Développement et Application d'une Sous-Station Préfabriquée Miniaturisée Intelligente
Avec l'accélération de la construction des villes intelligentes, le réseau de distribution urbain est constamment mis à niveau et rénové, et les projets d'enterrage des lignes aériennes progressent également de manière stable. Un grand nombre de lignes aériennes de 10 kV sont remplacées par des câbles souterrains. Étant donné la situation actuelle telle que l'espace limité sur certaines routes urbaines et un manque de sites d'installation d'équipements, des exigences plus élevées sont posées sur le volume, la structure et les performances des postes de transformation préfabriqués traditionnels.
Sur la base de l'application des postes de transformation préfabriqués traditionnels, cet article mène des recherches et des analyses, et conçoit un poste de transformation préfabriqué miniaturisé, intelligent et paysager. Ce poste de transformation préfabriqué se caractérise par une structure compacte, des performances stables, une forte praticité et une haute fiabilité d'alimentation électrique. Il peut optimiser l'utilisation de l'espace central urbain, réaliser l'harmonie et l'unité avec l'environnement environnant, et peut être largement appliqué aux projets de mise à niveau et de rénovation des réseaux de distribution urbains.
1 Conception extérieure du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent
En tenant compte des exigences telles que l'emplacement géographique, le taux d'utilisation de l'espace et les limitations environnementales, le poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent adopte une disposition longue et étroite. Son volume n'est que les deux tiers de celui du poste de transformation préfabriqué original. Le boîtier (y compris le dessus, les portes, le fond et les composants métalliques internes) et ses accessoires sont tous fabriqués en acier inoxydable 304, tandis que l'intérieur utilise des plaques d'acier galvanisé à chaud SGCC, et des matériaux isolants thermiques et ignifuges sont ajoutés aux murs périphériques. La surface extérieure est peinte en vert foncé, ce qui est à la fois esthétique et écologique.
Le boîtier dispose d'une résistance mécanique suffisante et de performances sismiques pour garantir qu'il ne soit pas facilement endommagé ou déformé lors du transport, de l'installation et de la manutention. Le dessus du boîtier adopte une structure en "chevrons" avec une pente de 5°. Il s'agit d'une structure à double couche qui a l'effet d'isoler le rayonnement solaire. Il est équipé d'un auvent anti-retour et d'un conduit de ventilation, et le dessus du boîtier est détachable. Les portes du boîtier sont d'une structure à double verrou antivol et s'ouvrent vers l'extérieur. Le fond du boîtier est galvanisé à chaud et connecté de manière parfaitement étanche au corps du boîtier. Il y a un accès au fond, et des joints d'étanchéité sont installés autour de l'accès. Des dispositifs d'étanchéité ignifuge pour les câbles sont fournis sur les deux côtés, avec une bonne étanchéité et des mesures de protection contre l'humidité complètes.
Toutes les parties soudées et les joints des composants externes du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent sont bien scellés, et il présente des caractéristiques telles que l'étanchéité à l'eau, la résistance à la poussière, la résistance à la corrosion et la protection contre le rayonnement ultraviolet. Il est à la fois beau et écologique. Sans besoin d'entretien, sa durée de vie normale peut atteindre 40 ans.
2 Fonctions de structure et de disposition du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent
2.1 Conception de la disposition structurale
La structure du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent est simple. L'intérieur du boîtier est divisé en six salles fonctionnelles principales : la salle de transformateur, la salle haute tension, la salle basse tension, la salle d'automatisation, la salle de communication et la salle de collecte de consommation d'énergie. Ces salles fonctionnelles sont complètement séparées les unes des autres et disposées en forme de "œil".
Ce poste de transformation peut avoir des portes sur les quatre côtés, répondant aux exigences de maintenance de l'ouverture des portes sur trois côtés. Les portes de protection de la salle haute tension et de la salle basse tension sont équipées de verrous mécaniques interconnectés pour garantir que la porte de la salle haute tension ne puisse être ouverte que lorsque la porte de la salle basse tension est ouverte. Chaque salle fonctionnelle adopte une méthode de ventilation naturelle indépendante pour répondre aux exigences de température et d'humidité de tous les équipements électriques. Si nécessaire, des chauffages, des déshumidificateurs et autres équipements peuvent être ajoutés pour assurer son fonctionnement sûr et fiable en extérieur.
