Разработка и применение миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции
С ускорением строительства умных городов городские распределительные сети постоянно модернизируются и реконструируются, а проекты по прокладке воздушных линий под землей также стабильно продвигаются. Большое количество воздушных линий на 10 кВ заменяется подземными кабелями. Учитывая текущую ситуацию, такую как ограниченное пространство на некоторых городских дорогах и недостаток мест для установки оборудования, предъявляются более высокие требования к объему, конструкции и производительности традиционных сборных подстанций.
На основе применения традиционных сборных подстанций в данной статье проводится исследование и анализ, а также разрабатывается миниатюрная, интеллектуальная и ландшафтная сборная подстанция. Эта сборная подстанция имеет компактную конструкцию, стабильную производительность, высокую практичность и надежность электроснабжения. Она может эффективно использовать центральное городское пространство, достигать гармонии и единства с окружающей средой и широко применяться в проектах модернизации и реконструкции городских распределительных сетей.
1 Дизайн внешнего вида миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции
Учитывая требования, такие как географическое положение, коэффициент использования пространства и экологические ограничения, миниатюрная интеллектуальная сборная подстанция использует длинную и узкую планировку. Ее объем составляет только две трети от объема оригинальной сборной подстанции. Корпус (включая верхнюю часть, двери, нижнюю часть и внутренние металлические компоненты) и его приложения изготовлены из нержавеющей стали 304, а внутри используются тонкие стальные пластины SGCC с горячим цинковым покрытием, а также добавлены теплоизоляционные и огнестойкие материалы на боковые стены. Внешняя поверхность окрашена в темно-зеленый цвет, что является эстетически привлекательным и экологичным решением.
Корпус обладает достаточной механической прочностью и сейсмической устойчивостью, чтобы обеспечить, что он не будет легко поврежден или деформирован во время транспортировки, установки и подъема. Верхняя часть корпуса имеет "елочную" структуру с углом наклона 5°. Это двойная структура, которая имеет эффект защиты от солнечного излучения. Она оснащена антиобратным карнизом и вентиляционным каналом, а верхняя часть корпуса съемная. Двери корпуса имеют двойную антивандальную болтовую конструкцию и открываются наружу. Нижняя часть корпуса имеет горячее цинковое покрытие и бесшовно соединена с корпусом. В нижней части есть люк, вокруг которого установлены уплотнительные полосы. На обоих сторонах предусмотрены огнестойкие устройства для герметизации кабелей, обеспечивающие хорошую герметичность и полную защиту от влаги.
Все сварные части и соединения внешних компонентов миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции хорошо герметизированы, и она обладает характеристиками, такими как водонепроницаемость, пыленепроницаемость, коррозионная стойкость и защита от ультрафиолетового излучения. Она красивая и экологичная. Без необходимости обслуживания ее нормальный срок службы может достигать 40 лет.
2 Конструкция и функциональное расположение миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции
2.1 Дизайн конструктивного расположения
Структура миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции проста. Внутри корпуса разделено на шесть основных функциональных помещений: помещение трансформатора, высоковольтное помещение, низковольтное помещение, помещение автоматизации, помещение связи и помещение учета потребления электроэнергии. Эти функциональные помещения полностью отделены друг от друга и расположены в форме "глаза".
Эта подстанция может иметь двери на всех четырех сторонах, удовлетворяя требованиям обслуживания, предусматривающим открытие дверей на трех сторонах. Защитные двери высоковольтного и низковольтного помещений оснащены механическими блокировками, чтобы обеспечить, что дверь высоковольтного помещения может быть открыта только тогда, когда дверь низковольтного помещения открыта. Каждое функциональное помещение использует независимую естественную вентиляцию, чтобы удовлетворить требования всех электрических устройств к температуре и влажности. При необходимости могут быть добавлены нагреватели, осушители и другое оборудование, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу на открытом воздухе.
Основные компоненты этой подстанции включают: масляные трансформаторы, 10-кВ кольцевые главные щиты с низковольтными пластиковыми корпусами воздушных выключателей (на низковольтной стороне), запечатанные газом SF6, стандартизованные быстрые интерфейсы аварийного питания (на низковольтной шине), а также терминалы станции, общие счетчики, концентраторы, интеллектуальные конфигурационные терминалы, оптические коммуникационные терминалы и т.д.
2.2 Дизайн функциональных помещений
(1) Помещение трансформатора. Помещение трансформатора включает трансформаторы, радиаторы, шинную проводку и защитные сетки безопасности и т.д. Трансформатор использует первичный энергоэффективный полностью герметичный трансформатор с распределением на основе аморфного сплава или силиконовой стали. Высоковольтная сторона оборудована готовыми вставными кабельными головками, а низковольтные втулки оснащены изоляционными защитными рукавами. Мощность может быть выбрана как 500 кВ·А или 630 кВ·А.
