Razvoj i primjena miniaturizirane inteligentne prefabricirane podstanice

S ubiceranim napredovanjem izgradnje pametnih gradova, urban mreže za distribuciju neprestano se nadograđuju i obnavljaju, a projekti podzemljenja površinskih vodova također napreduju stabilno. Veliki broj površinskih vodova od 10 kV zamjenjuje se podzemnim kabelima. Uzimajući u obzir trenutnu situaciju poput ograničenog prostora na nekim gradske cestama i nedostatka lokacija za instalaciju opreme, postavljena su viša zahtjeva za volumenom, strukturom i performansama tradicionalnih prefabriciranih pretvorbnih stanica.

Na temelju primjene tradicionalnih prefabriciranih pretvorbnih stanica, ovaj članak provodi istraživanje i analizu te dizajnira miniaturiziranu, inteligentnu i pejzažnu prefabriciranu pretvorbnu stanicu. Ova prefabricirana pretvorbna stanica ima kompaktnu strukturu, stabilne performanse, snažnu praktičnost i visoku pouzdanost snabdijevanja strujom. Može intenzivno iskoristiti jezgrene gradske prostore, postići harmoniju i jedinstvo s okolinom i može se široko primjenjivati na projekte nadogradnje i obnove urbanih distribucijskih mreža.

1 Dizajn vanjskog vida miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe

Uzimajući u obzir zahtjeve kao što su geografska lokacija, stopa iskorištavanja prostora i okolišni ograničenja, miniaturizirana inteligentna prefabricirana pretvorbna stanica koristi dug i uski raspored. Njegova zapremina iznosi samo dvije trećine zapremine originalne prefabricirane pretvorbe. Korpus (uključujući vrh, vrata, dno i unutarnje metaličke dijelove) i njegovi dodaci svi su izrađeni od nerđajuće čelike 304, dok se unutrašnjost izrađuje od tankih litanih oksidiranih čelikovih ploča SGCC, a oko zidina dodaju se toplotečive i vatrogasne materijale. Vanjska površina je bojana tamno zelenom bojom, što je estetski privlačno i ekološki prihvatljivo.

Korpus ima dovoljnu mehaničku čvrstoću i seizмичке performanse kako bi se osiguralo da se tijekom prijevoza, instalacije i dizanja lako ne ošteće ili deformira. Vrh korpusa ima "gusenjak" strukturu s nagibom od 5°. To je dvoslojna struktura koja ima učinak izolacije sunčeve radijacije. Opremljen je protuzalivom kosulom i ventilacijskim kanalom, a vrh korpusa se može odvojiti. Vrata korpusa imaju dvoslojni anti-krađu bolčanu strukturu i otvaraju se prema van. Dno korpusa je hladno oksidirano i bezšavno spojeno s telom korpusa. Na dnu postoji luka, a oko luke su instalirane gume. S obiju strana su dostupni vatrogasni uređaji za sigurnost kabela, koji imaju dobru zatvorenost i potpune mjere zaštite od vlage.

Sve zavarne dijelove i spojeve spoljnih komada miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe dobro su zatvoreni, a ima karakteristike poput otpornosti na vodu, prašinu, koroziiju i ultraljubičastu radijaciju. Isto je lijepo i ekološki prihvatljivo. Bez održavanja, njegov normalni životni vijek može doseći do 40 godina.

2 Struktura i funkcije rasporeda miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe
2.1 Dizajn strukture i rasporeda

Struktura miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe je jednostavna. Unutrašnjost korpusa podijeljena je na šest glavnih funkcijskih prostorija: sobu transformatora, visokonaponsku sobu, niskonaponsku sobu, automatiziranu sobu, komunikacijsku sobu i sobu za prikupljanje potrošnje energije. Ove funkcijske prostorije potpuno su odvojene jedna od druge i raspoređene u obliku "oka".