Les composants principaux de ce poste de transformation comprennent : des transformateurs à bain d'huile, des disjoncteurs de sectionneurs à carter plastique basse tension (du côté basse tension) scellés avec du gaz SF6, des interfaces rapides d'alimentation d'urgence standardisées (du côté bus basse tension), ainsi que des unités terminales de station, des compteurs généraux, des concentrateurs, des terminaux de configuration intelligents, des terminaux de communication par fibre optique, etc.
2.2 Conception des salles fonctionnelles
(1) Salle de transformateur. La salle de transformateur comprend des transformateurs, des radiateurs, des connexions de barres de jonction et des filets de protection de sécurité, etc. Le transformateur utilise un transformateur de distribution à bain d'huile totalement scellé à haut rendement énergétique de première classe en feuille de silicium ou en alliage amorphe. Le côté haute tension est équipé de têtes de câble préfabriquées à branchement, et les embases basse tension sont équipées de manchons de protection isolants. La capacité peut être choisie à 500 kV·A ou 630 kV·A.
(2) Salle haute tension. La salle haute tension est composée d'armoires de raccordement principal de 10 kV, qui sont divisées en armoires d'entrée et d'armoires de sortie, et les deux sont indépendamment fermées. L'armoire de raccordement principal est d'une structure entièrement isolée et de boîte commune, utilisant du gaz SF6 pour l'extinction d'arc et l'isolation. La boîte de gaz est équipée d'un dispositif d'affichage de pression de gaz avec un nœud d'alarme auxiliaire normalement ouvert. La boîte de gaz et le corps de l'armoire sont fabriqués respectivement en acier inoxydable 304 et en plaque de zinc revêtue d'aluminium de haute qualité, et la surface du corps de l'armoire est traitée par pulvérisation électrostatique d'époxy.
L'armoire d'unité est divisée en une chambre secondaire, une chambre de commutateur de charge et une chambre de câble du haut vers le bas. La chambre secondaire est située dans la partie supérieure de l'armoire d'unité. Le panneau de la chambre est équipé d'interrupteurs marche/arrêt, d'indicateurs de marche/arrêt, de commutateurs de transfert local/à distance, ainsi que d'indicateurs de défaut et de présence de tension, etc. L'unité de commutateur de charge de l'armoire d'unité sélectionne généralement un appareillage combiné de commutateur de charge et de fusible limiteur de courant. Parmi ceux-ci, le commutateur de charge peut interrompre le courant de charge spécifié et le courant de transfert en cas de panne sur le côté basse tension du transformateur ; le fusible limiteur de courant peut couper divers courants de court-circuit phase-terre, de court-circuit entre phases et de surcharge.
Le commutateur de charge peut réaliser l'ouverture, la fermeture et la mise à la terre par des opérations électriques et manuelles, et l'opération est simple et pratique. L'unité de commutateur de charge et l'unité de commutateur de mise à la terre ont une fonction de verrouillage "cinq préventions" fiable. La chambre de câble de l'armoire d'unité utilise principalement le fossé de câbles haute tension pour l'entrée et la sortie souterraine. Les positions des bornes de câbles d'entrée et de sortie sont pratiques pour l'installation, et un transformateur de courant haute tension ouvert est installé.
(3) Salle basse tension. La salle basse tension est principalement composée d'armoires de distribution basse tension, de compartiments d'alimentation d'urgence et d'accès, etc. La couleur du corps de l'armoire basse tension est la même que celle de l'armoire haute tension, utilisant RAL7035. Un compteur multifonction numérique à branchement est installé sur le panneau de l'armoire basse tension, qui peut afficher la tension et le courant et prend en charge la communication RS-485. Les sorties basse tension utilisent des disjoncteurs de sectionneurs à carter plastique à quatre circuits sans arc volant. Le côté basse tension est équipé d'une ligne neutre et d'une ligne de terre, toutes deux disposées au fond de l'armoire basse tension.