(2) Высоковольтное помещение. Высоковольтное помещение состоит из 10-кВ кольцевых главных щитов, которые разделены на входные и выходные щиты, и оба они независимо закрыты. Кольцевой главный щит имеет полностью изолированную и общую коробчатую структуру, использующую газ SF6 для тушения дуги и изоляции. Газовый ящик оснащен устройством отображения давления газа с обычно открытым сигнальным вспомогательным узлом. Газовый ящик и корпус щита изготовлены из нержавеющей стали 304 и высококачественного алюминиевого покрытия цинком соответственно, а поверхность корпуса щита обработана методом электростатического эпоксидного напыления.
Щит разделен на вторичное помещение, помещение нагрузочного выключателя и помещение кабеля сверху вниз. Вторичное помещение находится в верхней части щита. Панель помещения оснащена выключателями, индикаторами состояния, переключателями дистанционного/локального управления, а также индикаторами неисправностей и наличия напряжения и т.д. Обычно нагрузочный выключатель щита выбирается как комбинированный электроприбор, состоящий из нагрузочного выключателя и ограничителя тока. Среди них, нагрузочный выключатель может прерывать заданную нагрузочную ток и ток переключения при возникновении неисправности на низковольтной стороне трансформатора; ограничитель тока может прерывать различные фазные, заземляющие короткие замыкания и токи перегрузки.
Нагрузочный выключатель может осуществлять отключение, включение и заземление через электрическую и ручную операции, и его эксплуатация проста и удобна. Нагрузочный выключатель и заземляющий выключатель имеют надежную функцию "пяти предохранений". Помещение кабеля щита в основном использует высоковольтный кабельный канал для входящих и исходящих линий под землей. Положения входных и исходящих кабельных терминалов удобны для установки, и установлен трансформатор тока открытого типа.
(3) Низковольтное помещение. Низковольтное помещение в основном состоит из низковольтных щитов, отсеков аварийного питания и люков. Цвет корпуса низковольтного щита такой же, как у высоковольтного щита, используется RAL7035. На панели низковольтного щита установлен цифровой многофункциональный счетчик, который может отображать напряжение и ток и поддерживает коммуникацию RS-485. Низковольтные исходящие линии используют 4-контурные нулевые бездуговые пластиковые корпуса воздушных выключателей. На низковольтной стороне предусмотрены нейтральная и заземляющая линии, обе из которых расположены в нижней части низковольтного щита.
Низковольтная шина трансформатора вводится в низковольтный щит из отсека аварийного питания, предназначенного для отсоединения. После преобразования подключения она становится низковольтным питанием исходящего кабеля в нижней части низковольтного щита. Количество выходных цепей может быть гибко спроектировано в соответствии с требованиями. Отсек аварийного питания должен сопровождаться инструкциями по эксплуатации, а люк удобен для ручного обслуживания.
(4) Помещение автоматизации. Сборная подстанция оснащена независимым помещением автоматизации, в котором терминал распределенной автоматизации (DTU) мониторит и контролирует состояние 10-кВ входящих и исходящих линий, обеспечивая функции дистанционного измерения, дистанционного сигнализирования, дистанционного управления и дистанционной регулировки. DTU предпочитает использовать питание от сети. Когда нет условий для питания от сети, он использует потенциальный трансформатор для питания и использует аккумуляторную батарею в качестве резервного источника питания.
Он имеет встроенный модуль управления питанием, который может обеспечивать выход AC220V и DC24V и предоставляет источник переменного тока AC220V для электрического механизма кольцевого главного щита. DTU поддерживает несколько способов и протоколов связи, имеет 2 последовательных интерфейса RS-485 и 2 сетевых интерфейса (RJ45), совместим с протоколами IEC101, IEC104 и CDT; DTU устанавливается в целом в настенный шкаф, используя авиационный разъем, что удобно для демонтажа, установки и обслуживания на месте, и может удовлетворять требованиям к пространственному расположению набора терминалов и резервного источника питания.
(5) Помещение связи. Сборная подстанция оснащена независимым помещением связи, которое внутренне оборудовано оптическим распределительным шкафом, промышленным Ethernet-коммутатором и оптическим сетевым устройством, и зарезервированы слоты и отверстия для входящих и исходящих кабелей связи, пигтейлов и силовых кабелей. Это помещение может передавать данные мониторинга внутри сборной подстанции на интеллектуальную платформу мониторинга, чтобы в реальном времени контролировать ее состояние и данные.
