Vývoj a aplikace miniaturizované inteligentní předvázané podpřípojky

S rychlým rozvojem inteligentních měst se městské distribuční sítě neustále modernizují a renovují, a projekty zakopávání povrchových vedení postupují stabilně. Mnoho 10 kV povrchových vedení je nahrazováno podzemními kabely. Vzhledem k současné situaci, jako je omezený prostor na některých městských cestách a nedostatek míst pro instalaci zařízení, jsou kladené vyšší požadavky na objem, strukturu a výkon tradičních předvýrobních transformátorových stanic.

Na základě použití tradičních předvýrobních transformátorových stanic tato práce provádí výzkum a analýzu a navrhuje minimalizovanou, inteligentní a krajinářsky laděnou předvýrobní transformátorovou stanici. Tato předvýrobní transformátorová stanice má kompaktní strukturu, stabilní výkon, silnou praktickou hodnotu a vysokou spolehlivost dodávky elektrické energie. Může intenzivně využívat jádrové městské prostory, dosahovat harmonie a jednoty s okolím a lze ji široce aplikovat v projektech modernizace a renovace městských distribučních sítí.

1 Návrh vzhledu minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice

Zohledňujíc v požadavcích, jako je geografická poloha, využití prostoru a environmentální omezení, adopuje minimalizovaná inteligentní předvýrobní transformátorová stanice dlouhou a úzkou dispozici. Její objem činí pouze dvě třetiny objemu původní předvýrobní transformátorové stanice. Obal (včetně vrchní části, dveří, spodní části a interních kovových komponent) a jeho příslušenství jsou vyrobeny z nerezové oceli 304, zatímco interiér používá tenké ocelové plechy s horkým cínováním SGCC, a do stěn jsou přidány tepelně izolační a plamenně odolné materiály. Povrch je natřen tmavě zelenou barvou, což je esteticky příjemné a ekologické.

Obal má dostatečnou mechanickou pevnost a seismické vlastnosti, aby byl během přepravy, instalace a zdvihu obtížně poškozen nebo deformován. Vrchní část obalu má „housenkovou“ strukturu s sklonem 5°. Jedná se o dvojvrstvou strukturu, která má efekt izolace slunečního záření. Je vybavena protiobratovým okapem a ventilačním kanálem, a vrchní část obalu je demontovatelná. Dveře obalu mají dvojvrstvou protiokrádežní šroubovací strukturu a otevírají se ven. Spodní část obalu je horko cínovaná a bezšvově spojena s tělem obalu. U spodku je otvor pro vstup, kolem něhož jsou nainstalovány uzavírací pásky. Na obou stranách jsou poskytnuty plamenně odolné zařízení pro uzavírání kabelů s dobrým uzavíráním a kompletními opatřeními proti vlhkosti.

Všechna svářená místa a spoje externích komponent minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice jsou dobře uzavřená a má vlastnosti odolnosti vůči vodě, prachu, korozi a ochraně proti UV záření. Je jak esteticky příjemná, tak ekologická. Bez potřeby údržby může její normální životnost dosáhnout až 40 let.

2 Struktura a funkce rozvržení minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice
2.1 Návrh strukturního rozvržení

Struktura minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice je jednoduchá. Interiér obalu je rozdělen na šest hlavních funkčních místností: místnost transformátoru, vysokotlažná místnost, nízkotlažná místnost, automatizační místnost, komunikační místnost a místnost pro sběr spotřeby. Tyto funkční místnosti jsou naprosto oddělené a uspořádané ve tvaru „oko“.

Tato stanice může mít dveře na všech čtyřech stranách, splňující požadavky údržby otevření dveří na třech stranách. Chráněné dveře vysokotlažné a nízkotlažné místnosti jsou vybaveny mechanickými zámky, aby zajistily, že dveře vysokotlažné místnosti mohou být otevřeny pouze tehdy, když jsou otevřeny dveře nízkotlažné místnosti. Každá funkční místnost používá nezávislou přirozenou ventilační metodu, aby splnila požadavky všech elektrických zařízení na teplotu a vlhkost. Pokud je to nutné, lze přidat topiče, odvlhčovače a další zařízení, aby se zajistilo bezpečné a spolehlivé fungování venku.

