Pengembangan dan Aplikasi Substasi Miniatur Cerdas Pracetak

Dengan percepatan pembangunan kota cerdas, jaringan distribusi perkotaan terus ditingkatkan dan direnovasi, dan proyek pengeboran kabel bawah tanah juga berjalan dengan lancar. Sejumlah besar kabel udara 10 kV digantikan oleh kabel bawah tanah. Mengingat situasi saat ini seperti ruang jalan perkotaan yang terbatas dan kekurangan lokasi pemasangan peralatan, persyaratan yang lebih tinggi diberlakukan pada volume, struktur, dan kinerja substation prefabricated tradisional.

Berdasarkan aplikasi substation prefabricated tradisional, artikel ini melakukan penelitian dan analisis serta merancang substation prefabricated miniaturisasi, cerdas, dan berlandskap. Substation prefabricated ini memiliki struktur padat, kinerja stabil, praktikalitas kuat, dan keandalan pasokan listrik yang tinggi. Dapat memanfaatkan secara intensif ruang inti perkotaan, mencapai harmoni dan kesatuan dengan lingkungan sekitarnya, dan dapat diterapkan secara luas dalam proyek pembaruan dan renovasi jaringan distribusi perkotaan.

1 Desain Tampilan Substation Prefabricated Miniatur Cerdas

Mengambil pertimbangan seperti lokasi geografis, efisiensi penggunaan ruang, dan batasan lingkungan, substation prefabricated miniatur cerdas mengadopsi tata letak panjang dan sempit. Volumenya hanya dua pertiga dari substation prefabricated asli. Casing (termasuk bagian atas, pintu, dasar, dan komponen logam internal) dan lampirannya semua dibuat dari stainless steel 304, sementara bagian dalam menggunakan pelat baja tipis SGCC hot-dip galvanized, dan material isolasi termal dan tahan api ditambahkan ke dinding sekeliling. Permukaan luar dicat hijau gelap, yang menarik dan ramah lingkungan.

Casing memiliki kekuatan mekanis dan ketahanan gempa yang cukup untuk memastikan tidak mudah rusak atau deformasi selama transportasi, pemasangan, dan pengangkatan. Bagian atas casing mengadopsi struktur "zigzag" dengan kemiringan 5°. Ini adalah struktur dua lapis yang memiliki efek mengisolasi radiasi sinar matahari. Dilengkapi dengan eaves anti-backflow dan saluran ventilasi, dan bagian atas casing dapat dilepas. Pintu casing memiliki struktur pengunci anti-pencurian ganda dan membuka keluar. Dasar casing dilapisi galvanis dan terhubung tanpa sambungan ke badan casing. Ada lubang inspeksi di bagian bawah, dan strip penyegelan dipasang di sekitar lubang inspeksi. Perangkat penyegelan kabel tahan api disediakan di kedua sisi, dengan penyegelan yang baik dan tindakan anti-lembab yang lengkap.

Semua bagian las dan sambungan komponen eksternal substation prefabricated miniatur cerdas tersegel dengan baik, dan memiliki karakteristik seperti tahan air, debu, korosi, dan perlindungan terhadap radiasi ultraviolet. Baik penampilan maupun ramah lingkungan. Tanpa perlu perawatan, masa pakai normalnya dapat mencapai hingga 40 tahun.

2 Fungsi Struktur dan Tata Letak Substation Prefabricated Miniatur Cerdas
2.1 Desain Tata Letak Struktur

Struktur substation prefabricated miniatur cerdas sederhana. Bagian dalam casing dibagi menjadi enam ruang fungsional utama: ruang transformator, ruang tegangan tinggi, ruang tegangan rendah, ruang otomatisasi, ruang komunikasi, dan ruang pengumpulan konsumsi daya. Ruang-ruang fungsional ini sepenuhnya terpisah satu sama lain dan disusun dalam bentuk "mata".