Ova pretvorbna stanica može imati vrata na sve četiri strane, zadovoljavajući zahtjeve održavanja otvaranja vrata sa tri strane. Zaštitna vrata visokonaponske i niskonaponske sobe opremljena su mehaničkim interlokima kako bi se osiguralo da se vrata visokonaponske sobe mogu otvoriti samo kad su otvorena vrata niskonaponske sobe. Svaka funkcijska soba koristi nezavisnu prirodnu ventilaciju kako bi zadovoljila zahtjeve svih električnih uređaja za temperaturu i vlagoznost. Kada je potrebno, mogu se dodati grejalice, sušilice i drugi uređaji kako bi se osigurala sigurna i pouzdana radnja na otvorenom.

Glavni komponenti ove pretvorbe uključuju: uljane transformatore, 10 kV prstenaste glavne jedinice niskonaponske plastike ljuske vazdušnih prekidača (na niskonaponskoj strani) zatvorene SF6 gasom, standardizirane brze sučelja za hitnu snabdevu strujom (na niskonaponskoj busbarskoj strani), kao i terminalne jedinice stanice, opće brojilo, koncentratori, inteligentne konfiguracijske terminali, optički komunikacijski terminali itd.

2.2 Dizajn funkcijskih prostorija

(1) Soba transformatora. Soba transformatora uključuje transformatore, hladnjake, busbarske vezivanja i mreže sigurnosne zaštite itd. Transformator koristi prvoklasnu energetsku učinkovitost potpuno zatvorene silicijske čelike ili amorfne legure uljane distribucijske transformatora. Visokonaponska strana opremljena je prefabriciranim umetnutim kabelnim glavicama, a niskonaponski bušeni su opremljeni izolacijskim zaštitnim rukavima. Kapacitet se može odabrati kao 500 kV·A ili 630 kV·A.

(2) Visokonaponska soba. Visokonaponska soba sastoji se od 10 kV prstenasti glavne jedinice, koje su podijeljene na jedinice za dolazne i odlazne linije, a dvije su samostalno zatvorene. Prstenasta glavna jedinica je potpuno izolirana i zajednička kutija strukture, koristi SF6 gas za ugasište i izolaciju. Gasna kutija opremljena je uređajem za prikaz tlaka plina s redovito otvorenom alarmnom pomoćnom tačkom. Gasna kutija i telo kutije su izrađena od nerđajuće čelike 304 i kvalitetnog aluminijastog poklopa od bakra, a površina tela kutije koristi elektrostatički epoksi pulver.

Jedinica kutije podijeljena je na sekundarnu sobu, sobu opterećenja i sobu za kable od vrha prema dnu. Sekundarna komora smještena je na vrhu jedinice kutije. Ploča komore opremljena je prekidačima za uključivanje/isključivanje, indikatorima uključivanja/isključivanja, prekidačima za prekid daljinsko/mjesto, kao i indikatorima grešaka i živa. Jedinična komora opterećenja obično odabire kombinirani električni uređaj opterećenja prekidača i ograničenog prekidača. Među njima, opterećeni prekidač može prekinuti propisane opterećene struje i prelivne struje kada dođe do greške na niskonaponskoj strani transformatora; ograničeni prekidač može prekinuti različite faze-faza, prekide na zemlji i preopterećene struje.

Opterećeni prekidač može ostvariti otvaranje, zatvaranje i zemljenje putem električnog i ručnog upravljanja, a operacija je jednostavna i praktična. Jedinica opterećenja prekidača i jedinica zemljenja prekidača imaju pouzdanu "pet-zabrana" mehanizam interlocka. Soba za kable jedinice kutije uglavnom koristi visokonaponski jarak za dolazne i odlazne linije s podzemlja. Lokacije dolaznih i odlaznih kabelskih terminala su praktične za instalaciju, a instaliran je otvoreni visokonaponski transformator struje.

(3) Niskonaponska soba. Niskonaponska soba uglavnom sastoji se od niskonaponskih switchboarda, soba za hitnu snabdevu strujom i lukova. Boja niskonaponskog kučišta jednaka je boji visokonaponskog kučišta, koristi RAL7035. Na ploči niskonaponskog kučišta instaliran je ugrađeni digitalni multifunkcijski brojilo, koji može prikazivati napon i struju i podržava RS-485 komunikaciju. Niskonaponski odlazni vodiči koriste 4-linije bezzapalne plastike ljuske vazdušnih prekidača. Niskonaponska strana opremljena je neutralnim vodom i zemljenim vodom, oba su raspoređena na dnu niskonaponskog kučišta.