Hlavní komponenty této stanice zahrnují: olejové transformátory, 10 kV okruhové hlavní jednotky nízkotlažné plastové obalové vzduchové spínače (na nízkotlažné straně) uzavřené SF6 plynným obsahem, standardizované rychlé rozhraní nouzového zásobení (na straně nízkotlažné sběrnice), stejně jako terminálové jednotky stanice, univerzální měřicí přístroje, koncentrátoře, inteligentní konfigurační terminály, optické komunikační terminály atd.

2.2 Návrh funkčních místností

(1) Místnost transformátoru. Místnost transformátoru zahrnuje transformátory, chladicí prvky, sběrnice a bezpečnostní síť apod. Transformátor používá první stupeň energetické efektivity plně uzavřené silikonové oceli nebo amorfické slitiny olejového distribučního transformátoru. Vysokotlažná strana je vybavena předvýrobními zapichovacími kabelemi, a nízkotlažné bushingy jsou vybaveny izolačními ochrannými pouzdry. Kapacita může být vybrána jako 500 kV·A nebo 630 kV·A.

(2) Vysokotlažná místnost. Vysokotlažná místnost je složena z 10 kV okruhových hlavních jednotek, které jsou rozděleny na příchozí a odchozí jednotkové skříně, a jsou samostatně uzavřeny. Okruhová hlavní jednotka má plně izolovanou a společnou boxovou strukturu, používající SF6 plyn pro uhasení oblouku a izolaci. Plynová skříň je vybavena indikátorem tlaku plynu s často otevřeným pomocným uzavíracím kontaktem. Plynová skříň a tělo skříně jsou vyrobeny z nerezové oceli 304 a kvalitního aluminiově pokrytého cínového listu, a povrch těla skříně je vyroben pomocí statické epoxidové sprejovací technologie.

Jednotková skříň je rozdělena na sekundární místnost, místnost pro zátěžové spínače a místnost pro kabely shora dolů. Sekundární místnost se nachází v horní části jednotkové skříně. Panel místnosti je vybaven spínači, ukazateli stavu, přepínači mezi lokálním a vzdáleným řízením, stejně jako ukazateli chyb a života. Zátěžová jednotka jednotkové skříně obvykle volí kombinované elektrické zařízení zátěžového spínače a proudového čidlo. Mezi nimi může zátěžový spínač přerušit určený zátěžový proud a přenosový proud při výpadku na nízkotlažné straně transformátoru; proudové čidlo může přerušit různé fázové, zemnicové krátké spojení a přetížení.

Zátěžový spínač může dosáhnout otevření, zavření a zemnice prostřednictvím elektrického a ručního ovládání, a ovládání je jednoduché a pohodlné. Zátěžová jednotka a zemnická jednotka mají spolehlivou funkci „pěti prevencí“. Kabelová místnost jednotkové skříně primárně používá vysokotlažnou kabelovou rovinku pro příchod a odchod pod zemí. Poloha příchozích a odchozích kabelových konektorů je vhodná pro instalaci, a je nainstalován otevřený vysokotlažný proudový transformátor.

(3) Nízkotlažná místnost. Nízkotlažná místnost je hlavně složena z nízkotlažných spínačových skříní, místností pro nouzové zásobení a otvorů pro vstup. Barva těla nízkotlažné skříně je stejná jako u vysokotlažné skříně, používá RAL7035. Na panelu nízkotlažné skříně je nainstalován zapichovací digitální multifunkční měřicí přístroj, který může zobrazit napětí a proud a podporuje RS-485 komunikaci. Nízkotlažné odchozí linky používají 4-circuitové nulové bezobloukové plastové obalové vzduchové spínače. Nízkotlažná strana má neutrální a zemnickou linku, které jsou umístěny na dně nízkotlažné skříně.