La barre de jonction basse tension du transformateur est introduite dans l'armoire de distribution basse tension depuis le compartiment d'alimentation d'urgence, conçue pour être détachable. Après la conversion de câblage, elle devient un alimentateur basse tension vers le câble de sortie au fond de l'armoire basse tension. Le nombre de circuits de sortie peut être conçu de manière flexible selon les besoins. Le compartiment d'alimentation d'urgence doit être accompagné de notices d'exploitation, et l'accès est pratique pour la maintenance manuelle.
(4) Salle d'automatisation. Le poste de transformation préfabriqué est équipé d'une salle d'automatisation indépendante, dans laquelle le terminal d'automatisation de distribution (DTU) surveille et contrôle les conditions de fonctionnement des circuits d'entrée et de sortie de 10 kV, réalisant des fonctions telles que la télémesure, la télésignaling, la télécommande et la téléajustement. Le DTU utilise prioritairement l'alimentation secteur. Lorsqu'il n'y a pas de conditions pour l'alimentation secteur, il utilise un transformateur de potentiel pour l'alimentation et utilise une batterie de stockage comme source d'alimentation de secours.
Il dispose d'un module de gestion de l'alimentation intégré, qui peut répondre à la sortie AC220V et DC24V et fournit une source d'alimentation en courant alternatif AC220V pour le mécanisme d'opération électrique de l'armoire de raccordement principal.Le DTU prend en charge plusieurs méthodes de communication et protocoles de communication, et dispose de 2 interfaces série RS-485 et de 2 interfaces réseau (RJ45), compatibles avec des protocoles tels que IEC101, IEC104 et CDT ; le DTU est installé en tant qu'ensemble dans un boîtier mural, utilisant une prise d'aviation, qui est pratique pour le montage, le démontage et la maintenance sur site, et peut répondre aux exigences de disposition spatiale d'un ensemble de terminaux et de sources d'alimentation de secours.
(5) Salle de communication. Le poste de transformation préfabriqué est équipé d'une salle de communication indépendante, qui est configurée internement avec un tableau de répartition optique, un commutateur Ethernet industriel et une unité de réseau optique, et réserve les emplacements de câblage et les trous d'entrée et de sortie pour les câbles de communication optiques, les brins et les câbles d'alimentation. Cette salle peut transmettre les données de surveillance à l'intérieur du poste de transformation préfabriqué à la plateforme de surveillance intelligente, afin de surveiller en temps réel son état de fonctionnement et ses données.
(6) Salle de collecte de consommation d'énergie. La salle de collecte de consommation d'énergie est située au-dessus de la salle de communication. Elle est équipée de positions d'installation pour des terminaux de transformateur de distribution intelligents, des concentrateurs et des compteurs généraux de zone de transformateur, ainsi que des espaces d'installation pour des blocs de terminaux et des boîtes de test de câblage combinées, et réserve les emplacements de câblage et les trous d'entrée et de sortie pour les signaux d'échantillonnage et les câbles de communication.
Cette salle est responsable de la mesure de divers paramètres de fonctionnement du poste de transformation préfabriqué et est le centre de communication des données d'énergie électrique. D'une part, elle collecte et stocke les données d'énergie électrique sortantes sous forme de communication en série par des compteurs d'énergie électrique numériques. D'autre part, elle transmet les données d'énergie électrique collectées à l'ordinateur principal de la station principale du système d'automatisation de facturation d'énergie électrique via le canal montant.
2.3 Conception du dispositif de mise à la terre
L'électrode de mise à la terre du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent utilise un tube en fer galvanisé. La barre de mise à la terre de la base en tôle de châssis est équipée de 2 bornes de mise à la terre en cuivre connectées à l'électrode de mise à la terre, avec une section de contact électrique de 160 mm² et des signes distinctifs. La ligne neutre basse tension du transformateur est directement connectée au corps de mise à la terre. Parmi eux, la salle de transformateur, la salle haute tension et la salle basse tension sont connectées les unes aux autres en utilisant des bornes de mise à la terre.
