Pagpapaunlad at Paggamit ng Miniaturized Intelligent Prefabricated Substation

Sa pagtamo ng mas mabilis na pagtatayo ng mga smart city, ang urbano na network ng distribution ay patuloy na binabago at pinapabuti, at ang pagtatayo ng mga proyekto para sa undergrounding ng overhead line ay patuloy na nasa maayos na pag-unlad. Maraming 10 kV overhead lines ang inaalis at pinapalitan ng mga underground cables. Sa pag-consider ng kasalukuyang sitwasyon tulad ng limitadong espasyo sa ilang mga daan ng lungsod at kakulangan ng lugar para sa pag-install ng mga equipment, mas mataas na mga requirement ang inilalapat sa volume, structure, at performance ng mga tradisyonal na prefabricated substations.

Batay sa application ng mga tradisyonal na prefabricated substations, ang artikulong ito ay naglalayong mag-conduct ng pagsasaliksik at analisis at mag-disenyo ng isang miniaturized, intelligent, at landscaped prefabricated substation. Ang prefabricated substation na ito ay may kompak na structure, matatag na performance, malakas na practicality, at mataas na power supply reliability. Ito ay maaaring gumamit ng intensibong urbanong espasyo, makamit ang harmoniya at unity sa kapaligiran, at maaaring malawakang ma-apply sa mga proyekto ng upgrading at renovation ng urbano na network ng distribution.

1 Pagkakaayos ng Anyo ng Miniaturized Intelligent Prefabricated Substation

Sa pag-consider ng mga requirement tulad ng heograpikal na lokasyon, rate ng paggamit ng espasyo, at mga limitasyon ng kapaligiran, ang miniaturized intelligent prefabricated substation ay gumagamit ng mahaba at maliit na layout. Ang volume nito ay tanging dalawang-tres ng orihinal na prefabricated substation. Ang casing (kasama ang top, doors, bottom, at internal metal components) at mga attachment nito ay gawa ng 304 stainless steel, habang ang interior ay gumagamit ng SGCC hot-dip galvanized thin steel plates, at ang mga heat-insulating at flame-retardant materials ay idinagdag sa mga paligid ng wall. Ang outer surface ay painted na dark green, na parehong maganda at environment-friendly.

Ang casing ay may sapat na mechanical strength at seismic performance upang tiyakin na hindi ito madaling masira o deformed sa panahon ng transport, installation, at hoisting. Ang top ng casing ay gumagamit ng "herringbone" structure na may slope ng 5°. Ito ay double-layer structure na may epekto ng pag-isolate ng sunlight radiation. Ito ay equipped ng anti-backflow eaves at ventilation duct, at ang top ng casing ay detachable. Ang mga doors ng casing ay may double-layer anti-theft bolt structure at bukas pababa. Ang bottom ng casing ay hot-dip galvanized at seamless na konektado sa katawan ng casing. May manhole sa ilalim, at ang sealing strips ay installed sa paligid ng manhole. Ang flammability-resistant cable sealing devices ay provided sa parehong sides, na may magandang sealing at complete moisture-proof measures.

Ang lahat ng welding parts at joints ng external components ng miniaturized intelligent prefabricated substation ay well sealed, at ito ay may characteristics tulad ng water resistance, dust resistance, corrosion resistance, at protection against ultraviolet radiation. Ito ay parehong maganda at environment-friendly. Walang pangangailangan para sa maintenance, ang normal service life nito ay maaaring umabot hanggang 40 taon.

2 Structure at Layout Functions ng Miniaturized Intelligent Prefabricated Substation
2.1 Disenyo ng Structural Layout

Ang structure ng miniaturized intelligent prefabricated substation ay simple. Ang interior ng casing ay nahahati sa anim na pangunahing functional rooms: ang transformer room, high-voltage room, low-voltage room, automation room, communication room, at power consumption collection room. Ang mga functional rooms na ito ay ganap na hiwalay mula sa isa't isa at arranged sa "eye" shape.