Nízkotlažná sběrnice transformátoru je zavedena do nízkotlažné spínačové skříně z místnosti pro nouzové zásobení, navržena tak, aby byla demontovatelná. Po převodu drátů se stane nízkotlažným vedením k odchozímu kabelu na dně nízkotlažné skříně. Počet výstupních okruhů lze flexibilně navrhnout podle požadavků. Místnost pro nouzové zásobení by měla být doplněna o instrukce k použití, a otvor pro vstup je pohodlný pro ruční údržbu.

(4) Automatizační místnost. Předvýrobní transformátorová stanice je vybavena nezávislou automatizační místností, ve které distribuční automatizační terminál (DTU) monitoruje a kontroluje pracovní podmínky 10 kV příchozích a odchozích vedení, dosahujíc funkcí, jako jsou vzdálené měření, vzdálené signalizace, vzdálené řízení a vzdálené nastavení. DTU preferuje příjem elektřiny z hlavní sítě. Když nejsou splněny podmínky pro příjem elektřiny z hlavní sítě, používá napěťový transformátor pro příjem elektřiny a používá doprovodnou akumulační baterii jako záložní zdroj elektřiny.

Má vestavěný modul správy energie, který může splnit výstup AC220V a DC24V a poskytuje střídavý proudu AC220V pro elektrický pohon okruhové hlavní jednotky.DTU podporuje několik komunikačních metod a protokolů, a má 2 sériové rozhraní RS-485 a 2 síťová rozhraní (RJ45), která jsou kompatibilní s protokoly, jako jsou IEC101, IEC104 a CDT; DTU je celkově instalován ve stěnové skříni, používá letecký konektor, což je pohodlné pro místní demontáž, instalaci a údržbu, a může splnit požadavky na prostorové rozvržení sady terminálů a záložního zdroje elektřiny.

(5) Komunikační místnost. Předvýrobní transformátorová stanice je vybavena nezávislou komunikační místností, která je interně vybavena optickou distribuční skříní, průmyslovým ethernetovým přepínačem a optickou síťovou jednotkou, a rezervuje sloty pro dráty a otvory pro příchod a odchod komunikačních optických kabelů, pigtails a vodičů. Tato místnost může přenášet monitorovací data uvnitř předvýrobní transformátorové stanice na inteligentní monitorovací platformu, aby bylo možné sledovat její pracovní stav a data v reálném čase.

(6) Místnost pro sběr spotřeby. Místnost pro sběr spotřeby se nachází nad komunikační místností. Je vybavena instalací pro inteligentní distribuční transformátorové terminály, koncentrátoře a univerzální měřicí přístroje transformátorového pole, stejně jako instalací pro terminálové bloky a kombinované přípojné testovací skříně, a rezervuje sloty pro dráty a otvory pro příchod a odchod vzorkovacích signálů a komunikačních vodičů.

Tato místnost je odpovědná za měření různých pracovních parametrů předvýrobní transformátorové stanice a je komunikačním centrem dat elektrické energie. Na jedné straně shromažďuje a ukládá data elektrické energie vytvořená v sériové komunikaci digitálními měřicími přístroji. Na druhé straně přenáší shromážděná data elektrické energie na hlavní počítač hlavní stanice systému automatické fakturace elektrické energie prostřednictvím výše směrovaného kanálu.

2.3 Návrh zemnícího zařízení

Zemnící elektroda minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice používá hořčíkovou trubku. Zemnící sběrnice z profilového nosníku je vybavena 2 měděnými zemnícími konektory spojenými s zemnící elektrodou, s elektrickým stykovým plochovým obsahem 160 mm² a výraznými značkami. Neutrální linka nízkotlažného transformátoru je přímo spojena s zemnícím tělesem. Mezi nimi jsou místnost transformátoru, vysokotlažná místnost a nízkotlažná místnost spojeny mezi sebou pomocí zemnících konektorů.

