Ontwikkeling en toepassing van een geminimaliseerde intelligente prefab-transformatorhuis

Met de versnelde bouw van slimme steden wordt het stedelijke distributienetwerk voortdurend geüpgraded en gerenoveerd, en gaat de bouw van projecten voor de verplaatsing van bovengrondse lijnen naar ondergronds gestaag vooruit. Een groot aantal 10 kV bovengrondse lijnen wordt vervangen door ondergrondse kabels. Gezien de huidige situatie, zoals beperkte ruimte op sommige stadsstraten en een tekort aan plaatsen voor de installatie van apparatuur, worden hogere eisen gesteld aan het volume, de structuur en de prestaties van traditionele prefab-transformerstations.

Op basis van de toepassing van traditionele prefab-transformerstations voert dit artikel onderzoek en analyse uit en ontwerpt een gecomprimeerde, intelligente en landschappelijke prefab-transformerstation. Dit prefab-transformerstation heeft een compacte structuur, stabiele prestaties, sterke praktische waarde en hoge betrouwbaarheid van elektriciteitsvoorziening. Het kan intensief gebruik maken van de kernruimte in de stad, harmonie en eenheid bereiken met de omgeving, en kan breed toegepast worden bij de upgradings- en renovatieprojecten van stedelijke distributienetwerken.

1 Uiterlijk Ontwerp van het Gecomprimeerde Intelligente Prefab-Transformerstation

Rekening houdend met eisen zoals geografische ligging, ruimtebenutting en milieu-beperkingen, neemt het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation een langwerpige en smalle indeling aan. Zijn volume is slechts twee derde van dat van het oorspronkelijke prefab-transformerstation. De behuizing (inclusief het dak, deuren, bodem en interne metalen componenten) en de bijbehorende accessoires zijn gemaakt van roestvrij staal 304, terwijl het interieur SGCC-gegalvaniseerde dunne staalplaten gebruikt, en isolerende en brandremmende materialen zijn toegevoegd aan de wanden. Het uiterlijke oppervlak is donkergroen geschilderd, wat zowel esthetisch aangenaam als milieuvriendelijk is.

De behuizing heeft voldoende mechanische sterkte en seismische prestaties om te garanderen dat deze niet gemakkelijk beschadigd of vervormd raakt tijdens transport, installatie en hijsen. Het dak van de behuizing heeft een "haringbotten" structuur met een hellingshoek van 5°. Het is een dubbele laagstructuur die het effect heeft van afbakening van zonnestraling. Het is uitgerust met een anti-backflow rand en een ventilatieduct, en het dak van de behuizing is losneembaar. De deuren van de behuizing hebben een dubbele anti-diefstal boutconstructie en openen naar buiten. De bodem van de behuizing is gegalvaniseerd en naadloos verbonden met het lichaam van de behuizing. Er is een manhole aan de bodem, en er zijn verzegelingsstrips rond de manhole geïnstalleerd. Brandbestendige kabelverzegelingsapparatuur is aan beide zijden voorzien, met goede verzegeling en complete waterafstotende maatregelen.

Alle lasonderdelen en de verbindingen van externe componenten van het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation zijn goed afgedicht, en het heeft eigenschappen zoals waterbestendigheid, stofbestendigheid, corrosiebestendigheid en bescherming tegen ultraviolette straling. Het is zowel mooi als milieuvriendelijk. Zonder onderhoud kan de normale levensduur tot 40 jaar bedragen.

2 Structuur en Indeling van de Functies van het Gecomprimeerde Intelligente Prefab-Transformerstation
2.1 Structuurontwerp

De structuur van het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation is eenvoudig. Het interieur van de behuizing is verdeeld in zes hoofdfunctieruimtes: de transformatieruimte, de hoogspanningsruimte, de laagspanningsruimte, de automatiseringsruimte, de communicatieruimte en de energieverbruikscollectieruimte. Deze functieruimtes zijn volledig van elkaar gescheiden en gerangschikt in een "oog" vorm.

