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箱式变电站设计方案研究

摘要:城乡电网建设中要求高压直接接入用电负荷中心,形成变压器降低的供电格局。供配电要求向用地节约化,智能化方向发展。随着箱式变电站广泛应用,传统箱式变电站已经无法满足智能电网建设的发展需求。本文针对箱式变电站技术特点、设计生产等环节进行阐述,设计箱式变电站布局,分析变电站外壳材料特点,对内部数据采集数据终端设备进行设计,从室内无线温湿度监控器等方面进行设计。通过智能箱式变电站设计制造,验证设计的合理性。

关键词:箱式变电站;设计方案;优化

箱式变电站分为美式与欧式。组合式变电站将变压器等元件放在变电器油箱内,用变压器作为相间的绝缘介质,元器件体积得到缩小,箱式安装有仪器仪表,如压力释放阀等监测装置。欧式箱式变电站是将高压开关设备与低压配电装置布置不同隔室内,通常箱式变电站高压侧额定电压3.6kV-40.5kV,我国箱式变电站统称为高低压预装式箱式变电站,随着智能电网建设加快,传统变配电产品不能满足电网建设需求,智能化变电站成为市场青睐的产品。

1箱式变电站概述

箱式变电站因其具有组合灵活,便于迁移,施工周期短,占地面积小,免维护等优点广泛受到重视。被广泛应用于10-110kV中小型变电所的建设中。因其易于深入负荷中心,适用于农村电网改造。箱式变电站主要形式有拼装式,组合装置型与一体型。拼装式是将高低压成套装置装入金属箱体,配电装置间有操作走廊,因其体积较大现已少用。组合装置型的高低压配电装置将高低压控制设备直接接入箱内,总体设计按免维护考虑,可以减小箱式变的体积,是目前普遍采用的形式。一体型是美式箱变,是在简化高低压控制装置基础上,将高低压配电装置与变压器装入变压器油箱,箱式变体积小,仅为同容量欧式箱变体积的1/3。箱式变电站的特点是技术先进安全,自动化程度高,工厂预制化,组合方式灵活。箱式变电站应用中应部分采用国内先进技术,框架采用集装箱标准材料,具有良好的防腐性能。内封板采用铝合金扣板,设备运行不受外界污染影响。箱体内一次设备采用单元真空开关柜,干式互感器等国内技术先进设备,产品为全绝缘结构,全站可实现无油化运行。全站智能化设计,采用综合自动化装置,每个单元具有独立的运行功能,控制箱内温湿度。设计箱式变电站仅需根据变电站实际要求作出主接线的设计,设备在工厂一次安装合格,现场安装仅需进行箱体定位,出现电缆连接,传动试验等工作,变电站安装到投运仅需5天时间。箱式变电站结构紧凑,可以全部采用箱式,采用35kV设备室外安装,10kV设备箱内安装,适用于农网改造旧所改造,安装10kV开关箱即可达到无人值守要求。美式变电站较同规模综合自变电站减少投资45%,选用箱式变电站无房建工程量,符合国家节约土地资源政策。

2箱式变电站的发展

箱式变电站是60年代欧美国家推出的成套变电所变电设备,设备在工厂安装检验完成,具有占空少,工期短等优点,受到电力企业的重视。目前美国电力公司研制的自动箱式变电站,具有监控与数据采集,负荷控制及波形测量等功能,具有结构紧凑等优点。智能箱式变电站在发达国家配电领域中占据重要地位。欧洲发达国家占配电设的70%,成为美国配电网自动化中的重要设备。90年代中期,中国开始应用简易变电站,电力部制定相应的标准,90年代末期,农网改造工程后,箱式变电站被广泛应用于10-110kV变电站,因易于深入负荷中心,适用于农村电网改造,可用于住宅等用地紧张地区中。随着智能电网建设加快,未来箱式变电站发展为采用体化智能开关柜,将一次断路器,电子式流动电压互感器与电网质量管理设备等集为一体,向模块化,操作方便,低成本等方向发展,实现自适应,支持动态在线整定,状态检修等。箱式变电站向智能化方向发展,应急移动式智能变电站诞生,变电站采用模块化制作,具有结构紧凑,装备完善等特点,随着我国经济高速发展,智能电网建设规划要求用电设备安全可靠,对智能箱式变电站市场需求扩大。

