การพัฒนาและการประยุกต์ใช้ของสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูปอัจฉริยะขนาดเล็ก

ด้วยการสร้างเมืองอัจฉริยะที่เร่งรัด การกระจายเครือข่ายในเมืองได้รับการปรับปรุงและปฏิสังขรณ์อย่างต่อเนื่อง และโครงการฝังสายไฟฟ้าใต้ดินก็ดำเนินไปอย่างมั่นคง สายไฟฟ้าแรงสูง 10 กิโลโวลต์จำนวนมากกำลังถูกแทนที่ด้วยสายเคเบิลใต้ดิน โดยพิจารณาจากสถานการณ์ปัจจุบัน เช่น พื้นที่บนถนนบางแห่งจำกัดและขาดแคลนตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์ ทำให้มีความต้องการที่สูงขึ้นเกี่ยวกับขนาดโครงสร้างและประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปแบบดั้งเดิม

บนพื้นฐานของการใช้งานโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปแบบดั้งเดิม บทความนี้ทำการวิจัยและวิเคราะห์และออกแบบโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะและสวยงาม โรงไฟฟ้านี้มีโครงสร้างที่กะทัดรัด ประสิทธิภาพที่เสถียร ความเป็นประโยชน์สูง และความเชื่อถือได้ในการจ่ายไฟฟ้าสูง สามารถใช้พื้นที่ใจกลางเมืองอย่างเข้มข้น ทำให้เกิดความกลมกลืนและเป็นหนึ่งเดียวกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ และสามารถนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการปรับปรุงและปฏิสังขรณ์โครงการกระจายเครือข่ายในเมือง

1 การออกแบบภายนอกของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะ

พิจารณาจากความต้องการเช่น สถานที่ทางภูมิศาสตร์ อัตราการใช้พื้นที่ และข้อจำกัดทางสิ่งแวดล้อม โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะใช้วางผังยาวและแคบ ปริมาณของมันคือเพียงสองในสามของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปแบบดั้งเดิม เปลือก (รวมถึงด้านบน ประตู ด้านล่าง และชิ้นส่วนโลหะภายใน) และอุปกรณ์เสริมทั้งหมดทำจากสเตนเลสสตีล 304 ในขณะที่ภายในใช้แผ่นเหล็กบางเคลือบสังกะสี SGCC และวัสดุกันความร้อนและกันไฟถูกเพิ่มเข้าไปที่ผนังรอบ ๆ ผิวด้านนอกถูกทาสีเขียวแก่ ซึ่งทั้งสวยงามและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

เปลือกมีความแข็งแรงทางกลและสมรรถนะทางแผ่นดินไหวเพียงพอเพื่อรับประกันว่าจะไม่เสียหายหรือเปลี่ยนรูปได้ง่ายระหว่างการขนส่ง การติดตั้งและการยก ด้านบนของเปลือกใช้โครงสร้าง "ลายกระดุม" ที่มีความลาดเอียง 5° เป็นโครงสร้างสองชั้นที่มีผลในการกั้นรังสีแสงอาทิตย์ มีชายคาป้องกันการไหลย้อนกลับและท่อระบายอากาศ ด้านบนของเปลือกสามารถถอดออกได้ ประตูของเปลือกเป็นโครงสร้างสลักล็อคสองชั้นและเปิดออกด้านนอก ด้านล่างของเปลือกเคลือบสังกะสีและเชื่อมต่ออย่างไร้รอยต่อกับตัวเปลือก มีช่องสำหรับคนงานที่ด้านล่างและมีแถบปิดผนึกติดตั้งรอบ ๆ ช่องสำหรับคนงาน มีอุปกรณ์ปิดผนึกสายเคเบิลที่ทนต่อการลุกไหม้ทั้งสองด้าน พร้อมระบบป้องกันความชื้นที่สมบูรณ์

ส่วนเชื่อมและข้อต่อของส่วนประกอบภายนอกของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะมีการปิดผนึกอย่างดี และมีคุณสมบัติเช่น ทนต่อน้ำ ทนต่อฝุ่น ทนต่อการกัดกร่อน และป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต ทั้งสวยงามและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยไม่ต้องบำรุงรักษา อายุการใช้งานปกติสามารถถึง 40 ปี

2 โครงสร้างและฟังก์ชันการจัดวางของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะ
2.1 การออกแบบโครงสร้างและการจัดวาง

โครงสร้างของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะมีความเรียบง่าย ภายในเปลือกถูกแบ่งออกเป็นห้องฟังก์ชันหลัก 6 ห้อง: ห้องหม้อแปลงไฟฟ้า ห้องแรงสูง ห้องแรงต่ำ ห้องอัตโนมัติ ห้องสื่อสาร และห้องรวบรวมการใช้พลังงาน ห้องฟังก์ชันเหล่านี้แยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์และจัดเรียงเป็นรูปทรง "ตา"

