制舱式变电站，内部外购设备较多，跨专业集成度高，因此如果过多的依赖于舱体厂家自身的项目管理以及进度控制能力，会给业主采购部门带来更大的风险。即如果预制舱式变电所厂家不能在原定的2019年11月前交货，那么将会影响整个工程的进度，并网时间也会顺延。
比如在E03包的制造过程中，子项1、子项2、子项3为舱体厂家可控项，但子项4直流电源系统，由于其自身排产计划问题，无法按时交货。舱体厂家又沟通无效，为保工期，只能由业主采购部门出面协调，但直流盘柜厂家与舱体厂家相互推诿、扯皮，这就需要业主采购人员具备一定的电气专业知识，从技术方面管理协调各方问题，拨茧抽丝，推动项目的前进。
另外子项5涉网设备，由于厂家问题，多方多次协调无果，无法按期发货至舱体厂家进行系统联调，故最终只能单独发货至现场，再装入预制舱中。
当然，其中还有诸多问题，不过最终还是按时交付了。但为避免以后项目出现类似问题，如何保障预制舱式变电所内各设备顺利生产、组装、集成、调试、整体发货，已不仅仅是舱体厂家的事了，这就需要业主采购部门更多的监督厂家的生产计划以及实际执行情况，尤其是很多外购设备，舱体厂家的协调能力有限，这需要业主采购部门更积极的去推动。
4 结束语
通过以上分析，不难看出预装式设备在技术上以及经济上（省工期）均对传统模式有优势。但由于是非标设备，在产品设计、制造上还有诸多不足，但随着科学技术的发展、工程经验的积累，这些问题都会逐渐解决。而且造价方面也会逐渐降低，所以预装式设备是未来的发展趋势。
而对于采购人员来说，虽然可以把它看成为一个设备，但由于其集成了多家制造商的产品，在采购过程中，如果预装式设备集成（制造）商的能力不足，问题将会转嫁到业主方，这对业主采购人员的能力是一种考验。这就需要业主的采购人员有更强大的电气知识以及项目管理水平。能像庖丁解牛一样，看透预装式设备的内部构造以及内部设备之间的联系，做到精确引导、推动设备集成（制造）商按时保质的完成其工作任务。
参考文献：
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作者介绍：
赵瑞芬（1975-），女，本科，电气工程师，在新能源领域，从事电气设备采购工作。