Desenvolvemento e aplicación dunha subestación prefabricada inteligente miniaturizada
Construción acelerada de cidades intelixentes, a rede de distribución urbana está a ser continuamente actualizada e renovada, e a construción de proxectos de soterramento de liñas aéreas tamén está a avanzar de forma estable. Un gran número de liñas aéreas de 10 kV están sendo substituídas por cables subterráneos. Considerando a situación actual como o espazo limitado en algunhas estradas urbanas e a escaseza de lugares para a instalación de equipos, se colocan requisitos máis altos no volume, estrutura e rendemento das subestacións prefabricadas tradicionais.
Basándose na aplicación das subestacións prefabricadas tradicionais, este artigo realiza unha investigación e análise e diseña unha subestación prefabricada miniaturizada, inteligente e paisajística. Esta subestación prefabricada presenta unha estrutura compacta, rendemento estable, forte practicidade e alta fiabilidade do suministro eléctrico. Pode aproveitar intensivamente o espazo central urbano, lograr a harmonía e unidade co entorno circundante, e pode aplicarse amplamente aos proxectos de actualización e renovación da rede de distribución urbana.
1 Diseño de aspecto da subestación prefabricada miniaturizada e inteligente
Tenendo en conta os requisitos como a localización xeográfica, a taxa de utilización do espazo e as limitacións ambientais, a subestación prefabricada miniaturizada e inteligente adopta unha disposición longa e estreita. O seu volume é só dous terzos do da subestación prefabricada orixinal. A carcasa (incluíndo a parte superior, portas, parte inferior e componentes metálicos internos) e os seus anexos están feitos de acero inoxidable 304, mentres que o interior usa chapas de acero galvanizado en caliente SGCC, e materiais térmicos e retardantes de flama son engadidos ás paredes circundantes. A superficie exterior está pintada de verde escuro, o cal é tanto estético como ecolóxico.
A carcasa ten suficiente resistencia mecánica e rendemento sísmico para asegurar que non se degrade ou deforme facilmente durante o transporte, a instalación e a izada. A parte superior da carcasa adopta unha estrutura de "ziguezague" con unha pendente de 5°. É unha estrutura de dúas capas que ten o efecto de aislar a radiación solar. Está equipada con un alféizar antiretorno e un conducto de ventilación, e a parte superior da carcasa é desmontable. As portas da carcasa teñen unha estrutura de perno antirrobo de dúas capas e abren cara fóra. A parte inferior da carcasa está galvanizada en caliente e conectada de forma seamless ao corpo da carcasa. Hai unha escotilla na parte inferior, e están instaladas tiras de selado arredor da escotilla. Dispositivos de selado de cabos resistentes ao fuego están dispoñibles nos dous lados, con excelente selado e medidas completas contra a humidade.
Todas as partes soldadas e as xuntas dos componentes externos da subestación prefabricada miniaturizada e inteligente están ben seladas, e ten características como resistencia á auga, ao polvo, á corrosión e á radiación ultravioleta. É tanto bello como ecolóxico. Sen necesidade de manutención, a súa vida útil normal pode chegar a 40 anos.
2 Funcións de estrutura e disposición da subestación prefabricada miniaturizada e inteligente
2.1 Diseño de disposición estrutural
A estrutura da subestación prefabricada miniaturizada e inteligente é simple. O interior da carcasa está dividido en seis salas funcionais principais: a sala de transformadores, a sala de alta tensión, a sala de baixa tensión, a sala de automatización, a sala de comunicación e a sala de recolexión de consumo de enerxía. Estas salas funcionais están completamente separadas entre si e dispostas en forma de "olho".
Esta subestación pode ter portas en todos os catro lados, satisfacendo os requisitos de manutención de abrir portas en tres lados. As portas protectoras da sala de alta tensión e a sala de baixa tensión están equipadas con interbloqueos mecánicos para asegurar que a porta da sala de alta tensión só poida abrirse cando a porta da sala de baixa tensión está aberta. Cada sala funcional adopta un método de ventilación natural independente para satisfacer os requisitos de temperatura e humidade de todo o equipo eléctrico. Cando sexa necesario, poden engadirse calentadores, deshumidificadores e outros equipos para asegurar a súa operación segura e fiable ao aire libre.
Os compoñentes principais desta subestación inclúen: transformadores de aceite, unidades de anel principal de 10 kV con interruptores de aire de carcasa plástica de baixa tensión (no lado de baixa tensión) sellados con gas SF6, interfaces rápidas de fornecimento de emerxencia padronizadas (no lado do barramento de baixa tensión), así como unidades terminais de estación, contadores xerais, concentradores, terminais de configuración inteligente, terminais de comunicación de fibra óptica, etc.
2.2 Diseño das salas funcionais
(1) Sala de transformadores. A sala de transformadores inclúe transformadores, radiadores, cableado de barramentos e redes de protección de seguridade, etc. O transformador usa un transformador de distribución totalmente selado de chapa de silicio de primeira clase de eficiencia ou un transformador de distribución de aleación amorfa. O lado de alta tensión está equipado con cabezas de cable plugables prefabricadas, e as boquillas de baixa tensión están equipadas con mangas de protección de aislamento. A capacidade pode seleccionarse como 500 kV·A ou 630 kV·A.