(6) Помещение учета потребления электроэнергии. Помещение учета потребления электроэнергии расположено над помещением связи. Оно оснащено местами для установки интеллектуальных терминалов распределительных трансформаторов, концентраторов и общих счетчиков зоны трансформатора, а также местами для установки клеммников и комбинированных тестовых коробок, и зарезервированы слоты и отверстия для сигналов выборки и кабелей связи.
Это помещение отвечает за измерение различных рабочих параметров сборной подстанции и является коммуникационным узлом данных электроэнергии. С одной стороны, оно собирает и хранит данные электроэнергии, выводимые в виде последовательной связи цифровыми счетчиками электроэнергии. С другой стороны, оно передает собранные данные электроэнергии в компьютер главной станции системы автоматизации учета электроэнергии через верхний канал.
2.3 Дизайн заземляющего устройства
Заземляющий электрод миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции выполнен из оцинкованной железной трубы. Заземляющая шина из швеллера оснащена 2 медными заземляющими клеммами, соединенными с заземляющим электродом, с электрической контактной площадью 160 мм² и явными знаками. Низковольтная нейтральная линия трансформатора напрямую соединена с заземляющим телом. Среди них, помещения трансформатора, высоковольтного и низковольтного помещений соединены между собой с помощью заземляющих клемм.
Вторичные заземляющие провода электрических устройств оснащены прозрачными защитными чехлами, а медные провода имеют сечение 4 мм²; все двери шкафов, металлические части и металлические рамы непрерывно и надежно соединены с землей. Внешняя заземляющая сеть основания вводится в нижнюю часть сборной подстанции с внутренней стороны основания и соединена с заземляющими клеммами в подстанции, используя метод прямого погребения. Сопротивление заземления сборной подстанции не превышает 1 Ω.
3 Технические требования к миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции
3.1 Электрический принцип
Миниатюрная интеллектуальная сборная подстанция подходит для распределительной сети трехфазной системы переменного тока 10/0.4 кВ. Она интегрирует высоковольтные коммутационные устройства, распределительные трансформаторы и низковольтные распределительные устройства в соответствии с определенной схемой подключения. Высоковольтная сторона использует одиночную шинную схему, с двумя входящими и одним исходящим. На стороне трансформатора установлено предохранительное устройство. После преобразования распределительным трансформатором низковольтная шина может быть спроектирована с 4 низковольтными исходящими линиями в зависимости от потребностей, и не предусмотрено низковольтного главного выключателя.
3.2 Применимые места
Эта миниатюрная интеллектуальная сборная подстанция широко применима в наружных местах, таких как модернизация городских распределительных сетей, жилые районы, заводы и предприятия, коммерческие офисные здания, деловые районы, общественные зеленые зоны, зоны культурной охраны и парки.
3.3 Условия окружающей среды для использования
Высота: не превышает 1,000 м.
Температура окружающей среды: минимальная -25 °C, максимальная 45 °C; среднегодовая максимальная температура не превышает 20 °C, а среднемесячная максимальная температура не превышает 35 °C.
Относительная влажность: при 20 °C, среднемесячная максимальная не превышает 90%, а среднесуточная максимальная не превышает 95%.
Сейсмическая устойчивость: горизонтальное ускорение земли не превышает 0.2 g (g представляет собой ускорение свободного падения), а вертикальное ускорение земли равно 0.1 g.
Интенсивность солнечного света: при скорости ветра 0.5 м·с⁻¹, интенсивность солнечного излучения не превышает 0.1 Вт·см⁻².
Максимальная толщина ледяного покрытия: 10 мм.
Уровень загрязнения: не превышает уровень III
Уклон земли: не превышает 3°.
Место установки: на открытом воздухе, без опасности взрыва, пожара, химической коррозии или сильных вибраций.
Если условия окружающей среды не соответствуют вышеуказанным нормальным условиям использования, необходимо согласовать и решить вопрос между пользователем и производителем.
4 Прототипирование и приемка миниатюрной интеллектуальной сборной подстанции
Миниатюрная интеллектуальная сборная подстанция была создана компанией Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Центр качества испытаний высоковольтного оборудования передачи и распределения электроэнергии машиностроительной промышленности провел испытания основных компонентов в соответствии с соответствующими государственными и отраслевыми стандартами, и результаты испытаний были признаны удовлетворительными. Компания State Grid Shanghai Electric Power Company провела комплексную приемку размеров, внешнего вида и производительности этого прототипа, и результаты приемки были признаны удовлетворительными.
5 Заключение
Разработанная в данной статье миниатюрная интеллектуальная сборная подстанция объединяет преимущества существующих сборных подстанций в стране и за рубежом. Она имеет преимущества простой конструкции, малого занимаемого пространства, безопасности и надежности, красоты и экологичности, освобождения от проверки и обслуживания, а также низких требований к обслуживанию. Она имеет важное значение для продвижения и применения в строительстве и реконструкции городских распределительных сетей.