Substation ini dapat memiliki pintu di empat sisinya, memenuhi persyaratan perawatan dengan membuka pintu di tiga sisi. Pintu pelindung ruang tegangan tinggi dan ruang tegangan rendah dilengkapi dengan interlock mekanis untuk memastikan bahwa pintu ruang tegangan tinggi hanya dapat dibuka ketika pintu ruang tegangan rendah terbuka. Setiap ruang fungsional mengadopsi metode ventilasi alami independen untuk memenuhi persyaratan suhu dan kelembaban semua peralatan listrik. Jika diperlukan, pemanas, dehumidifier, dan peralatan lainnya dapat ditambahkan untuk memastikan operasinya yang aman dan andal di luar ruangan.

Komponen utama substation ini meliputi: transformator minyak, unit ring main 10 kV switch udara plastik shell (di sisi tegangan rendah) disegel dengan gas SF6, antarmuka cepat pasokan darurat standarisasi (di sisi busbar tegangan rendah), serta unit terminal stasiun, meter umum, concentrator, terminal konfigurasi cerdas, terminal komunikasi serat optik, dll.

2.2 Desain Ruang Fungsional

(1) Ruang Transformator. Ruang transformator mencakup transformator, radiator, kabel busbar, dan jaringan pelindung, dll. Transformator menggunakan transformator distribusi minyak silikon besi atau amorf alloy full-sealed kelas energi pertama. Sisi tegangan tinggi dilengkapi dengan kepala kabel prefabrikasi plug-in, dan bushing tegangan rendah dilengkapi dengan lengan pelindung isolasi. Kapasitas dapat dipilih 500 kV·A atau 630 kV·A.

(2) Ruang Tegangan Tinggi. Ruang tegangan tinggi terdiri dari unit ring main 10 kV, yang dibagi menjadi lemari unit masuk dan keluar, dan keduanya tertutup secara independen. Unit ring main memiliki struktur fully insulated dan common box, menggunakan gas SF6 untuk pemadam busur dan isolasi. Kotak gas dilengkapi dengan perangkat tampilan tekanan gas dengan node alarm auxiliary biasa terbuka. Kotak gas dan badan lemari masing-masing dibuat dari stainless steel 304 dan material plat alumunium-clad zinc berkualitas tinggi, dan permukaan badan lemari menggunakan proses semprotan epoxy statis.

Lemari unit dibagi menjadi ruang sekunder, ruang saklar beban, dan ruang kabel dari atas ke bawah. Ruang sekunder terletak di bagian atas lemari unit. Panel ruang tersebut dilengkapi dengan sakelar on-off, indikator on-off, sakelar transfer remote/local, serta indikator kerusakan dan hidup, dll. Unit saklar beban lemari unit umumnya memilih perangkat listrik kombinasi saklar beban dan fuse batas arus. Di antaranya, saklar beban dapat memutus arus beban dan arus transfer yang ditentukan ketika terjadi kerusakan di sisi tegangan rendah transformator; fuse batas arus dapat memutus berbagai arus pendek fase-fase, arus pendek ke tanah, dan arus overload.

Saklar beban dapat mencapai pembukaan, penutupan, dan grounding melalui operasi listrik dan manual, dan operasinya sederhana dan nyaman. Unit saklar beban dan unit saklar grounding memiliki fungsi interlock "lima-prevention" yang andal. Ruang kabel lemari unit utamanya menggunakan saluran kabel tegangan tinggi untuk masuk dan keluar dari bawah tanah. Posisi terminal kabel masuk dan keluar sangat mudah untuk pemasangan, dan trafo arus tegangan tinggi terbuka dipasang.

(3) Ruang Tegangan Rendah. Ruang tegangan rendah terutama terdiri dari panel switch tegangan rendah, ruang pasokan darurat, dan lubang inspeksi, dll. Warna badan panel tegangan rendah sama dengan panel tegangan tinggi, menggunakan RAL7035. Meter multifungsi digital plug-in dipasang pada panel panel tegangan rendah, yang dapat menampilkan tegangan dan arus dan mendukung komunikasi RS-485. Kabel keluaran tegangan rendah menggunakan switch udara plastik shell zero-flying-arc 4-circuit. Sisi tegangan rendah dilengkapi dengan garis netral dan garis ground, keduanya disusun di bagian bawah panel tegangan rendah.

