Sviluppo e Applicazione di una Sottostazione Prefabbricata Miniaturizzata e Intelligente
Con l'accelerazione della costruzione di città intelligenti, la rete di distribuzione urbana è in continua aggiornamento e rinnovo, e i progetti di sotterramento delle linee aeree procedono in modo costante. Un gran numero di linee aeree da 10 kV sta venendo sostituito da cavi sotterranei. Considerando la situazione attuale come lo spazio limitato su alcune strade urbane e la scarsità di posizioni per l'installazione delle apparecchiature, vengono poste esigenze più elevate sul volume, la struttura e le prestazioni dei tradizionali trasformatori prefabbricati.
Basandosi sull'applicazione dei tradizionali trasformatori prefabbricati, questo articolo conduce ricerche e analisi e progetta un trasformatore prefabbricato miniaturizzato, intelligente e paesaggistico. Questo trasformatore prefabbricato presenta una struttura compatta, prestazioni stabili, forte praticità e alta affidabilità dell'energia elettrica. Può utilizzare intensivamente lo spazio centrale urbano, raggiungere armonia e unità con l'ambiente circostante e può essere ampiamente applicato ai progetti di aggiornamento e rinnovo delle reti di distribuzione urbane.
1 Progettazione estetica del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente
Tenendo conto delle esigenze come la posizione geografica, il tasso di utilizzo dello spazio e le limitazioni ambientali, il trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente adotta una disposizione lunga e stretta. Il suo volume è solo due terzi di quello del trasformatore prefabbricato originale. La custodia (compresi il tetto, le porte, il fondo e i componenti metallici interni) e i suoi accessori sono tutti realizzati in acciaio inossidabile 304, mentre l'interno utilizza lastre d'acciaio sottile galvanizzate a caldo SGCC, e materiali isolanti termici e antincendio sono aggiunti alle pareti circostanti. La superficie esterna è verniciata di verde scuro, che è sia esteticamente piacevole che ecologica.
La custodia ha una resistenza meccanica sufficiente e prestazioni antisismiche per garantire che non subisca danni o deformazioni durante il trasporto, l'installazione e il sollevamento. Il tetto della custodia adotta una struttura "a zig-zag" con un'inclinazione di 5°. È una struttura a doppio strato che ha l'effetto di isolare la radiazione solare. È dotato di grondaie anti-riflusso e condotti di ventilazione, e il tetto della custodia è rimovibile. Le porte della custodia sono di una struttura a doppio blocco antifurto e si aprono all'esterno. Il fondo della custodia è galvanizzato a caldo e connesso senza interruzioni al corpo della custodia. C'è un portello sul fondo, e intorno al portello sono installate fasce di sigillaggio. Sono forniti dispositivi di sigillatura dei cavi resistenti al fuoco su entrambi i lati, con ottima sigillatura e misure complete di protezione dall'umidità.
Tutte le parti saldate e le giunzioni dei componenti esterni del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente sono ben sigillate, e ha caratteristiche come resistenza all'acqua, alla polvere, alla corrosione e alla protezione dai raggi ultravioletti. È sia bello che ecologico. Senza necessità di manutenzione, la sua vita utile normale può raggiungere fino a 40 anni.
2 Funzioni di struttura e disposizione del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente
2.1 Progettazione della disposizione strutturale
La struttura del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente è semplice. L'interno della custodia è diviso in sei stanze funzionali principali: la stanza del trasformatore, la stanza ad alta tensione, la stanza a bassa tensione, la stanza di automazione, la stanza di comunicazione e la stanza di raccolta dell'energia. Queste stanze funzionali sono completamente separate tra loro e disposte in forma di "occhio".
Questo trasformatore può avere porte su tutti e quattro i lati, soddisfacendo i requisiti di manutenzione dell'apertura delle porte su tre lati. Le porte protettive della stanza ad alta tensione e della stanza a bassa tensione sono dotate di interruttori meccanici per garantire che la porta della stanza ad alta tensione possa essere aperta solo quando la porta della stanza a bassa tensione è aperta. Ogni stanza funzionale adotta un metodo di ventilazione naturale indipendente per soddisfare i requisiti di temperatura e umidità di tutte le apparecchiature elettriche. Quando necessario, possono essere aggiunti riscaldatori, deumidificatori e altre apparecchiature per garantirne il funzionamento sicuro e affidabile all'aperto.