โรงไฟฟ้านี้สามารถมีประตูทั้งสี่ด้าน เพื่อตอบสนองความต้องการในการเปิดประตูสามด้านสำหรับการบำรุงรักษา ประตูป้องกันของห้องแรงสูงและห้องแรงต่ำมีระบบล็อคทางกลเพื่อให้แน่ใจว่าประตูห้องแรงสูงสามารถเปิดได้เฉพาะเมื่อประตูห้องแรงต่ำเปิดเท่านั้น แต่ละห้องฟังก์ชันใช้วิธีระบายอากาศตามธรรมชาติอย่างอิสระเพื่อตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดในเรื่องของอุณหภูมิและความชื้น เมื่อจำเป็น สามารถเพิ่มอุปกรณ์ทำความร้อน ลดความชื้น และอื่น ๆ เพื่อให้การทำงานอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ในที่โล่ง

ส่วนประกอบหลักของโรงไฟฟ้านี้ประกอบด้วย: หม้อแปลงน้ำมัน, วงจรควบคุมแรงสูง 10 กิโลโวลต์สวิตช์อากาศพลาสติกเปลือกแข็ง (ที่ด้านแรงต่ำ) ที่ปิดผนึกด้วยแก๊ส SF6, ตัวเชื่อมต่อไฟฉุกเฉินมาตรฐาน (ที่ด้านบัสแรงต่ำ), ตลอดจนหน่วยปลายทางสถานี, เมตรรวม, คอนเซนเตอร์, หน่วยกำหนดค่าอัจฉริยะ, ปลายทางสื่อสารใยแก้วนำแสง ฯลฯ

2.2 การออกแบบห้องฟังก์ชัน

(1) ห้องหม้อแปลงไฟฟ้า ห้องหม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า, รังสีความร้อน, สายแม่พิมพ์, และตาข่ายป้องกันความปลอดภัย ฯลฯ หม้อแปลงใช้หม้อแปลงไฟฟ้ากระจายแรงสูงที่มีประสิทธิภาพระดับหนึ่งที่ปิดสนิทด้วยแผ่นเหล็กซิลิคอนหรือเหล็กไม่มีรูปแบบคริสตัล ด้านแรงสูงมีหัวต่อสายไฟสำเร็จรูป และด้านแรงต่ำมีปลอกป้องกันฉนวน ความจุสามารถเลือกได้ 500 kV·A หรือ 630 kV·A

(2) ห้องแรงสูง ห้องแรงสูงประกอบด้วยวงจรควบคุมแรงสูง 10 กิโลโวลต์ ซึ่งแบ่งออกเป็นตู้วงจรขาเข้าและตู้วงจรขาออก ทั้งสองตู้แยกกันอย่างอิสระ วงจรควบคุมแรงสูงมีโครงสร้างที่ปิดสนิทและใช้แก๊ส SF6 สำหรับการดับอาร์กและฉนวน ตู้แก๊สมีอุปกรณ์แสดงแรงดันแก๊สที่มีจุดต่อเตือนภัยที่เปิดอยู่เสมอ ตู้แก๊สและตู้ตัวเครื่องทำจากสเตนเลสสตีล 304 และอลูมิเนียมเคลือบสังกะสีคุณภาพสูงตามลำดับ และผิวตู้ตัวเครื่องใช้กระบวนการพ่นอีพ็อกซี่สถิต

ตู้วงจรย่อยถูกแบ่งออกเป็นห้องวงจรย่อย ห้องสวิตช์โหลด และห้องสายเคเบิล จากบนลงล่าง ห้องวงจรย่อยตั้งอยู่ที่ส่วนบนของตู้วงจรย่อย แผงของห้องวงจรย่อยมีสวิตช์เปิด-ปิด ไฟแสดงสถานะเปิด-ปิด สวิตช์โอนย้ายระยะไกล/ท้องถิ่น ตลอดจนตัวบ่งชี้ความผิดพลาดและไฟฟ้า ฯลฯ ส่วนสวิตช์โหลดของตู้วงจรย่อยทั่วไปเลือกใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าผสมระหว่างสวิตช์โหลดและฟิวส์จำกัดกระแส ซึ่งสวิตช์โหลดสามารถตัดกระแสโหลดที่ระบุและกระแสโอนย้ายเมื่อเกิดความผิดพลาดที่ด้านแรงต่ำของหม้อแปลงไฟฟ้า ฟิวส์จำกัดกระแสสามารถตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างเฟสและต่อภาคพื้นดิน และกระแสไฟฟ้าเกิน