Busbar tegangan rendah transformator diperkenalkan ke panel switch tegangan rendah dari ruang pasokan darurat, dirancang agar dapat dilepas. Setelah konversi kabel, menjadi feeder tegangan rendah ke kabel keluaran di bagian bawah panel tegangan rendah. Jumlah sirkuit output dapat dirancang secara fleksibel sesuai kebutuhan. Ruang pasokan darurat harus disertai instruksi operasi, dan lubang inspeksi nyaman untuk perawatan manual.

(4) Ruang Otomatisasi. Substation prefabricated dilengkapi dengan ruang otomatisasi independen, di mana terminal otomatisasi distribusi (DTU) memantau dan mengontrol kondisi operasi sirkuit masuk dan keluar 10 kV, mencapai fungsi seperti pengukuran jarak jauh, signaling jarak jauh, kontrol jarak jauh, dan penyesuaian jarak jauh. DTU memprioritaskan penggunaan tenaga listrik utama. Ketika tidak ada kondisi untuk pasokan listrik utama, menggunakan transformator potensial untuk pasokan listrik dan menggunakan baterai cadangan sebagai sumber daya cadangan.

Memiliki modul manajemen daya built-in, yang dapat memenuhi output AC220V dan DC24V dan menyediakan sumber daya arus bolak-balik AC220V untuk mekanisme operasi listrik unit ring main.DTU mendukung berbagai metode komunikasi dan protokol komunikasi, dan memiliki 2 interface serial RS-485 dan 2 interface jaringan (RJ45), yang kompatibel dengan protokol seperti IEC101, IEC104, dan CDT; DTU dipasang secara keseluruhan dalam lemari dinding, menggunakan konektor aviation, yang nyaman untuk pemasangan, pencopotan, dan perawatan di tempat, dan dapat memenuhi persyaratan tata letak ruang terminal dan sumber daya cadangan.

(5) Ruang Komunikasi. Substation prefabricated dilengkapi dengan ruang komunikasi independen, yang dikonfigurasikan secara internal dengan rak distribusi optik, switch Ethernet industri, dan unit jaringan optik, dan mereservasi slot kabel dan lubang masuk dan keluar untuk kabel komunikasi optik, pigtail, dan kabel daya. Ruang ini dapat mentransmisikan data pemantauan di dalam substation prefabricated ke platform pemantauan cerdas, sehingga dapat memantau status operasinya dan data secara real-time.

(6) Ruang Pengumpulan Konsumsi Daya. Ruang pengumpulan konsumsi daya terletak di atas ruang komunikasi. Dilengkapi dengan posisi pemasangan terminal transformator distribusi cerdas, concentrator, dan meter umum area transformator, serta ruang pemasangan untuk terminal blok dan kotak uji kabel gabungan, dan mereservasi slot kabel dan lubang masuk dan keluar untuk sinyal sampling dan kabel komunikasi.

Ruang ini bertanggung jawab untuk mengukur berbagai parameter operasional substation prefabricated dan merupakan hub komunikasi data energi listrik. Di satu sisi, mengumpulkan dan menyimpan data energi listrik yang dihasilkan dalam bentuk komunikasi seri oleh meter energi listrik digital. Di sisi lain, mengirimkan data energi listrik yang dikumpulkan ke komputer utama sistem otomatisasi penagihan energi listrik melalui saluran upstream.

2.3 Desain Perangkat Penyambungan ke Tanah

Elektroda penyambungan ke tanah substation prefabricated miniatur cerdas menggunakan pipa besi tergalvanis. Busbar penyambungan ke tanah balok kanal dilengkapi dengan 2 terminal penyambungan ke tanah tembaga yang terhubung ke elektroda penyambungan ke tanah, dengan luas kontak listrik 160 mm² dan tanda yang jelas. Garis netral tegangan rendah transformator terhubung langsung ke badan penyambungan ke tanah. Di antaranya, ruang transformator, ruang tegangan tinggi, dan ruang tegangan rendah terhubung satu sama lain menggunakan terminal penyambungan ke tanah.