Les fils de mise à la terre secondaires de sécurité des équipements électriques sont ajoutés avec des gaines de protection transparentes, et les fils de cuivre ont une section de 4 mm²; toutes les portes d'armoire, les pièces métalliques et les cadres métalliques sont continuellement et fiablement connectés à la terre. Le réseau de mise à la terre externe de la fondation est introduit au fond du poste de transformation préfabriqué depuis l'intérieur de la fondation et connecté aux bornes de mise à la terre dans la station, en utilisant une méthode d'enterrement direct. La résistance de mise à la terre du poste de transformation préfabriqué n'est pas supérieure à 1 Ω.
3 Exigences techniques du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent
3.1 Principe électrique
Le poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent est adapté au réseau de distribution d'un système triphasé CA 10/0,4 kV. Il intègre des équipements de distribution haute tension, des transformateurs de distribution et des dispositifs de distribution basse tension selon un schéma de câblage spécifique. Le côté haute tension adopte un câblage en barre unique, avec deux entrées et une sortie. Une protection par fusible est mise en place du côté du transformateur. Après transformation par le transformateur de distribution, la barre de jonction basse tension peut être conçue avec 4 lignes de distribution basse tension selon les besoins, et aucun interrupteur principal basse tension n'est installé.
3.2 Lieux d'application
Ce poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent est largement applicable à des lieux extérieurs tels que la rénovation des réseaux de distribution urbains, les communautés résidentielles, les usines et entreprises, les immeubles de bureaux commerciaux, les quartiers d'affaires, les espaces verts publics, les zones de protection culturelle et les parcs.
3.3 Conditions environnementales d'utilisation
Altitude : ne dépasse pas 1 000 m.
Température ambiante : la plus basse est -25 °C, la plus haute est 45 °C ; la température annuelle moyenne maximale ne dépasse pas 20 °C, et la température mensuelle moyenne maximale ne dépasse pas 35 °C.
Humidité relative : à 20 °C, la moyenne mensuelle maximale ne dépasse pas 90 %, et la moyenne quotidienne maximale ne dépasse pas 95 %.
Résistance sismique : l'accélération horizontale du sol ne dépasse pas 0,2 g (g représente l'accélération due à la gravité), et l'accélération verticale du sol est de 0,1 g.
Intensité du rayonnement solaire : lorsque la vitesse du vent est de 0,5 m·s⁻¹, l'intensité du rayonnement solaire ne dépasse pas 0,1 W·cm⁻².
Épaisseur maximale de glaçage : 10 mm.
Niveau de pollution : ne dépasse pas le niveau III
Inclinaison du sol : ne dépasse pas 3°.
Emplacement d'installation : extérieur, sans risques d'explosion, d'incendie, de corrosion chimique ou de vibrations sévères.
Si cela ne correspond pas aux conditions environnementales normales d'utilisation ci-dessus, il est nécessaire de négocier et de résoudre entre l'utilisateur et le fabricant.
4 Réception du prototype du poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent
Le poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent a été prototypé par Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Le Centre d'Inspection de Qualité pour les Équipements de Transport et de Distribution Haute Tension de l'Industrie a effectué des tests sur les composants principaux conformément aux normes nationales et sectorielles pertinentes, et les résultats des tests étaient qualifiés. La Compagnie d'Électricité d'État de Shanghai a effectué une réception globale de la taille, de l'apparence et des performances de ce prototype, et les résultats de la réception étaient qualifiés.
5 Conclusion
Le poste de transformation préfabriqué miniaturisé et intelligent développé dans cet article intègre les avantages des postes de transformation préfabriqués existants à l'échelle nationale et internationale. Il présente les avantages d'une structure simple, d'une faible emprise au sol, de sécurité et de fiabilité, de beauté et de protection de l'environnement, d'exemption de vérification et de maintenance, et de faibles exigences de maintenance. Il a une valeur importante de promotion et d'application dans la construction et la rénovation des réseaux de distribution urbains.