Dit transformerstation kan deuren hebben aan alle vier de zijden, waarmee de onderhoudseis van het openen van deuren aan drie zijden wordt voldaan. De beschermde deuren van de hoogspanningsruimte en de laagspanningsruimte zijn uitgerust met mechanische interlocks om ervoor te zorgen dat de deur van de hoogspanningsruimte alleen kan worden geopend wanneer de deur van de laagspanningsruimte open is. Elke functieruimte maakt gebruik van een onafhankelijke natuurlijke ventilatie om aan de temperatuur- en vochtigheidsvereisten van alle elektrische apparatuur te voldoen. Indien nodig kunnen verwarmers, ontvochters en andere apparatuur worden toegevoegd om de veilige en betrouwbare werking in de open lucht te waarborgen.

De belangrijkste componenten van dit transformerstation omvatten: oliegedrenkte transformatoren, 10 kV ringhoofdunits met laagspanning plastik omhulsel luchtschakelaars (aan de laagspanningskant) verzegeld met SF6-gas, gestandaardiseerde noodvoorziening snelle interfaces (aan de laagspanningsbuskant), evenals stations-eindterminals, algemene meters, concentrators, intelligente configuratie-terminals, glasvezelcommunicatieterminals, enz.

2.2 Ontwerp van Functieruimtes

(1) Transformatieruimte. De transformatieruimte omvat transformatoren, radiatoren, busbarbedrading en veiligheidsbeschermnetten, enz. De transformatoren gebruiken een klasse I energie-efficiënte volledig gesloten siliciumstaal of amorfe legering oliegedrenkte distributietransformatoren. De hoogspanningskant is uitgerust met prefab-plug-in kabelkoppen, en de laagspanningsbusbars zijn uitgerust met isolatiebeschermhoezen. De capaciteit kan worden gekozen als 500 kV·A of 630 kV·A.

(2) Hoogspanningsruimte. De hoogspanningsruimte bestaat uit 10 kV ringhoofdunits, die zijn verdeeld in ingangs- en uitgangseenheidkasten, en de twee zijn onafhankelijk afgesloten. De ringhoofdunit heeft een volledig geïsoleerde en gemeenschappelijke doosstructuur, en gebruikt SF6-gas voor boogextinctie en isolatie. De gasdoos is uitgerust met een gasdrukweergaveapparaat met een normaal open alarm-auxiliaire knooppunt. De gasdoos en de kastlichamen zijn gemaakt van respectievelijk 304 roestvrij staal en kwalitatieve aluminium-geklad zinc plaatmateriaal, en het oppervlak van de kastlichamen maakt gebruik van een statische epoxy spuitproces.

De eenheidkast is van boven naar beneden verdeeld in een secundaire ruimte, een belastingschakelaar ruimte, en een kabelruimte. De secundaire compartiment bevindt zich in de bovenkant van de eenheidkast. Het paneel van het compartiment is uitgerust met schakelaars, indicatielampjes, afstandsbediening/lokale overdrachtsschakelaars, evenals fout- en live-indicators, enz. De belastingschakelaareenheid van de eenheidkast selecteert meestal een combinatie van een belastingschakelaar en een stroombegrenzende veer. Daarvan kan de belastingschakelaar de gespecificeerde belastingstroom en de overdrachtstroom doorbreken wanneer er een fout optreedt aan de laagspanningskant van de transformatoren; de stroombegrenzende veer kan verschillende fase-tot-fase, grondsluitstroom en overbelastingsstroom doorsnijden.

De belastingschakelaar kan via elektrische en handmatige bediening openen, sluiten en aarden, en de bediening is eenvoudig en gemakkelijk. De belastingschakelaareenheid en de aardingsschakelaareenheid hebben een betrouwbare "vijf-preventie" interlockfunctie. De kabelruimte van de eenheidkast maakt voornamelijk gebruik van de hoogspanningskabelgreppel voor inkomende en uitgaande lijnen van ondergronds. De posities van de inkomende en uitgaande kabelterminals zijn gemakkelijk te installeren, en een open-type hoogspanningsstroomtransformator is geïnstalleerd.

(3) Laagspanningsruimte. De laagspanningsruimte bestaat voornamelijk uit laagspanningsschakelkasten, noodvoorziening compartimenten en manholes, enz. De kleur van de laagspanningskastlichamen is hetzelfde als die van de hoogspanningskast, RAL7035. Een plug-in digitale multifunctionele meter is geïnstalleerd op het paneel van de laagspanningskast, die spanning en stroom kan weergeven en RS-485-communicatie ondersteunt. De laagspanningsuitganglijnen gebruiken 4-circuit nul-vliegende-boog plastik omhulsel luchtschakelaars. Aan de laagspanningskant zijn een neutrale en een aardeleider aanwezig, die beide aan de onderkant van de laagspanningskast zijn geplaatst.

