小型化智能预制変電所の開発と応用

スマートシティの建設が加速するにつれ、都市の配電網は常にアップグレードと改修が行われており、架空線の地中化プロジェクトも順調に進展しています。多くの10kVの架空線が地中ケーブルに置き換えられています。一部の都市道路でのスペース制限や設備設置場所の不足を考慮すると、従来のプレハブ変電所の体積、構造、性能に対する要求が高まっています。

従来のプレハブ変電所の応用に基づいて、本記事では研究分析を行い、小型化、知能化、景観化されたプレハブ変電所を設計しました。このプレハブ変電所は、コンパクトな構造、安定した性能、高い実用性、高い供給信頼性を特徴としています。これにより、都市の中心部の空間を効率的に利用し、周囲の環境との調和を達成でき、都市配電網のアップグレードと改修プロジェクトに広く適用できます。

1 小型知能プレハブ変電所の外観設計

地理的位置、スペース利用率、環境制約などの要件を考慮して、小型知能プレハブ変電所は長方形のレイアウトを採用しています。その体積は元のプレハブ変電所の三分の二です。外装（天井、ドア、底面、内部金属部品を含む）およびその付属品はすべて304ステンレス鋼で作られており、内部にはSGCC熱浸镀锌薄鋼板を使用し、周囲の壁には断熱・難燃材料が追加されています。外部表面は濃い緑色で塗装されており、美しく環境に優しいです。

外装は十分な機械強度と耐震性能を持ち、輸送、設置、吊り上げ中に容易に損傷または変形することはありません。外装の天井は5°の勾配を持つ「人字」構造を採用しており、二重構造で日光放射を遮断する効果があります。雨漏り防止の軒先と換気ダクトが装備され、外装の天井は取り外しが可能です。外装のドアは二重防犯ボルト構造で、外側に開きます。外装の底面は熱浸镀锌処理されており、外装本体と無縫接続されています。底面にはマンホールがあり、マンホールの周りにはシール条が設置されています。両側には難燃性ケーブルシール装置が設けられ、良好な密封性と完全な防水措置が施されています。

小型知能プレハブ変電所の全ての溶接部と外部部品の接合部は良好に密封されており、防水、防塵、防腐、紫外線保護などの特性を持っています。美しく環境に優しく、メンテナンス不要で通常の耐用年数は最大40年です。

2 小型知能プレハブ変電所の構造と配置機能
2.1 構造配置設計

小型知能プレハブ変電所の構造はシンプルです。外装内部は変圧器室、高圧室、低圧室、自動化室、通信室、電力消費収集室の6つの主要機能室に分けられており、これらの機能室は完全に分離され、「目」の形状で配置されています。

この変電所は四面にドアを設けることができ、三面にドアを開けるメンテナンス要件を満たします。高圧室と低圧室の保護ドアには機械式連鎖機構が装備されており、低圧室のドアが開いている場合にのみ高圧室のドアを開くことができます。各機能室は独立した自然通風方式を採用し、全ての電気設備の温度湿度要件を満たします。必要に応じてヒーター、除湿機などの設備を追加することで、屋外での安全かつ信頼性の高い動作を確保します。

この変電所の主な構成要素は以下の通りです：油浸変圧器、SF6ガス封入型10kVリングメインユニット低圧プラスチックシェルエアスイッチ（低圧側）、標準化された緊急電源クイックインターフェース（低圧バスバー側）、およびステーション端末装置、一般メーター、集中器、知能設定端末、光ファイバ通信端末など。

2.2 機能室の設計

(1) 変圧器室。変圧器室には変圧器、ラジエータ、バスバリーディング、安全保護ネットなどが含まれます。変圧器は一次エネルギー効率全密閉シリコン鋼板または非晶質合金油浸配電変圧器を使用します。高圧側にはプレハブプラグイン式ケーブルヘッドが装備され、低圧ブッシングには絶縁保護カバーが装備されます。容量は500kV・Aまたは630kV・Aを選択できます。