Niskonaponski busbar transformatora uvodi se u niskonaponski switchboard iz sobe za hitnu snabdevu strujom, dizajniran je za odvojiv. Nakon promjene vezivanja, postaje niskonaponski feeder do odlaznog kabela na dnu niskonaponskog kučišta. Broj odlaznih krugova može se fleksibilno dizajnirati prema zahtjevima. Soba za hitnu snabdevu strujom treba biti pratiti uputstvom za rad, a luk je praktičan za ručno održavanje.

(4) Automatizirana soba. Prefabricirana pretvorbna stanica opremljena je neovisnom automatiziranom sobom, u kojoj terminal distribucijske automatizacije (DTU) nadgleda i kontrolira radne stanje dolaznih i odlaznih linija 10 kV, ostvarujući funkcije poput daljnog mjerenja, daljinskog signala, daljinske kontrole i daljinske regulacije. DTU preferencijalno koristi javnu struju za snabdevanje. Kada nema uvjeta za javno snabdevanje strujom, koristi se potencijski transformator za snabdevanje i rezervni akumulator kao rezervni izvor snage.

Ima ugrađeni modul upravljanja strujom, koji može zadovoljiti izlaz AC220V i DC24V i pruža AC220V izmjeničnu struju za električni mehanizam rada prstenaste glavne jedinice.DTU podržava više načina komunikacije i protokole komunikacije, i ima 2 RS-485 serije sučelja i 2 mrežna sučelja (RJ45), kompatibilna s protokolima poput IEC101, IEC104 i CDT; DTU instaliran je kao cjelina u zidno kučište, koristi letnički plug, koji je praktičan za raskid, instalaciju i održavanje na mjestu, i može zadovoljiti prostorne zahtjeve za skupom terminala i rezervne izvore snage.

(5) Komunikacijska soba. Prefabricirana pretvorbna stanica opremljena je neovisnom komunikacijskom sobom, unutar koje su konfigurirani opticalni distribucijski okvir, industrijski Ethernet switch i optička mrežna jedinica, i rezervirani su sloti vezivanja i otvori za dolazne i odlazne komunikacijske optičke kable, pigtail i kablove struje. Ova soba može prenositi nadzorne podatke unutar prefabricirane pretvorbe na inteligentnu nadzornu platformu, kako bi se u stvarnom vremenu nadgledao njen radni status i podaci.

(6) Soba za prikupljanje potrošnje. Soba za prikupljanje potrošnje smještena je iznad komunikacijske sobe. Opremljena je pozicijama za montažu inteligentnih terminala distribucijskog transformatora, koncentratora i općih brojila područja transformatora, kao i prostorima za montažu terminalnih blokova i kombiniranih blokova vezivanja i testiranja, i rezervirani su sloti vezivanja i otvori za uzorkovanje signala i komunikacijske kable.

Ova soba je odgovorna za mjerenje različitih radnih parametara prefabricirane pretvorbe i predstavlja komunikacijski centar podataka o električnoj energiji. S jedne strane, prikuplja i pohranjuje podatke o električnoj energiji koji se isporučuju u obliku serije komunikacije digitalnim brojkama električne energije. S druge strane, prenosi prikupljene podatke o električnoj energiji na računalo glavne stanice sustava automatizacije naplate električne energije putem gornjeg kanala.

2.3 Dizajn uređaja za zemljenje

Zemljenje elektroda miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe koristi galvanizirane željezne cevi. Zemljenje busbarske profilne trake baze opremljena je 2 bakrenim zemljenim terminalima spojenim na zemljenje elektrode, s električnom kontakt površinom od 160 mm² i vidljivim znakovima. Neutralni vod niskonaponske strane transformatora direktno je spojen na zemljenje tijelo. Između njih, soba transformatora, visokonaponska soba i niskonaponska soba su spojene koristeći zemljenje terminala.

