Desenvolupament i aplicació d'una subestació prefabricada intel·ligent miniaturitzada
Amb l'acceleració de la construcció de ciutats intel·ligents, la xarxa d'istribució urbana s'està actualitzant i renovant constantment, i els projectes de soterrament de línies aèries també estan avançant de manera estable. Un gran nombre de línies aèries de 10 kV es reemplacen per cabls subterrànies. Tenint en compte la situació actual com l'espai limitat en algunes carreteres urbanes i la falta de llocs d'instal·lació d'equips, es col·loquen requisits més alts sobre el volum, la estructura i el rendiment de les subestacions prefabricades tradicionals.
Basat en l'aplicació de les subestacions prefabricades tradicionals, aquest article realitza recerca i anàlisi i dissenya una subestació prefabricada miniaturitzada, intel·ligent i paisatjística. Aquesta subestació prefabricada presenta una estructura compacta, un rendiment estable, una forta practicitat i una alta fiabilitat d'abastament d'energia. Pot fer un ús intensiu de l'espai central urbà, assolir la harmonia i unitat amb l'entorn, i pot ser ampliament aplicada als projectes d'actualització i renovació de les xarxes d'istribució urbana.
1 Disseny exterior de la subestació prefabricada miniaturitzada intel·ligent
Tenint en compte requisits com la ubicació geogràfica, la utilització de l'espai i les limitacions ambientals, la subestació prefabricada miniaturitzada intel·ligent adopta una disposició llarga i estreta. El seu volum només és dos terços del de la subestació prefabricada original. La carcassa (inclosos el teulat, portes, fons i components metàl·lics interns) i els seus accessoris estan tots fets de acer inoxidable 304, mentre que l'interior utilitza placas d'acer galvanitzat SGCC, i s'afegeixen materials aïllants i retardants de flama als murs circumdants. La superfície externa està pintada de verd fosc, que és tant estèticament agradable com ecològic.
La carcassa té força mecànica i resistència sísmica suficients per assegurar que no es deteriori o deformi fàcilment durant el transport, instal·lació i elevació. El teulat de la carcassa adopta una estructura de "ferro de ballestar" amb una inclinació de 5°. És una estructura doble que té l'efecte d'isolament de la radiació solar. Està dotat d'un cornís anti-retorn i un conducte de ventilació, i el teulat de la carcassa és desmuntable. Les portes de la carcassa tenen una estructura de pestanya antirrobatori doble i s'obren cap a fora. El fons de la carcassa està galvanitzat a caldo i està connectat sense costures al cos de la carcassa. Hi ha un forat d'home al fons, i s'installen tapes al voltant del forat d'home. Es proporcionen dispositius de tancament de cables ignífugs a ambdós costats, amb un bon tancament i mesures completes contra l'humitat.
Totes les parts soldades i les juntes dels components externs de la subestació prefabricada miniaturitzada intel·ligent estan ben tancades, i té característiques com la resistència a l'aigua, el pols, la corrosió i la radiació ultravioleta. És tant bonic com ecològic. Sense necessitat de manteniment, la seva vida útil normal pot arribar a 40 anys.
2 Estructura i funcions de disposició de la subestació prefabricada miniaturitzada intel·ligent
2.1 Disseny de la disposició estructural
L'estructura de la subestació prefabricada miniaturitzada intel·ligent és simple. L'interior de la carcassa està dividit en sis habitacions funcionals principals: la sala de transformadors, la sala d'alta tensió, la sala de baixa tensió, la sala d'automatització, la sala de comunicacions i la sala de recol·lecció d'energia. Aquestes habitacions funcionals estan completament separades i estan disposades en forma d'"ull".