(2) Sala de alta tensión. A sala de alta tensión está composta por unidades de anel principal de 10 kV, que están divididas en armarios de unidade de entrada e saída, e os dous están encerrados independentemente. A unidade de anel principal é de estrutura totalmente aislada e de caixa común, usando gas SF6 para apagar o arco e o aislamento. A caixa de gas está equipada con un dispositivo de visualización de presión de gas con un nodo auxiliar de alarma normalmente aberto. A caixa de gas e o corpo do armario están feitos de acero inoxidable 304 e material de chapa de zinc recuberta de aluminio, respectivamente, e a superficie do corpo do armario usa un proceso de pulverización electrostática de epoxi.
O armario de unidade está dividido en unha sala secundaria, unha sala de interruptor de carga e unha sala de cabo, desde arriba a abaixo. A sala secundaria está situada na parte superior do armario de unidade. O panel da sala está equipado con interruptores de encendido y apagado, indicadores de encendido y apagado, interruptores de transferencia remoto/local, así como indicadores de fallos y de corriente, etc. A unidade de interruptor de carga do armario de unidade xeralmente selecciona un aparato combinado de interruptor de carga y fusible limitador de corriente. Entre eles, o interruptor de carga pode cortar a 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 fase-fase, a tierra y sobrecargas.
El interruptor de carga puede lograr la apertura, cierre y conexión a tierra mediante operaciones eléctricas y manuales, y su operación es simple y conveniente. La unidad de interruptor de carga y la unidad de interruptor de conexión a tierra tienen una función de interbloqueo confiable de "cinco prevenciones". La sala de cable del armario de unidade utiliza principalmente el canal de cable de alta tensión subterráneo para las líneas de entrada y salida. 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 de tipo abierto.
(3) Sala de baja tensión. La sala de baja tensión está compuesta principalmente por gabinetes de interruptores de baja tensión, compartimentos de alimentación de emergencia y escotillas, 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 usan cuatro circuitos de interruptores de aire de carcasa plástica sin arco volante. El lado de baja tensión está provisto de una línea neutral y una línea de tierra, ambas dispuestas en la parte inferior del gabinete de baja tensión.
El bus de baja tensión del transformador se introduce en el gabinete de interruptores de baja tensión desde el compartimento de alimentación de emergencia, diseñado para ser extraíble. Después de la conversión del 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 la escotilla 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 entrada y salida de 10 kV, logrando funciones como medida remota, señalización remota, control remoto y ajuste remoto. El DTU prefiere usar la energía de red para el suministro de energía. Cuando no hay condiciones para el suministro de energía de red, usa un transformador de potencial para el suministro de energía y usa una batería de respaldo compatible 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 energía de corriente alterna AC220V para el mecanismo de operación eléctrica de la unidad de anillo principal.El DTU admite múltiples métodos 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 como un conjunto en un gabinete montado en la pared, utilizando un conector de aviación, lo que facilita la desmontaje, instalación y mantenimiento en el sitio, y puede satisfacer los requisitos de disposición de espacio de un conjunto de terminales y fuentes de energía 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 conmutador Ethernet industrial y una unidad de red óptica, y reserva ranuras de cableado y agujeros de entrada y salida para cables de fibra óptica, colas de fibra 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 recolección de consumo de energía. La sala de recolección de consumo de energía se encuentra sobre la sala de comunicaciones. Está equipada con posiciones de instalación para terminales de transformador de distribución inteligente, concentradores y contadores generales de la zona del transformador, así como espacios de instalación para bloques terminales y cajas de prueba de cableado combinado, y reserva ranuras de cableado y agujeros de entrada y salida para señales de muestreo y cables de comunicación.
Esta sala es responsable 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 medidores digitales de energía. 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 tierra
El electrodos de tierra de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente usa tubo de hierro galvanizado. El bus de tierra de la base de acero canalizado está equipado con 2 terminales de tierra de cobre conectados al electrodos 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 utilizando terminales de tierra.
Los cables de seguridad de tierra secundarios de los equipos eléctricos se añaden con fundas protectoras transparentes, y los cables de cobre tienen una sección de 4 mm²; todas las puertas de gabinetes, piezas metálicas y marcos metálicos están conectados de forma continua y confiable a tierra. La red de tierra externa de la base se introduce en la parte inferior de la subestación prefabricada desde el lado interno de la base y se conecta a los terminales de tierra en la estación, utilizando un método de entierro 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 trifásico de CA 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 transformado por el transformador de distribución, el bus 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, zonas 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 a sismos: la aceleración horizontal del terreno no supera 0.2 g (g representa la aceleración debida a la gravedad), y la aceleración vertical del terreno es 0.1 g.
Intensidad de luz solar: cuando la velocidad del viento es 0.5 m·s⁻¹, la intensidad de radiación solar no supera 0.1 W·cm⁻².
Espesor máximo de recubrimiento de hielo: 10 mm.
Nivel de contaminación: no superior a nivel III
Inclinación del terreno: no mayor de 3°.
Ubicación de instalación: al aire libre, sin peligros de explosión, incendios, corrosión química o vibraciones severas.
Si no cumple con las condiciones ambientales normales de uso mencionadas anteriormente, necesita ser negociado y resuelto entre el usuario y el fabricante.
4 Aceptación del prototipo de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente
El prototipo de la subestación prefabricada miniaturizada e inteligente fue desarrollado por Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. El Centro de Inspección de Calidad de 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 calificados. 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 calificados.
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 área de ocupación, seguridad y confiabilidad, belleza y protección del medio ambiente, exención de inspección y mantenimiento, y bajos requisitos de mantenimiento. Tiene un valor promocional y de aplicación importante en la construcción y renovación de la red de distribución urbana.