De laagspanningsbusbar van de transformatoren wordt geïntroduceerd in de laagspanningschakelkasten vanaf het noodvoorziening compartiment, ontworpen om losneembaar te zijn. Na de bedrading conversie wordt het een laagspanningsvoeder naar de uitgaande kabel aan de onderkant van de laagspanningskast. Het aantal uitgangscircuits kan flexibel worden ontworpen volgens de vereisten. Het noodvoorziening compartiment moet worden vergezeld van bedrijfsinstructies, en de manhole is gemakkelijk voor handmatig onderhoud.

(4) Automatiseringsruimte. Het prefab-transformerstation is uitgerust met een onafhankelijke automatiseringsruimte, waarin de distributieautomatiseringsterminal (DTU) de werkomstandigheden van de 10 kV inkomende en uitgaande circuits monitort en controleert, en functionaliteiten zoals afstandsmeet, afstandsignaal, afstandsbediening en afstandsregeling realiseert. De DTU geeft de voorkeur aan netspanning voor de voeding. Wanneer er geen voorwaarden zijn voor netspanning, gebruikt het een potentietransformator voor de voeding en gebruikt een bijbehorende opslagaccu als back-upvoeding.

Het heeft een ingebouwd voedingsmanagementmodule, die AC220V en DC24V-uitgang kan leveren en een AC220V-wisselspanningsbron biedt voor de elektrische bedieningsmechanisme van de ringhoofdunit. De DTU ondersteunt meerdere communicatiemethoden en -protocollen, en heeft 2 RS-485-seriële interfaces en 2 netwerkinterfaces (RJ45), die compatibel zijn met protocollen zoals IEC101, IEC104 en CDT; de DTU is geheel geïnstalleerd in een muurbevestigde kast, met een luchtvaartplug, wat gemakkelijk is voor ter plaatse demontage, installatie en onderhoud, en kan de ruimtelijke indelingseisen van een set terminals en back-upvoeding voldoen.

(5) Communicatieruimte. Het prefab-transformerstation is uitgerust met een onafhankelijke communicatieruimte, die intern is uitgerust met een optische verdelingsframe, een industriële Ethernet-switch, en een optische netwerkunit, en reserveert de bedradingssleuven en inkomende en uitgaande gaten voor communicatieoptische kabels, pigtails en voedingskabels. Deze ruimte kan de bewakinggegevens binnen het prefab-transformerstation overbrengen naar het intelligente bewakingsplatform, zodat de werkomstandigheden en gegevens in real-time kunnen worden bewaakt.

(6) Energieverbruikscollectieruimte. De energieverbruikscollectieruimte bevindt zich boven de communicatieruimte. Het is uitgerust met installatieposities voor intelligente distributietransformatorterminals, concentrators, en algemene meters van het transformatorgebied, evenals installatieruimte voor terminalblokken en gecombineerde bedradingstestboxen, en reserveert de bedradingssleuven en inkomende en uitgaande gaten voor signaalmonsters en communicatiekabels.

Deze ruimte is verantwoordelijk voor het meten van diverse werkparameters van het prefab-transformerstation en is het communicatiecentrum van elektriciteitsgegevens. Enerzijds verzamelt en slaat het de elektriciteitsgegevens op die in de vorm van seriële communicatie door digitale elektriciteitsmeters worden uitgebracht. Anderzijds brengt het de verzamelde elektriciteitsgegevens over naar de bovenliggende computer van het hoofdstation van het elektriciteitsfacturatieautomatiseringssysteem via de upstream-kanaal.

2.3 Ontwerp van de Aardingsinstallatie

De aardingelektrode van het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation gebruikt een gegalvaniseerde ijzeren buis. De aardingbusbar van de channel steel basis is voorzien van 2 koperen aardingterminals verbonden met de aardingelektrode, met een elektrisch contactoppervlak van 160 mm² en duidelijke tekens. De laagspanningsneutrale lijn van de transformatoren is rechtstreeks verbonden met de aardingmassa. Waarvan de transformatieruimte, de hoogspanningsruimte en de laagspanningsruimte zijn verbonden met elkaar met behulp van aardingterminals.