I componenti principali di questo trasformatore includono: trasformatori a olio, unità a cerchia principale a 10 kV con interruttori automatici a guscio plastico a bassa tensione (sul lato a bassa tensione) sigillati con gas SF6, interfacce rapide standardizzate per alimentazione di emergenza (sul lato bus a bassa tensione), nonché unità terminali stazione, contatori generali, concentratori, terminali di configurazione intelligenti, terminali di comunicazione a fibra ottica, ecc.
2.2 Progettazione delle stanze funzionali
(1) Stanza del trasformatore. La stanza del trasformatore include trasformatori, radiatori, connessioni di bus e reti di protezione, ecc. Il trasformatore utilizza un trasformatore di distribuzione a olio a nastro di silicio di prima classe di efficienza energetica o un trasformatore a nastro amorfico. Il lato ad alta tensione è dotato di capi di cavo prefabbricati, e i bocchetti a bassa tensione sono dotati di guaine di protezione isolanti. La capacità può essere selezionata come 500 kV·A o 630 kV·A.
(2) Stanza ad alta tensione. La stanza ad alta tensione è composta da unità a cerchia principale a 10 kV, che sono divise in armadi unitari di ingresso e uscita, e i due sono chiusi separatamente. L'unità a cerchia principale è di struttura completamente isolata e a cassa comune, utilizzando gas SF6 per spegnimento e isolamento. La cassa del gas è dotata di un dispositivo di visualizzazione della pressione del gas con un nodo ausiliario di allarme normalmente aperto. La cassa del gas e il corpo dell'armadio sono rispettivamente realizzati in acciaio inossidabile 304 e materiale di zinco laminato di alta qualità, e la superficie del corpo dell'armadio adotta un processo di verniciatura elettrostatica con epossidica.
L'armadio unitario è diviso in una stanza secondaria, una stanza dell'interruttore di carico e una stanza dei cavi dal basso verso l'alto. La stanza secondaria si trova nella parte superiore dell'armadio unitario. Il pannello della stanza è dotato di interruttori di accensione e spegnimento, indicatori di accensione e spegnimento, interruttori di trasferimento remoto/locale, nonché indicatori di errore e di presenza di corrente, ecc. L'unità dell'interruttore di carico dell'armadio unitario di solito seleziona un apparato combinato di interruttore di carico e fusibile limitatore di corrente. Di questi, l'interruttore di carico può interrompere la corrente di carico specificata e la corrente di trasferimento quando si verifica un errore sul lato a bassa tensione del trasformatore; il fusibile limitatore di corrente può interrompere varie correnti di cortocircuito tra fasi, di terra e di sovraccarico.
L'interruttore di carico può realizzare l'apertura, la chiusura e la messa a terra attraverso operazioni elettriche e manuali, e l'operazione è semplice e conveniente. L'unità dell'interruttore di carico e l'unità dell'interruttore di messa a terra hanno una funzione di interblocco "cinque-prevenzione" affidabile. La stanza dei cavi dell'armadio unitario utilizza principalmente la trincea dei cavi ad alta tensione per l'ingresso e l'uscita sotterranei. Le posizioni dei terminali dei cavi di ingresso e uscita sono comode per l'installazione, e viene installato un trasformatore di corrente a bassa tensione a struttura aperta.
(3) Stanza a bassa tensione. La stanza a bassa tensione è composta principalmente da quadri elettrici a bassa tensione, compartimenti di alimentazione di emergenza e portelli, ecc. Il colore del corpo del quadro a bassa tensione è lo stesso di quello del quadro ad alta tensione, utilizzando RAL7035. Sul pannello del quadro a bassa tensione è installato un contatore multifunzione digitale a scheda, che può visualizzare la tensione e la corrente e supporta la comunicazione RS-485. Le uscite a bassa tensione utilizzano interruttori automatici a guscio plastico a zero volo di arco a 4 circuiti. Sul lato a bassa tensione sono fornite una linea neutra e una linea di terra, entrambe disposte sul fondo del quadro a bassa tensione.