(2) 高圧室。高圧室は10kVリングメインユニットで構成され、入線ユニットキャビネットと出線ユニットキャビネットに分かれています。リングメインユニットは全絶縁共箱構造で、SF6ガスを使用して消弧と絶縁を行います。ガス箱には通常開状態の警報補助ノード付きガス圧表示装置が装備されています。ガス箱とキャビネット本体はそれぞれ304ステンレス鋼と高品質アルミ亜鉛板材料で作られており、キャビネット本体の表面には静電エポキシ塗装が施されています。

ユニットキャビネットは上から下へ二次室、負荷スイッチ室、ケーブル室に分かれています。二次室はユニットキャビネットの上部に位置し、パネルにはオンオフスイッチ、オンオフ表示灯、リモート/ローカル切り替えスイッチ、故障および帯電表示灯などが装備されています。ユニットキャビネットの負荷スイッチユニットは一般的に負荷スイッチと限流ヒューズの組み合わせ電気器具を選択します。その中で、負荷スイッチは変圧器の低圧側で障害が発生した場合の規定の負荷電流と移動電流を切断することができます；限流ヒューズは各種相間短絡電流、接地短絡電流、過負荷電流を切断することができます。

負荷スイッチは電動および手動操作によって開閉および接地を行うことができ、操作は簡単で便利です。負荷スイッチユニットと接地スイッチユニットには信頼性のある「五防」連鎖機能があります。ユニットキャビネットのケーブル室は主に地下からの高圧ケーブル溝を使用します。出入りケーブル端子の位置は設置が容易であり、開放型高圧電流変換器が設置されています。

(3) 低圧室。低圧室は主に低圧スイッチギア、緊急電源室、マンホールなどで構成されています。低圧キャビネット本体の色は高圧キャビネットと同じRAL7035を使用しています。低圧キャビネットのパネルには挿入可能なデジタル多機能メーターが設置されており、電圧と電流を表示し、RS-485通信をサポートします。低圧出線には4回路ゼロフライングアークプラスチックシェルエアスイッチを使用します。低圧側には中性線と接地線があり、どちらも低圧キャビネットの底面に配置されています。

変圧器の低圧バスバーは緊急電源室から低圧スイッチギアに導入され、脱着可能に設計されています。配線変換後、低圧キャビネットの底面にある出線ケーブルへの低圧フィーダーになります。出力回路数は要件に応じて柔軟に設計できます。緊急電源室には操作手順が添付され、マンホールは手動メンテナンスに便利です。

(4) 自動化室。プレハブ変電所は独立した自動化室を備えており、その中には配電自動化端末装置（DTU）が設置されています。DTUは10kV入出線回路の動作状況を監視・制御し、遠隔測定、遠隔信号、遠隔制御、遠隔調整などの機能を実現します。DTUは優先的に商用電源を使用します。商用電源の条件がない場合は、電圧変換器を使用して電源を供給し、蓄電池をバックアップ電源として使用します。

内蔵の電源管理モジュールがあり、AC220VとDC24Vの出力を満たし、リングメインユニットの電動操作機構にAC220V交流電源を提供します。DTUは複数の通信方法と通信プロトコルをサポートし、2つのRS-485シリアルインターフェイスと2つのネットワークインターフェイス（RJ45）を備えており、IEC101、IEC104、CDTなどのプロトコルに対応しています；DTUは全体として壁掛けキャビネットに設置され、航空プラグを使用しており、現場での分解、設置、メンテナンスが容易で、一組の端末とバックアップ電源のスペース配置要件を満たします。

(5) 通信室。プレハブ変電所は独立した通信室を備えており、内部には光分配フレーム、産業用イーサネットスイッチ、および光ネットワークユニットが設置され、通信光ファイバ、ピグテール、電源ケーブルの配線スロットと出入り口が予約されています。この部屋はプレハブ変電所内の監視データを知能監視プラットフォームに伝送し、リアルタイムでその動作状況とデータを監視することができます。