Aquesta subestació pot tenir portes en tots quatre costats, complint els requisits de manteniment d'obertura de portes en tres costats. Les portes protectoras de la sala d'alta tensió i la sala de baixa tensió estan equipades amb interlocks mecànics per assegurar que la porta de la sala d'alta tensió només es pugui obrir quan la porta de la sala de baixa tensió estigui oberta. Cada habitació funcional adopta un mètode de ventilació natural independent per complir els requisits de temperatura i humitat de tot l'equipament elèctric. Quan cal, es poden afegir calorífers, deshumidificadors i altres equips per assegurar el seu funcionament segur i fiable a l'exterior.
Els components principals d'aquesta subestació inclouen: transformadors de buit, unitats de distribució de 10 kV amb interruptors d'aire de carcassa plàstica de baixa tensió (al costat de baixa tensió) sel·lats amb gas SF6, interfícies ràpides d'alimentació d'emergència estandaritzades (al costat de la barra de baixa tensió), així com unitats terminal de la subestació, comptadors generals, concentradors, terminus de configuració intel·ligent, terminus de comunicació de fibra òptica, etc.
2.2 Disseny de les habitacions funcionals
(1) Sala de transformadors. La sala de transformadors inclou transformadors, radiadors, connexions de barra i xarxes de protecció, etc. El transformador utilitza un transformador de distribució d'oli hermètic total de primer nivell d'eficiència energètica amb full de silici o alli amorf. El costat d'alta tensió està equipat amb caps de cable prefabricats, i els embuts de baixa tensió estan equipats amb màniques d'aislament. La capacitat es pot seleccionar com a 500 kV·A o 630 kV·A.
(2) Sala d'alta tensió. La sala d'alta tensió està composta per unitats de distribució de 10 kV, que es divideixen en armari de línia d'entrada i armari de línia de sortida, i els dos estan tancats de manera independent. La unitat de distribució té una estructura totalment aïllada i de caixa comuna, utilitzant gas SF6 per apagar l'arc i aïllar. La caixa de gas està equipada amb un dispositiu de visualització de pressió de gas amb un node auxiliar d'alarma normalment obert. La caixa de gas i el cos de l'armari estan fets respectivament de acer inoxidable 304 i material de zinc plaquetat d'alumini de qualitat, i la superfície del cos de l'armari utilitza un procés de pintura epoxi electrostàtica.
L'armari de la unitat està dividit en una habitació secundària, una habitació d'interruptor de càrrega i una habitació de cable, de dalt a baix. La habitació secundària es troba a la part superior de l'armari de la unitat. El panell de la habitació està equipat amb commutadors d'encendido y apagado, indicadors de encendido y apagado, conmutadores de transferencia remota/local, así como indicadores de falla y de corriente viva, etc. La unidad de interruptor de carga del armario de la unidad generalmente selecciona un dispositivo eléctrico combinado de interruptor de carga y fusible limitador de corriente. Entre ellos, el interruptor de carga puede cortar la corriente de carga especificada y la corriente de transferencia cuando ocurre un fallo en el lado de baja tensión del transformador; el fusible limitador de corriente puede cortar varias corrientes de cortocircuito entre fases, a tierra y de sobrecarga.
El interruptor de carga puede lograr la apertura, cierre y puesta a tierra a través de operaciones eléctricas y manuales, y la operación es simple y conveniente. La unidad de interruptor de carga y la unidad de interruptor de tierra tienen una función de interbloqueo "cinco-prevention" confiable. La habitación de cable del gabinete de la unidad principalmente usa la zanja de cable de alta tensión para las líneas de entrada y salida desde el subsuelo. Las posiciones de los terminales de cable de entrada y salida son convenientes para la instalación, y se instala un transformador de corriente de alta tensión abierto.
(3) Sala de baja tensión. La sala de baja tensión está compuesta principalmente por equipos de conmutación de baja tensión, compartimentos de alimentación de emergencia y pozos de hombre, etc. El color del cuerpo del gabinete de baja tensión es el mismo que el del gabinete de alta tensión, utilizando RAL7035. Se instala un medidor multifuncional digital enchufable en el panel del gabinete de baja tensión, que puede mostrar voltaje y corriente y admite comunicación RS-485. Las líneas de salida de baja tensión utilizan interruptores de aire de carcasa plástica de cuatro circuitos sin arco volante. El lado de baja tensión está provisto de una línea neutra y una línea de tierra, ambas dispuestas en la parte inferior del gabinete de baja tensión.