3智能箱式变电站设计

3.1箱式变电站结构设计。箱式变电站结构分为品字型与目字型排列,其外壳材质分为金属与非金属,设计选用GRC玻璃纤维增加工非金属外壳,具有耐腐蚀性强,使用年期长等优点。欧式箱式变电站结构分为变压器室,高低压室,主要由底座,隔板门等部分组成,底座与顶盖骨架由角钢焊接成。金属材料外壳通常有普通钢板等,金属外壳采用槽钢结构,壳体采用GG型双面钢板,钢板中间填充隔热材料,减少太阳辐射对变电站内温度影响。很多高档别墅区等在金属外壳外部装饰木板,使其与周围环境高度协调,顶盖通常为斜面设计,顶盖下四周设计百叶型通风孔,达到散热目的。废金属外壳采用新型复合材料,GRC复合材料是70年代发明的材料,用玻璃纤维为增强材料,采用喷射工艺加工制造。具有强度高,耐腐蚀等优点,新型复合材料制造非金属外壳具有壳体兼顾,抗暴晒,隔热性能好等优点。材料具有使用寿命长,经济美观等优点。在不同环境中通过不同形状瓷砖品走出不同图案。3.2箱式变电站智能终端设备设计。2010年电网公司提出建设智能电网规划,总体发展目标是建设特高压电网骨干网络购进,具有信息化,互动化特征的国际领先智能电网。全面覆盖传统电力系统所有领域。箱式变电站智能化是未来发展目标,箱式变电站实现信息共享,设备信息可实现网络化,未来将大力发展清洁能源,变电站智能化成为发展趋势。智能箱式变电站总体功能主要由过程设备与终端设备组成,变压器等监控模块将采集数据通过局域网传输到通信管理机,按后台制定规约将数据传输给管理站,管理站分析数据后作出响应判断,变压器非法打开时可通知管理人员,管理人员可第一时间处理变压器故障。设计提供变压器温控器有三路温度传感器,温控器带有RS485通信结构,实现变压器状态的远程在线监测,可通过短信报警功能通知管理人员变压器故障,变压器内部温控器利用监测变压器小室内温湿度,变电站内温度较高时,启动风机散热,湿度较大时启动除湿装置。箱式变电站产品安装在户外,高压操作电源通常由电压互感器提供,但因其输出额定容量较小受限,设计采用安装在箱式变电站外壳顶部的太阳能板发电。采用太阳能电源与PT电源自动切换供给操作电源。原理是逆变器将电池直流电逆变为交流电,白天太阳光强烈时多余电为蓄电池充电,太阳能控制逆变器控制光伏电池将太阳能转化为电脑,蓄电池通过逆变器将直流电转化为交流电。3.3配电监控系统设计。智能箱式变电站内部设计装配电监控终端,终端设备采集数据通过网络传输数据,管理站可通过监控管理平台监控箱式变电站电流,变压器运行情况,变电站内温湿度等。开关量变化时可通过手机短路平台通知管理员。配电监控系统可帮助用户实时了解设备运行情况,有利于提高电设备异常后的反应速度,节约维护成本,系统由智能采集单元,交互机,远程服务器等组成,系统客户端支持多账户同时使用,用户可通过手机短信手机数据采集器开关量报警情况。配电监控系统硬件由数据集中通讯器,管理站计算机组成。数据采集器采用STM32系列CPU芯片做中央处理器,ADM2483系列芯片做收发器,配合无线通信模块传输数据,配电监控系统由硬件数据采集器与软件平台组成。监控系统由收发设备与软件管理平台组成,数据收发设备主要是数据传输模块,由STM32系列CPU,LD03-10B05开关电源模块等组成,外部AC220电源通过LD03电源模块变换,外部输入的RS-485信号通过无线通信模块,通过移动网络传输数据。

4箱式变电站设计中注意问题

箱式变电站在农网建设中广泛应用,如某新建终端变电所采用三相双绕组调压力变压器,35kV架空进线一回,采用35kV真空负荷隔离开关与快速熔断器配合使用,降低造价,缺相运行时实现联动分闸,1电缆出线6回,35kV母线采用单线部分段接线形式,电压等级为35±5%/0.4kV。改进后箱式变电站结构简单,方便使用,设备成本低。增加电风扇,利于散热,在潮湿天气对箱体内空气加热,器件工作状态由单片机自动控制,依据温湿度传感器信息发出控制指令。增设工作状态指示灯,使检修人员快速了解变电站内部电气回路工作状态。《变电站设计规范》规定,二级耐火建筑物防火净距离为10m,其面对变压器等电气设备外墙,在设备总高加3m的范围内布设门窗时,墙与设备防火净距离不受限制。墙与设备防火净距离应大于5m。箱内一次系统采用单元真空开关,采用铝型装饰大门结构,间隔后设双层防护板,建议主变与箱体最小防火净距离采用10m。

5结语

箱式变电站具有运行操作灵活,分区设备更换维修方便,安装快捷,噪音小,占地面积小等优点。实现电力生产运行全方位监控,造价较低,随着城市配电网改造深入,将为用户带来更大的经济价值。近年来箱式变电站是农网建设的主要方向,其经济适用的优点被广泛推广应用,目前设计建设中存在检修空间较小等问题,其不足问题在未来发展中有待完善。

参考文献:

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作者:王中杰 单位:国网山西省电力公司设备管理

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