Ang substation na ito ay maaaring may doors sa apat na sides, na sumasaklaw sa maintenance requirements ng pagbubuksan ng doors sa tatlong sides. Ang protective doors ng high-voltage room at low-voltage room ay equipped ng mechanical interlocks upang tiyakin na ang door ng high-voltage room ay maaaring buksan lamang kapag ang door ng low-voltage room ay bukas. Ang bawat functional room ay gumagamit ng independent natural ventilation method upang matugunan ang mga requirement ng lahat ng electrical equipment para sa temperatura at humidity. Kapag kinakailangan, maaaring idagdag ang heaters, dehumidifiers, at iba pang equipment upang tiyakin ang ligtas at reliable operation nito sa labas.

Ang mga pangunahing components ng substation na ito ay kinabibilangan ng: oil-immersed transformers, 10 kV ring main unit low-voltage plastic shell air switches (sa low-voltage side) na sealed ng SF6 gas, standardized emergency power supply quick interfaces (sa low-voltage busbar side), pati na rin ang station terminal units, general meters, concentrators, intelligent configuration terminals, optical fiber communication terminals, atbp.

2.2 Disenyo ng Functional Rooms

(1) Transformer Room. Ang transformer room ay kasama ang transformers, radiators, busbar wiring, at safety protection nets, atbp. Ang transformer ay gumagamit ng first-level energy efficiency fully sealed silicon steel sheet o amorphous alloy oil-immersed distribution transformer. Ang high-voltage side ay equipped ng prefabricated pluggable cable heads, at ang low-voltage bushings ay equipped ng insulation protection sleeves. Ang capacity ay maaaring pumili ng 500 kV·A o 630 kV·A.

(2) High-Voltage Room. Ang high-voltage room ay binubuo ng 10 kV ring main units, na nahahati sa incoming line at outgoing line unit cabinets, at ang dalawa ay independently enclosed. Ang ring main unit ay may fully insulated at common box structure, na gumagamit ng SF6 gas para sa arc extinguishing at insulation. Ang gas box ay equipped ng gas pressure display device na may normally open alarm auxiliary node. Ang gas box at cabinet body ay gawa ng 304 stainless steel at high-quality aluminum-clad zinc plate materials, at ang surface ng cabinet body ay gumagamit ng electrostatic epoxy spraying process.

Ang unit cabinet ay nahahati sa secondary room, load switch room, at cable room mula sa itaas hanggang sa ibaba. Ang secondary compartment ay nasa itaas ng unit cabinet. Ang panel ng compartment ay equipped ng on-off switches, on-off indicator lights, remote/local transfer switches, pati na rin ang fault at live indicators, atbp. Ang load switch unit ng unit cabinet ay karaniwang pumipili ng combined electrical appliance ng load switch at current-limiting fuse. Kung saan, ang load switch ay maaaring i-break ang specified load current at transfer current kapag may fault sa low-voltage side ng transformer; ang current-limiting fuse ay maaaring i-cut ang iba't ibang phase-to-phase, grounding short-circuit currents, at overload currents.

Ang load switch ay maaaring makamit ang opening, closing, at grounding sa pamamagitan ng electric at manual operations, at ang operation nito ay simple at convenient. Ang load switch unit at grounding switch unit ay may reliable "five-prevention" interlocking function. Ang cable room ng unit cabinet ay pangunahing gumagamit ng high-voltage cable trench para sa incoming at outgoing lines mula sa underground. Ang posisyon ng incoming at outgoing cable terminals ay convenient para sa installation, at ang open-type high-voltage current transformer ay installed.