Il bus a bassa tensione del trasformatore viene introdotto nel quadro elettrico a bassa tensione dal compartimento di alimentazione di emergenza, progettato per essere smontabile. Dopo la conversione del cablaggio, diventa un alimentatore a bassa tensione per il cavo di uscita sul fondo del quadro a bassa tensione. Il numero di circuiti di uscita può essere progettato in modo flessibile secondo le esigenze. Il compartimento di alimentazione di emergenza dovrebbe essere accompagnato da istruzioni operative, e il portello è comodo per la manutenzione manuale.
(4) Stanza di automazione. Il trasformatore prefabbricato è dotato di una stanza di automazione indipendente, in cui il terminale di automazione di distribuzione (DTU) monitora e controlla le condizioni operative dei circuiti di ingresso e uscita a 10 kV, realizzando funzioni come misurazione remota, segnalazione remota, controllo remoto e regolazione remota. Il DTU utilizza preferibilmente l'alimentazione elettrica per la fornitura di energia. Quando non ci sono condizioni per l'alimentazione elettrica, utilizza un trasformatore di tensione per la fornitura di energia e utilizza una batteria di accumulo come fonte di energia di backup.
Ha un modulo di gestione dell'energia integrato, che può soddisfare l'uscita di AC220V e DC24V e fornisce una fonte di alimentazione alternata AC220V per il meccanismo di azionamento elettrico dell'unità a cerchia principale.Il DTU supporta diversi metodi e protocolli di comunicazione, e dispone di 2 interfacce seriale RS-485 e 2 interfacce di rete (RJ45), compatibili con protocolli come IEC101, IEC104 e CDT; il DTU è installato in un armadio a parete, utilizzando un connettore aeronautico, che è comodo per lo smontaggio, l'installazione e la manutenzione sul campo, e può soddisfare i requisiti di disposizione spaziale di un set di terminali e fonti di energia di backup.
(5) Stanza di comunicazione. Il trasformatore prefabbricato è dotato di una stanza di comunicazione indipendente, che è internamente configurata con un rack di distribuzione ottica, uno switch Ethernet industriale e un'unità di rete ottica, e riserva gli slot di cavo e i fori di ingresso e uscita per i cavi di comunicazione, le code e i cavi di alimentazione. Questa stanza può trasmettere i dati di monitoraggio all'interno del trasformatore prefabbricato alla piattaforma di monitoraggio intelligente, in modo da monitorarne lo stato di funzionamento e i dati in tempo reale.
(6) Stanza di raccolta dell'energia. La stanza di raccolta dell'energia si trova sopra la stanza di comunicazione. È dotata di posizioni di installazione per i terminali intelligenti dei trasformatori di distribuzione, i concentratori e i contatori generali dell'area del trasformatore, nonché spazi di installazione per blocchi terminali e scatole di prova di collegamento, e riserva gli slot di cavo e i fori di ingresso e uscita per i segnali di campionamento e i cavi di comunicazione.
Questa stanza è responsabile della misurazione di vari parametri di funzionamento del trasformatore prefabbricato ed è il centro di comunicazione dei dati di energia elettrica. Da un lato, raccoglie e memorizza i dati di energia elettrica emessi in forma di comunicazione seriale dai contatori digitali di energia elettrica. Dall'altro lato, trasmette i dati di energia elettrica raccolti al computer superiore del sistema di automazione di fatturazione dell'energia elettrica tramite il canale ascendente.
2.3 Progettazione del dispositivo di messa a terra
L'elettrodo di messa a terra del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente utilizza un tubo di ferro zincato. Il bus di messa a terra della base in acciaio a U è dotato di 2 terminali di messa a terra in rame connessi all'elettrodo di messa a terra, con una sezione di contatto elettrico di 160 mm² e segni evidenti. La linea neutra a bassa tensione del trasformatore è connessa direttamente al corpo di messa a terra. Tra queste, la stanza del trasformatore, la stanza ad alta tensione e la stanza a bassa tensione sono collegate tra loro utilizzando terminali di messa a terra.