La barra de baja tensión del transformador se introduce en el equipo de conmutación de baja tensión desde el compartimento de alimentación de emergencia, diseñado para ser desmontable. Después de la conversión de cableado, se convierte en un alimentador de baja tensión al cable de salida en la parte inferior del gabinete de baja tensión. El número de circuitos de salida se puede diseñar de manera flexible según sea necesario. El compartimento de alimentación de emergencia debe ir acompañado de instrucciones de operación, y el pozo de hombre es conveniente para el mantenimiento manual.
(4) Sala de automatización. La subestación prefabricada está equipada con una sala de automatización independiente, en la cual el terminal de automatización de distribución (DTU) monitorea y controla las condiciones de operación de los circuitos de línea de entrada y salida de 10 kV, logrando funciones como medición remota, señalización remota, control remoto y ajuste remoto. El DTU utiliza preferentemente la energía de la red para el suministro de energía. Cuando no hay condiciones para el suministro de energía de la red, utiliza un transformador de potencial para el suministro de energía y utiliza una batería de respaldo como fuente de energía de respaldo.
Tiene un módulo de gestión de energía incorporado, que puede satisfacer la salida de AC220V y DC24V y proporciona una fuente de alimentación de corriente alterna AC220V para el mecanismo de operación eléctrica de la unidad de distribución. El DTU admite múltiples métodos de comunicación y protocolos de comunicación, y tiene 2 interfaces serie RS-485 y 2 interfaces de red (RJ45), compatibles con protocolos como IEC101, IEC104 y CDT; el DTU se instala en su totalidad en un gabinete empotrado, utilizando un conector aeronáutico, lo que facilita la desmontaje, instalación y mantenimiento en el sitio, y puede cumplir con los requisitos de disposición espacial de un conjunto de terminales y fuentes de alimentación de respaldo.
(5) Sala de comunicaciones. La subestación prefabricada está equipada con una sala de comunicaciones independiente, que está configurada internamente con un armario de distribución óptica, un switch de Ethernet industrial y una unidad de red óptica, y reserva las ranuras de cableado y los orificios de entrada y salida para cables de comunicación óptica, colas de cerdo y cables de alimentación. Esta sala puede transmitir los datos de monitoreo dentro de la subestación prefabricada a la plataforma de monitoreo inteligente, para monitorear su estado de funcionamiento y datos en tiempo real.
(6) Sala de recogida de energía. La sala de recogida de energía se encuentra encima de la sala de comunicaciones. Está equipada con posiciones de instalación para terminales de transformador de distribución inteligentes, concentradores y contadores generales de la zona de transformador, así como espacios de instalación para bloques terminales y cajas de prueba de cableado combinado, y reserva las ranuras de cableado y los orificios de entrada y salida para señales de muestreo y cables de comunicación.
Esta sala se encarga de medir varios parámetros de funcionamiento de la subestación prefabricada y es el centro de comunicación de los datos de energía. Por un lado, recopila y almacena los datos de energía emitidos en forma de comunicación en serie por los contadores de energía digitales. Por otro lado, transmite los datos de energía recopilados al ordenador principal de la estación principal del sistema de facturación de energía eléctrica a través del canal ascendente.
2.3 Diseño del dispositivo de puesta a tierra
El electrod de puesta a tierra de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente utiliza tubo de hierro galvanizado. La barra de tierra de la base de acero laminado en canal está provista de 2 terminales de tierra de cobre conectados al electrod de tierra, con una sección de contacto eléctrico de 160 mm² y signos evidentes. La línea neutra de baja tensión del transformador se conecta directamente al cuerpo de tierra. Entre ellos, la sala de transformadores, la sala de alta tensión y la sala de baja tensión están conectadas entre sí mediante terminales de tierra.