(3) Low-Voltage Room. Ang low-voltage room ay pangunahing binubuo ng low-voltage switchgear, emergency power supply compartments, at manholes, atbp. Ang kulay ng low-voltage cabinet body ay pareho sa high-voltage cabinet, na gumagamit ng RAL7035. Ang pluggable digital multi-functional meter ay installed sa panel ng low-voltage cabinet, na maaaring ipakita ang voltage at current at supports RS-485 communication. Ang low-voltage outgoing lines ay gumagamit ng 4-circuit zero-flying-arc plastic shell air switches. Ang low-voltage side ay may neutral line at ground line, na parehong arranged sa ilalim ng low-voltage cabinet.

Ang low-voltage busbar ng transformer ay introduced sa low-voltage switchgear mula sa emergency power supply compartment, na designed na detachable. Matapos ang wiring conversion, ito ay naging low-voltage feeder sa outgoing cable sa ilalim ng low-voltage cabinet. Ang bilang ng output circuits ay maaaring flexibly designed ayon sa requirements. Ang emergency power supply compartment ay dapat kasama ng operation instructions, at ang manhole ay convenient para sa manual maintenance.

(4) Automation Room. Ang prefabricated substation ay equipped ng independent automation room, kung saan ang distribution automation terminal (DTU) ay nag-monitor at nag-control ng operating conditions ng 10 kV incoming at outgoing line circuits, na nag-aachieve ng functions tulad ng remote measurement, remote signaling, remote control, at remote adjustment. Ang DTU ay preferentially gumagamit ng mains power para sa power supply. Kapag walang kondisyon para sa mains power supply, ito ay gumagamit ng potential transformer para sa power supply at gumagamit ng supporting storage battery bilang backup power source.

Ito ay may built-in power management module, na maaaring matugunan ang output ng AC220V at DC24V at nagbibigay ng AC220V alternating current power source para sa electric operation mechanism ng ring main unit.Ang DTU ay supports multiple communication methods at communication protocols, at may 2 RS-485 serial interfaces at 2 network interfaces (RJ45), na compatible sa protocols tulad ng IEC101, IEC104, at CDT; ang DTU ay installed bilang isang buong wall-mounted cabinet, na gumagamit ng aviation plug, na convenient para sa on-site disassembly, installation, at maintenance, at maaaring matugunan ang space layout requirements ng isang set ng terminals at backup power sources.

(5) Communication Room. Ang prefabricated substation ay equipped ng independent communication room, na internally configured ng optical distribution frame, industrial Ethernet switch, at optical network unit, at reserves ang wiring slots at incoming at outgoing holes para sa communication optical cables, pigtails, at power cables. Ang kwarto na ito ay maaaring mag-transmit ng monitoring data sa loob ng prefabricated substation sa intelligent monitoring platform, upang mapagmasdan nang real-time ang operating status at data nito.

(6) Power Consumption Collection Room. Ang power consumption collection room ay nasa itaas ng communication room. Ito ay equipped ng installation positions para sa intelligent distribution transformer terminals, concentrators, at general meters ng transformer area, pati na rin ang installation spaces para sa terminal blocks at combined wiring test boxes, at reserves ang wiring slots at incoming at outgoing holes para sa sampling signals at communication cables.

Ang kwarto na ito ay responsable sa pag-measure ng iba't ibang operating parameters ng prefabricated substation at ito ang communication hub ng electric energy data. Sa isa na banda, ito ay collects at stores ang electric energy data output sa form ng serial communication ng digital electric energy meters. Sa kabilang banda, ito ay transmits ang collected electric energy data sa upper computer ng main station ng electric energy billing automation system sa pamamagitan ng upstream channel.

2.3 Disenyo ng Grounding Device

Ang grounding electrode ng miniaturized intelligent prefabricated substation ay gumagamit ng galvanized iron pipe. Ang grounding busbar ng channel steel base ay may 2 copper grounding terminals na connected sa grounding electrode, na may electrical contact cross-sectional area ng 160 mm² at obvious signs. Ang low-voltage neutral line ng transformer ay directly connected sa grounding body. Kung saan, ang transformer room, high-voltage room, at low-voltage room ay connected sa bawat isa gamit ang grounding terminals.