Ai cavi di messa a terra secondari delle apparecchiature elettriche vengono aggiunte maniche di protezione trasparenti, e i cavi di rame hanno una sezione di 4 mm²; tutte le porte degli armadi, le parti metalliche e le intelaiature metalliche sono collegate continuamente e in modo affidabile a terra. La griglia di messa a terra esterna della fondazione viene introdotta nella parte inferiore del trasformatore prefabbricato dal lato interno della fondazione e connessa ai terminali di messa a terra nella stazione, utilizzando un metodo di seppellimento diretto. La resistenza di messa a terra del trasformatore prefabbricato non è superiore a 1 Ω.
3 Requisiti tecnici del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente
3.1 Principio elettrico
Il trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente è adatto alla rete di distribuzione di un sistema trifase a 10/0.4 kV. Integra apparecchiature di commutazione ad alta tensione, trasformatori di distribuzione e dispositivi di distribuzione a bassa tensione secondo uno schema di cablaggio specifico. Il lato ad alta tensione adotta un cablaggio a barra singola, con due linee di ingresso e una di uscita. Una protezione a fusibile è impostata sul lato del trasformatore. Dopo la trasformazione del trasformatore, il bus a bassa tensione può essere progettato con 4 linee di alimentazione a bassa tensione secondo le esigenze, e non viene impostato un interruttore principale a bassa tensione.
3.2 Luoghi di applicazione
Questo trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente è ampiamente applicabile in luoghi all'aperto come la ristrutturazione della rete di distribuzione urbana, comunità residenziali, fabbriche e imprese, edifici commerciali e uffici, distretti commerciali, aree verdi pubbliche, aree di tutela culturale e parchi.
3.3 Condizioni ambientali di utilizzo
Altitudine: non superiore a 1.000 m.
Temperatura ambiente: la minima è -25 °C, la massima è 45 °C; la temperatura media annuale massima non supera i 20 °C, e la temperatura media mensile massima non supera i 35 °C.
Umidità relativa: a 20 °C, la media mensile massima non supera il 90%, e la media giornaliera massima non supera il 95%.
Resistenza sismica: l'accelerazione orizzontale del terreno non supera i 0,2 g (g rappresenta l'accelerazione di gravità), e l'accelerazione verticale del terreno è di 0,1 g.
Intensità della luce solare: con una velocità del vento di 0,5 m·s⁻¹, l'intensità della radiazione solare non supera i 0,1 W·cm⁻².
Spessore massimo del rivestimento di ghiaccio: 10 mm.
Livello di inquinamento: non superiore al livello III
Inclinazione del terreno: non superiore a 3°.
Posizione di installazione: all'aperto, senza pericoli di esplosione, incendi, corrosione chimica o vibrazioni severe.
Se non corrisponde alle condizioni ambientali normali di utilizzo sopra menzionate, è necessario negoziare e risolvere tra l'utente e il produttore.
4 Accettazione del prototipo del trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente
Il trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente è stato prototipato dalla Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Il Centro di Controllo Qualità per Equipaggiamenti Elettrici ad Alta Tensione dell'Industria Meccanica ha condotto test sui componenti principali in conformità con gli standard nazionali e settoriali pertinenti, e i risultati dei test sono risultati conformi. La State Grid Shanghai Electric Power Company ha condotto un'ampia accettazione delle dimensioni, dell'aspetto esteriore e delle prestazioni di questo prototipo, e i risultati dell'accettazione sono risultati conformi.
5 Conclusione
Il trasformatore prefabbricato miniaturizzato e intelligente sviluppato in questo articolo integra i vantaggi dei trasformatori prefabbricati esistenti a livello nazionale e internazionale. Ha i vantaggi di una struttura semplice, un piccolo ingombro, sicurezza e affidabilità, bellezza e rispetto dell'ambiente, esenzione da ispezione e manutenzione, e requisiti di manutenzione ridotti. Ha un importante valore promozionale e applicativo nella costruzione e ristrutturazione delle reti di distribuzione urbane.