Se añaden mangas protectores transparentes a los cables de tierra de seguridad secundaria de los equipos eléctricos, y los cables de cobre tienen una sección de 4 mm²; todas las puertas de gabinetes, partes metálicas y marcos metálicos están conectados continuamente y de manera confiable a tierra. La red de tierra externa de la fundación se introduce en la parte inferior de la subestación prefabricada desde el interior de la fundación y se conecta a los terminales de tierra en la estación, utilizando un método de enterramiento directo. La resistencia de tierra de la subestación prefabricada no es mayor de 1 Ω.
3 Requisitos técnicos de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente
3.1 Principio eléctrico
La subestación prefabricada miniaturizada e inteligente es adecuada para la red de distribución de un sistema de CA trifásico de 10/0.4 kV. Integra equipos de conmutación de alta tensión, transformadores de distribución y dispositivos de distribución de baja tensión según un esquema de cableado específico. El lado de alta tensión adopta un cableado de barra única, con dos líneas de entrada y una línea de salida. Se establece una protección por fusible en el lado del transformador. Después de ser transformada por el transformador de distribución, la barra de baja tensión se puede diseñar con 4 líneas de alimentación de baja tensión según sea necesario, y no se establece un interruptor principal de baja tensión.
3.2 Lugares de aplicación
Esta subestación prefabricada miniaturizada e inteligente es ampliamente aplicable a lugares al aire libre como la renovación de la red de distribución urbana, comunidades residenciales, fábricas y empresas, edificios de oficinas comerciales, distritos comerciales, áreas verdes públicas, áreas de protección cultural y parques.
3.3 Condiciones ambientales de uso
Altitud: no superior a 1,000 m.
Temperatura ambiente: la más baja es -25 °C, la más alta es 45 °C; la temperatura media anual más alta no supera los 20 °C, y la temperatura media mensual más alta no supera los 35 °C.
Humedad relativa: a 20 °C, la media mensual más alta no supera el 90%, y la media diaria más alta no supera el 95%.
Resistencia sísmica: la aceleración horizontal del suelo no supera 0.2 g (g representa la aceleración debida a la gravedad), y la aceleración vertical del suelo es 0.1 g.
Intensidad de la luz solar: cuando la velocidad del viento es de 0.5 m·s⁻¹, la intensidad de radiación solar no supera 0.1 W·cm⁻².
Espesor máximo de la cubierta de hielo: 10 mm.
Nivel de contaminación: no superior al nivel III
Inclinación del suelo: no mayor de 3°.
Ubicación de instalación: al aire libre, sin riesgos de explosión, incendios, corrosión química o vibraciones severas.
Si no cumple con las condiciones ambientales normales de uso mencionadas anteriormente, es necesario negociarlo y resolverlo entre el usuario y el fabricante.
4 Aceptación del prototipo de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente
La subestación prefabricada miniaturizada e inteligente fue prototipada por Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. El Centro de Inspección de Calidad para Equipos de Transmisión y Distribución de Alta Tensión de la Industria Mecánica realizó pruebas en los componentes principales según las normas nacionales e industriales relevantes, y los resultados de las pruebas fueron satisfactorios. La Compañía de Electricidad del Estado de Shanghai realizó una aceptación integral del tamaño, apariencia y rendimiento de este prototipo, y los resultados de la aceptación fueron satisfactorios.
5 Conclusión
La subestación prefabricada miniaturizada e inteligente desarrollada en este artículo integra las ventajas de las subestaciones prefabricadas existentes en el país y en el extranjero. Tiene las ventajas de una estructura simple, un pequeño espacio de ocupación, seguridad y confiabilidad, belleza y protección ambiental, exención de inspección y mantenimiento, y bajos requisitos de mantenimiento. Tiene un importante valor promocional y de aplicación en la construcción y renovación de la red de distribución urbana.