Druge sigurnosne zemljenje voda električnih uređaja dodate su transparentnim zaštitnim omotačima, a bakrene vode imaju površinu presjeka od 4 mm²; sva vrata kučišta, metalički dio i metalne okvire su neprekidno i pouzdano spojeni s zemljom. Spoljna zemljenje mreža temelja uvoden je u dno prefabricirane pretvorbe s unutrašnje strane temelja i spojen s zemljenje terminalima u stanci, koristeći metodu direktnog zakopavanja. Otpornost zemljenja prefabricirane pretvorbe nije veća od 1 Ω.

3 Tehnički zahtjevi miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe
3.1 Električni princip

Miniaturizirana inteligentna prefabricirana pretvorbna stanica odgovara distribucijskoj mreži trofaznog AC sustava 10/0.4 kV. Integriše visokonaponske prekidače, distribucijske transformatore i niskonaponske distribucijske uređaje prema određenom shemi vezivanja. Visokonaponska strana koristi jednobusbarsko vezivanje, s dvije dolazne i jednu odlaznu liniju. Postavljena je zaštita prekidnika na strani transformatora. Nakon transformacije distribucijskim transformatorom, niskonaponski busbar može biti dizajniran s 4 niskonaponskim feeder linijama prema potrebi, a niskonaponski glavni prekidač nije postavljen.

3.2 Primjenjivi mjesti

Ova miniaturizirana inteligentna prefabricirana pretvorbna stanica je široko primjenjiva na vanjskim mjestima poput obnove urbanih distribucijskih mreža, naselja, tvrtki i poduzeća, komercijalnih poslovnih zgrada, trgovina, javnih zelenih površina, kulturnih zaštićenih područja i parkova.

3.3 Okružne uvjeti za korištenje

• Visina: ne prelazi 1,000 m.

•  Okružna temperatura: najniža je -25 °C, najviša je 45 °C; najviša godišnja prosječna temperatura ne prelazi 20 °C, a najviša mjesečna prosječna temperatura ne prelazi 35 °C.

• Relativna vlažnost: na 20 °C, najviša mjesečna prosječna ne prelazi 90%, a najviša dnevna prosječna ne prelazi 95%.

• Otupanj: horizontalna akceleracija tla ne prelazi 0.2 g (g predstavlja akceleraciju gravitacije), a vertikalna akceleracija tla je 0.1 g.

• Jakost sunca: kada je brzina vjetra 0.5 m·s⁻¹, jakost sunčeve radijacije ne prelazi 0.1 W·cm⁻².

• Najveća debljina ledenog sloja: 10 mm.

•  Razina zagađenja: ne prelazi razinu III

• Nagib tla: ne veći od 3°.

• Lokacija instalacije: vanjska, bez opasnosti od eksplozije, požara, kemijske erozije ili teških vibracija.

Ako ne odgovara gore navedenim normalnim okružnim uvjetima za korištenje, potrebno je dogovoriti i riješiti između korisnika i proizvođača.

4 Prototip prihvata miniaturizirane inteligentne prefabricirane pretvorbe

Miniaturizirana inteligentna prefabricirana pretvorbna stanica prototipirana je od strane Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Inspekcioni centar za visokonaponsku prenosnu i distribucijsku opremu masinskog inženjerstva provedio je ispitivanja glavnih komponenata prema relevantnim nacionalnim standardima i standardima industrije, a rezultati ispitivanja bili su kvalitetni. Državna mreža Shanghai Electric Power Company provedla je kompleksnu prihvat veličine, izgleda i performansi ovog prototipa, a rezultati prihvata bili su kvalitetni.

5 Zaključak

Miniaturizirana inteligentna prefabricirana pretvorbna stanica razvijena u ovom članku integriše prednosti postojećih prefabriciranih pretvorbnih stanica u domaćoj i inozemnoj produkciji. Ima prednosti poput jednostavne strukture, male površine, sigurnosti i pouzdanosti, ljepote i ekološke prihvatljivosti, oslobađanja od inspekcije i održavanja, te niska zahtjeva za održavanje. Ima važnu promocijsku i primjenjivu vrijednost u izgradnji i obnovi urbanih distribucijskih mreža.