สวิตช์โหลดสามารถเปิด-ปิด-ต่อภาคพื้นดินผ่านการทำงานด้วยไฟฟ้าและด้วยมือ ซึ่งการทำงานง่ายและสะดวก ส่วนสวิตช์โหลดและสวิตช์ต่อภาคพื้นดินมีฟังก์ชันล็อค "ห้าประการ" ที่เชื่อถือได้ ห้องสายเคเบิลของตู้วงจรย่อยใช้ท่อลำเลียงสายไฟแรงสูงสำหรับการเข้า-ออกสายไฟจากใต้ดิน ตำแหน่งของสายเคเบิลขาเข้าและขาออกสะดวกต่อการติดตั้ง และมีทรานส์ฟอร์เมอร์ไฟฟ้าแรงสูงแบบเปิดติดตั้ง

(3) ห้องแรงต่ำ ห้องแรงต่ำประกอบด้วยตู้สวิตช์แรงต่ำ ห้องสำรองไฟฟ้า และช่องสำหรับคนงาน ฯลฯ สีของตู้สวิตช์แรงต่ำเหมือนกับตู้แรงสูง ใช้ RAL7035 ติดตั้งมิเตอร์ดิจิทัลหลายฟังก์ชันแบบเสียบบนแผงของตู้แรงต่ำ ซึ่งสามารถแสดงแรงดันและกระแส และรองรับการสื่อสาร RS-485 สายออกแรงต่ำใช้สวิตช์อากาศพลาสติกเปลือกแข็ง 4 วงจรที่ไม่มีอาร์กไฟฟ้า ด้านแรงต่ำมีสายกลางและสายภาคพื้นดิน ทั้งสองสายตั้งอยู่ที่ด้านล่างของตู้แรงต่ำ

สายแม่พิมพ์แรงต่ำของหม้อแปลงถูกนำเข้าสู่ตู้สวิตช์แรงต่ำจากห้องสำรองไฟฟ้า ออกแบบให้สามารถถอดออกได้ หลังจากการแปลงการเชื่อมต่อ กลายเป็นสายป้อนแรงต่ำสู่สายเคเบิลที่ด้านล่างของตู้แรงต่ำ จำนวนวงจรที่ส่งออกสามารถออกแบบได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการ ห้องสำรองไฟฟ้าควรมีคำแนะนำการใช้งาน และช่องสำหรับคนงานสะดวกต่อการบำรุงรักษาด้วยมือ

(4) ห้องอัตโนมัติ โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปมีห้องอัตโนมัติอิสระ ภายในมีหน่วยปลายทางอัตโนมัติการกระจายไฟฟ้า (DTU) ที่ตรวจสอบและควบคุมสภาพการทำงานของวงจรขาเข้าและขาออกแรงสูง 10 กิโลโวลต์ ทำให้สามารถทำงานได้หลายฟังก์ชัน เช่น การวัดระยะไกล การส่งสัญญาณระยะไกล การควบคุมระยะไกล และการปรับระยะไกล DTU ใช้ไฟฟ้าหลักเป็นแหล่งพลังงานหลัก เมื่อไม่มีเงื่อนไขสำหรับการจ่ายไฟฟ้าหลัก จะใช้ทรานส์ฟอร์เมอร์แรงดันและใช้แบตเตอรี่สำรองเป็นแหล่งพลังงานสำรอง

มีโมดูลจัดการพลังงานในตัว ซึ่งสามารถตอบสนองการส่งออก AC220V และ DC24V และให้พลังงานไฟฟ้าสลับ AC220V สำหรับกลไกการทำงานด้วยไฟฟ้าของวงจรควบคุมแรงสูง DTU รองรับวิธีการสื่อสารและโปรโตคอลการสื่อสารหลายประเภท และมีพอร์ตอนุกรม RS-485 2 พอร์ตและพอร์ตเครือข่าย (RJ45) 2 พอร์ต ที่เข้ากันได้กับโปรโตคอล IEC101, IEC104, และ CDT; DTU ติดตั้งเป็นชุดในตู้ติดผนัง ใช้ปลั๊กอากาศ ซึ่งสะดวกต่อการถอดติดตั้งและบำรุงรักษาระหว่างงานภาคสนาม และสามารถตอบสนองความต้องการในการจัดวางพื้นที่สำหรับชุดปลายทางและแหล่งพลังงานสำรอง