Kabel penyambungan ke tanah sekunder peralatan listrik ditambah dengan sleve pelindung transparan, dan kawat tembaga memiliki luas penampang 4 mm²; semua pintu lemari, bagian logam, dan rangka logam terhubung secara terus-menerus dan andal ke tanah. Jaringan penyambungan ke tanah eksternal fondasi diperkenalkan ke bagian bawah substation prefabricated dari sisi dalam fondasi dan terhubung ke terminal penyambungan ke tanah di stasiun, menggunakan metode penanaman langsung. Hambatan penyambungan ke tanah substation prefabricated tidak lebih dari 1 Ω.

3 Persyaratan Teknis Substation Prefabricated Miniatur Cerdas
3.1 Prinsip Elektrik

Substation prefabricated miniatur cerdas cocok untuk jaringan distribusi sistem AC tiga fasa 10/0.4 kV. Mengintegrasikan peralatan switch tegangan tinggi, transformator distribusi, dan perangkat distribusi tegangan rendah sesuai dengan skema kabel tertentu. Sisi tegangan tinggi mengadopsi kabel single busbar, dengan dua jalur masuk dan satu jalur keluar. Perlindungan fuse dipasang di sisi transformator. Setelah ditransformasikan oleh transformator distribusi, busbar tegangan rendah dapat dirancang dengan 4 jalur feeder tegangan rendah sesuai kebutuhan, dan tidak ada sakelar utama tegangan rendah yang dipasang.

3.2 Tempat Aplikasi

Substation prefabricated miniatur cerdas ini secara luas cocok untuk tempat luar ruangan seperti renovasi jaringan distribusi perkotaan, komunitas perumahan, pabrik dan perusahaan, gedung perkantoran komersial, distrik bisnis, area hijau publik, area pelestarian budaya, dan taman.

3.3 Kondisi Lingkungan Penggunaan

• Ketinggian: tidak melebihi 1.000 m.

•  Suhu lingkungan: terendah -25 °C, tertinggi 45 °C; rata-rata suhu tahunan tertinggi tidak melebihi 20 °C, dan rata-rata suhu bulanan tertinggi tidak melebihi 35 °C.

• Kelembaban relatif: pada 20 °C, rata-rata bulanan tertinggi tidak melebihi 90%, dan rata-rata harian tertinggi tidak melebihi 95%.

• Tahan gempa: percepatan horizontal tanah tidak melebihi 0,2 g (g mewakili percepatan gravitasi), dan percepatan vertikal tanah 0,1 g.

• Intensitas cahaya matahari: ketika kecepatan angin 0,5 m·s⁻¹, intensitas radiasi matahari tidak melebihi 0,1 W·cm⁻².

• Ketebalan pelapis es maksimum: 10 mm.

•  Tingkat polusi: tidak melebihi level III

• Kemiringan tanah: tidak lebih dari 3°.

• Lokasi pemasangan: luar ruangan, tanpa bahaya ledakan, kebakaran, korosi kimia, atau getaran parah.

Jika tidak sesuai dengan kondisi lingkungan penggunaan normal di atas, perlu dinegosiasikan dan diselesaikan antara pengguna dan produsen.

4 Penerimaan Prototipe Substation Prefabricated Miniatur Cerdas

Substation prefabricated miniatur cerdas diprototipe oleh Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Pusat Inspeksi Kualitas Peralatan Transmisi dan Distribusi Tegangan Tinggi Industri Mesin melakukan tes pada komponen utama sesuai dengan standar nasional dan industri yang relevan, dan hasil tes lolos. State Grid Shanghai Electric Power Company melakukan penerimaan komprehensif terhadap ukuran, tampilan, dan kinerja prototipe ini, dan hasil penerimaan lolos.

5 Kesimpulan

Substation prefabricated miniatur cerdas yang dikembangkan dalam artikel ini mengintegrasikan keunggulan substation prefabricated yang ada di dalam dan luar negeri. Memiliki keunggulan struktur sederhana, jejak tanah kecil, keamanan dan keandalan, penampilan menarik dan ramah lingkungan, bebas dari inspeksi dan perawatan, dan persyaratan perawatan rendah. Memiliki nilai promosi dan aplikasi penting dalam pembangunan dan renovasi jaringan distribusi perkotaan.