Druhotné bezpečnostní zemnící dráty elektrických zařízení jsou opatřeny průhlednými ochrannými pouzdry, a měděné dráty mají plochový obsah 4 mm²; všechny dveře skříně, kovové části a kovové rámy jsou nepřetržitě a spolehlivě spojeny s zemí. Externí zemnící síť základny je zavedena do dna předvýrobní transformátorové stanice ze vnitřní strany základny a spojena s zemnícími konektory v stanici, používá se přímá zákopová metoda. Zemnící odpor předvýrobní transformátorové stanice není větší než 1 Ω.

3 Technické požadavky minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice
3.1 Elektrický princip

Minimalizovaná inteligentní předvýrobní transformátorová stanice je vhodná pro distribuční síť trojfázového střídavého systému 10/0.4 kV. Integruje vysokotlažná spínačová zařízení, distribuční transformátory a nízkotlažná distribuční zařízení podle specifického schématu připojení. Vysokotlažná strana používá jednosběrní připojení, s dvěma příchozími a jedním odchozím vedením. Na straně transformátoru je nastavena ochrana přetoku. Po transformaci distribučním transformátorem může být nízkotlažná sběrnice navržena s 4 nízkotlažnými odchozími vedeními podle potřeb, a není nastaven hlavní nízkotlažný spínač.

3.2 Použitelné místa

Tato minimalizovaná inteligentní předvýrobní transformátorová stanice je široce použitelná na venkovních místech, jako jsou modernizace městských distribučních sítí, bytové komunity, továrny a podniky, komerční kancelářské budovy, obchodní oblasti, veřejné zeleň, kulturní chráněné oblasti a parky.

3.3 Environmentální podmínky použití

• Nadmorská výška: nevyšší než 1 000 m.

•  Okolní teplota: nejnižší -25 °C, nejvyšší 45 °C; nejvyšší roční průměrná teplota nevyšší než 20 °C, a nejvyšší měsíční průměrná teplota nevyšší než 35 °C.

• Relativní vlhkost: při 20 °C, nejvyšší měsíční průměr nevyšší než 90 %, a nejvyšší denní průměr nevyšší než 95 %.

• Odpornost na zemětřesení: horizontální zrychlení země nevyšší než 0,2 g (g znamená zrychlení gravitace), a vertikální zrychlení země 0,1 g.

• Intenzita slunečního záření: při rychlosti větru 0,5 m·s⁻¹, intenzita slunečního záření nevyšší než 0,1 W·cm⁻².

• Maximální tloušťka ledového povlaku: 10 mm.

•  Úroveň znečištění: nevyšší než III. stupeň

• Sklon terénu: nevětší než 3°.

• Umístění instalace: venku, bez rizika exploze, požáru, chemické korozí nebo silných vibrací.

Pokud neodpovídá výše uvedeným běžným environmentálním podmínkám použití, je třeba dohodnout a vyřešit mezi uživatelem a výrobce.

4 Prototypová akceptace minimalizované inteligentní předvýrobní transformátorové stanice

Minimalizovaná inteligentní předvýrobní transformátorová stanice byla prototypována společností Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Kontrolní středisko pro vysokotlažná přenosová a distribuční zařízení strojírenství provedlo testy hlavních komponent podle relevantních národních a průmyslových standardů, a výsledky testů byly kvalifikované. Státní síť Shanghai Electric Power Company provedla komplexní akceptaci velikosti, vzhledu a výkonu tohoto prototypu, a výsledky akceptace byly kvalifikované.

5 Závěr

Minimalizovaná inteligentní předvýrobní transformátorová stanice vyvinutá v tomto článku integruje výhody existujících předvýrobních transformátorových stanic doma i v zahraničí. Má výhody jednoduché struktury, malého plošného obsahu, bezpečnosti a spolehlivosti, estetické a ekologické hodnoty, výjimky z inspekce a údržby, a nízkých požadavků na údržbu. Má důležitou propagandistickou a aplikovanou hodnotu v konstrukci a modernizaci městských distribučních sítí.