(6) 電力消費収集室。電力消費収集室は通信室の上に位置しています。ここには、知能配電変圧器端末、集中器、変圧器エリアの一般メーターの設置位置、および端子台と組み合わせた配線試験箱の設置スペースが設けられており、サンプリング信号と通信ケーブルの配線スロットと出入り口が予約されています。

この部屋はプレハブ変電所の様々な動作パラメータを測定し、電力データの通信ハブとして機能します。一方で、デジタル電力メーターからシリアル通信形式で出力される電力データを集計・保存し、他方で、収集した電力データを上位の電力量計画自動化システムの主ステーションに上流チャネルを通じて伝送します。

2.3 接地装置の設計

小型知能プレハブ変電所の接地極は鍍鋅鉄管を使用します。チャンネル鋼ベースの接地母線には、接地極に接続された2つの銅製接地端子が設けられており、電気接触断面積は160mm²で、明確な表示があります。変圧器の低圧中性線は直接接地体に接続されます。その中で、変圧器室、高圧室、低圧室は接地端子を使用して相互に接続されています。

電気設備の二次安全接地線には透明な保護カバーが追加され、銅線の断面積は4mm²です；全てのキャビネットドア、金属部品、金属フレームは継続的かつ確実に接地に接続されています。基礎の外部接地網は基礎の内側からプレハブ変電所の底部に導入され、駅内の接地端子に接続され、直埋法を使用します。プレハブ変電所の接地抵抗は1Ω以下です。

3 小型知能プレハブ変電所の技術要件
3.1 電気原理

小型知能プレハブ変電所は10/0.4kV三相交流システムの配電網に適しています。特定の配線スキームに従って高圧スイッチギア、配電変圧器、および低圧配電装置を統合しています。高圧側は単一バスバー配線を採用し、二つの入線と一つの出線があります。変圧器側にはヒューズ保護が設けられています。配電変圧器による変換後、低圧バスバーは需要に応じて4つの低圧フィーダーラインを設計することが可能です。低圧主スイッチは設置されていません。

3.2 適用場所

この小型知能プレハブ変電所は、都市配電網の改修、住宅コミュニティ、工場企業、商業オフィスビル、ビジネス地区、公共緑地、文化保護地区、公園などの屋外場所に広く適用できます。

3.3 使用環境条件

• 標高：1,000m以下。

•  周囲温度：最低-25℃、最高45℃；最高年平均温度は20℃以下、最高月平均温度は35℃以下。

• 相対湿度：20℃での最高月平均湿度は90%以下、最高日平均湿度は95%以下。

• 耐震性：地面水平加速度は0.2g以下（gは重力加速度を表す）、地面垂直加速度は0.1g。

• 日照強度：風速0.5m・s⁻¹のとき、太陽放射強度は0.1W・cm⁻²以下。

• 最大氷被覆厚さ：10mm。

•  汚染レベル：III級以下

• 地面傾斜：3°以下。

• 設置場所：屋外、爆発危険、火災、化学腐食、または激しい振動がない場所。

上記の通常の使用環境条件に適合しない場合は、ユーザーとメーカーの間で協議解決が必要です。

4 小型知能プレハブ変電所のプロトタイプ受入

小型知能プレハブ変電所のプロトタイプは江蘇起侯智能電気設備有限公司によって製作されました。機械工業高圧送配電設備品質検査センターは関連の国家基準および業界基準に基づいて主要な構成要素に対してテストを行い、テスト結果は合格でした。国網上海市電力公司はこのプロトタイプのサイズ、外観、性能について包括的な受入を行い、受入結果は合格でした。

5 結論

本記事で開発した小型知能プレハブ変電所は、国内外の既存のプレハブ変電所の利点を統合しています。シンプルな構造、小さな敷地面積、安全性と信頼性、美しさと環境保護、検査とメンテナンスの免除、低いメンテナンス要件などの利点を持っています。都市配電網の建設と改修において重要な推奨と応用価値があります。