Ang secondary safety grounding wires ng electrical equipment ay added ng transparent protective sleeves, at ang copper wires ay may cross-sectional area ng 4 mm²; lahat ng cabinet doors, metal parts, at metal frames ay continuously at reliably connected sa ground. Ang external grounding grid ng foundation ay introduced sa ilalim ng prefabricated substation mula sa inner side ng foundation at connected sa grounding terminals sa loob ng station, na gumagamit ng direct burial method. Ang grounding resistance ng prefabricated substation ay hindi lumampas sa 1 Ω.

3 Technical Requirements ng Miniaturized Intelligent Prefabricated Substation
3.1 Electrical Principle

Ang miniaturized intelligent prefabricated substation ay suitable para sa distribution network ng 10/0.4 kV three-phase AC system. Ito ay integrates ang high-voltage switchgear, distribution transformers, at low-voltage distribution devices ayon sa specific wiring scheme. Ang high-voltage side ay gumagamit ng single busbar wiring, na may dalawang incoming lines at isang outgoing line. Ang fuse protection ay set sa transformer side. Matapos ang transformation ng distribution transformer, ang low-voltage busbar ay maaaring designed ng 4 low-voltage feeder lines ayon sa needs, at walang low-voltage main switch na set.

3.2 Applicable Places

Ang miniaturized intelligent prefabricated substation na ito ay malawakang applicable sa outdoor places tulad ng urbano na network ng distribution renovation, residential communities, factories at enterprises, commercial office buildings, business districts, public green areas, cultural protection areas, at parks.

3.3 Environmental Conditions for Use

• Altitude: hindi lumampas sa 1,000 m.

•  Ambient temperature: ang pinakamababa ay -25 °C, ang pinakamataas ay 45 °C; ang pinakamataas na annual average temperature ay hindi lumampas sa 20 °C, at ang pinakamataas na monthly average temperature ay hindi lumampas sa 35 °C.

• Relative humidity: sa 20 °C, ang pinakamataas na monthly average ay hindi lumampas sa 90%, at ang pinakamataas na daily average ay hindi lumampas sa 95%.

• Seismic resistance: ang ground horizontal acceleration ay hindi lumampas sa 0.2 g (g represents the acceleration due to gravity), at ang ground vertical acceleration ay 0.1 g.

• Sunshine intensity: kapag ang wind speed ay 0.5 m·s⁻¹, ang solar radiation intensity ay hindi lumampas sa 0.1 W·cm⁻².

• Maximum ice coating thickness: 10 mm.

•  Pollution level: hindi lumampas sa level III

• Ground inclination: hindi lumampas sa 3°.

• Installation location: outdoor, without explosion hazards, fires, chemical corrosion, or severe vibrations.

Kapag hindi ito sumasang-ayon sa mga nabanggit na normal environmental conditions for use, ito ay kailangang negosyahan at i-resolve ng user at manufacturer.

4 Prototype Acceptance ng Miniaturized Intelligent Prefabricated Substation

Ang miniaturized intelligent prefabricated substation ay prototyped ng Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Ang Quality Inspection Center for High-Voltage Transmission and Distribution Equipment of the Machinery Industry ay nag-conduct ng tests sa mga pangunahing components ayon sa relevant national standards at industry standards, at ang resulta ng test ay qualified. Ang State Grid Shanghai Electric Power Company ay nag-conduct ng comprehensive acceptance sa size, appearance, at performance ng prototype na ito, at ang resulta ng acceptance ay qualified.

5 Conclusion

Ang miniaturized intelligent prefabricated substation na in-develop sa artikulong ito ay integrates ang mga advantages ng existing prefabricated substations sa bansa at abroad. Ito ay may mga advantages ng simple structure, small footprint, safety and reliability, beauty and environmental protection, exemption from inspection and maintenance, at low maintenance requirements. Ito ay may mahalagang promotional at application value sa construction at renovation ng urbano na network ng distribution.