De secundaire veiligheidsgelaste draden van elektrische apparatuur zijn voorzien van transparante beschermhoezen, en de koperverbindingen hebben een doorsnede van 4 mm²; alle kastdeuren, metalen delen en metalen frames zijn continu en betrouwbaar verbonden met de aarde. Het externe aardingnetwerk van de fundering wordt vanaf de binnenzijde van de fundering naar de bodem van het prefab-transformerstation gevoerd en verbonden met de aardingterminals in het station, gebruikmakend van een direct begraven methode. De aardingsweerstand van het prefab-transformerstation is niet groter dan 1 Ω.

3 Technische Vereisten van het Gecomprimeerde Intelligente Prefab-Transformerstation
3.1 Elektrisch Principe

Het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation is geschikt voor het distributienetwerk van een 10/0.4 kV driefase wisselstroom systeem. Het integreert hoogspanningschakelapparatuur, distributietransformatoren en laagspanningsdistributieapparatuur volgens een specifiek bedradingsschema. De hoogspanningskant gebruikt een enkele moederlijn bedrading, met twee inkomende en één uitgaande lijn. Op de transformatorkant is een fusiebescherming ingesteld. Na transformatie door de distributietransformatoren kan de laagspanningsbusbar worden ontworpen met 4 laagspanningsvoederlijnen volgens de behoefte, en er is geen laagspannings hoofdschakelaar ingesteld.

3.2 Toepassingsplaatsen

Dit gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation is wijdverspreid toepasbaar in buitenplaatsen zoals stedelijke distributienetwerk renovatie, woonwijken, fabrieken en bedrijven, commerciële kantoorgebouwen, zakelijke districten, publieke groene gebieden, culturele beschermingsgebieden en parken.

3.3 Omgevingsvoorwaarden voor Gebruik

• Hoogte: niet meer dan 1.000 m.

•  Omgevingstemperatuur: de laagste is -25 °C, de hoogste is 45 °C; de hoogste jaarlijkse gemiddelde temperatuur is niet meer dan 20 °C, en de hoogste maandelijkse gemiddelde temperatuur is niet meer dan 35 °C.

• Relatieve vochtigheid: bij 20 °C, de hoogste maandelijkse gemiddelde is niet meer dan 90%, en de hoogste dagelijkse gemiddelde is niet meer dan 95%.

• Aardbevingbestendigheid: de horizontale grondversnelling is niet meer dan 0.2 g (g vertegenwoordigt de zwaartekrachtsversnelling), en de verticale grondversnelling is 0.1 g.

• Zonneintensiteit: bij een windsnelheid van 0.5 m·s⁻¹, de zonne-stralingsintensiteit is niet meer dan 0.1 W·cm⁻².

• Maximale ijslaagdikte: 10 mm.

•  Vervuilingsniveau: niet meer dan niveau III

• Grondhelling: niet groter dan 3°.

• Installatieplaats: buiten, zonder explosiegevaar, brand, chemische corrosie, of hevige trillingen.

Als het niet voldoet aan de bovenstaande normale omgevingsvoorwaarden voor gebruik, moet dit tussen de gebruiker en de fabrikant worden besproken en opgelost.

4 Prototype Acceptatie van het Gecomprimeerde Intelligente Prefab-Transformerstation

Het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation werd geprototyped door Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Het Kwaliteitsinspectiecentrum voor Hoogspannings Transport- en Distributieapparatuur van de Machineindustrie voerde tests uit op de belangrijkste componenten volgens relevante nationale en industrie-normen, en de testresultaten waren goedgekeurd. State Grid Shanghai Electric Power Company voerde een alomvattende acceptatie uit van de grootte, het uiterlijk en de prestaties van dit prototype, en de acceptatieresultaten waren goedgekeurd.

5 Conclusie

Het gecomprimeerde intelligente prefab-transformerstation dat in dit artikel is ontwikkeld, integreert de voordelen van bestaande prefab-transformerstations binnen en buiten het land. Het heeft de voordelen van een eenvoudige structuur, een kleine voetafdruk, veiligheid en betrouwbaarheid, schoonheid en milieuvriendelijkheid, vrijgesteld van inspectie en onderhoud, en lage onderhoudseisen. Het heeft een belangrijke promotie- en toepassingswaarde in de bouw en renovatie van stedelijke distributienetwerken.