(5) ห้องสื่อสาร โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปมีห้องสื่อสารอิสระ ภายในมีการกำหนดค่าเฟรมการกระจายแสง, สวิตช์ Ethernet สำหรับอุตสาหกรรม, และหน่วยเครือข่ายแสง และสำรองช่องสำหรับสายสื่อสารแสง, สายส่งสัญญาณ, และสายไฟฟ้า ห้องนี้สามารถส่งข้อมูลการตรวจสอบภายในโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปไปยังแพลตฟอร์มการตรวจสอบอัจฉริยะ เพื่อให้สามารถตรวจสอบสถานะการทำงานและข้อมูลของโรงไฟฟ้าได้ในเวลาจริง

(6) ห้องรวบรวมการใช้พลังงาน ห้องรวบรวมการใช้พลังงานตั้งอยู่เหนือห้องสื่อสาร มีตำแหน่งติดตั้งสำหรับเทอร์มินัลหม้อแปลงไฟฟ้าอัจฉริยะ, คอนเซนเตอร์, และมิเตอร์ทั่วไปของเขตหม้อแปลง ตลอดจนพื้นที่ติดตั้งสำหรับเทอร์มินัลคอมโบและกล่องทดสอบการเชื่อมต่อสาย และสำรองช่องสำหรับสัญญาณตัวอย่างและสายสื่อสาร

ห้องนี้รับผิดชอบในการวัดพารามิเตอร์การทำงานต่างๆ ของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปและเป็นศูนย์กลางการสื่อสารข้อมูลพลังงานไฟฟ้า ด้านหนึ่ง รวบรวมและเก็บข้อมูลพลังงานไฟฟ้าที่ส่งออกในรูปแบบการสื่อสารอนุกรมโดยมิเตอร์พลังงานไฟฟ้าดิจิทัล อีกด้านหนึ่ง ส่งข้อมูลพลังงานไฟฟ้าที่รวบรวมไปยังคอมพิวเตอร์หลักของระบบอัตโนมัติการคิดค่าไฟฟ้าผ่านช่องทางส่งขึ้น

2.3 การออกแบบอุปกรณ์ต่อภาคพื้นดิน

อุปกรณ์ต่อภาคพื้นดินของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะใช้ท่อเหล็กชุบสังกะสี สายต่อภาคพื้นดินของฐานเหล็กมีเทอร์มินัลต่อภาคพื้นดินทองแดง 2 ตัวที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อภาคพื้นดิน ด้วยพื้นที่สัมผัสทางไฟฟ้า 160 มม² และมีสัญลักษณ์ชัดเจน สายกลางแรงต่ำของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับตัวต่อภาคพื้นดินโดยตรง ทั้งห้องหม้อแปลงไฟฟ้า ห้องแรงสูง และห้องแรงต่ำเชื่อมต่อกันโดยใช้เทอร์มินัลต่อภาคพื้นดิน

สายต่อภาคพื้นดินเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้ามีท่อป้องกันใส และสายทองแดงมีพื้นที่ตัดขวาง 4 มม²; ประตูตู้ทั้งหมด, ส่วนโลหะ, และโครงโลหะเชื่อมต่ออย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้กับภาคพื้นดิน ตะแกรงต่อภาคพื้นดินภายนอกฐานถูกนำเข้าสู่ด้านล่างของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปจากด้านในของฐานและเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลต่อภาคพื้นดินในสถานี โดยใช้วิธีฝังโดยตรง ความต้านทานต่อภาคพื้นดินของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปไม่เกิน 1 Ω

3 ข้อกำหนดทางเทคนิคของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะ
3.1 หลักการทางไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะเหมาะสมกับระบบไฟฟ้าสามเฟส 10/0.4 กิโลโวลต์ รวมอุปกรณ์สวิตช์แรงสูง, หม้อแปลงไฟฟ้ากระจาย, และอุปกรณ์กระจายไฟฟ้าแรงต่ำตามแผนการเชื่อมต่อที่กำหนด ด้านแรงสูงใช้การเชื่อมต่อแม่พิมพ์เดียว ด้วยสายเข้า 2 สายและสายออก 1 สาย ตั้งค่าการป้องกันด้วยฟิวส์ที่ด้านหม้อแปลงไฟฟ้า หลังจากถูกแปลงโดยหม้อแปลงไฟฟ้ากระจาย สายแม่พิมพ์แรงต่ำสามารถออกแบบให้มีสายป้อนแรงต่ำ 4 สายตามความต้องการ และไม่มีสวิตช์หลักแรงต่ำ

3.2 สถานที่ที่เหมาะสม

โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะนี้เหมาะสมอย่างกว้างขวางสำหรับสถานที่กลางแจ้ง เช่น การปฏิสังขรณ์เครือข่ายกระจายไฟฟ้าในเมือง, ชุมชนที่อยู่อาศัย, โรงงานและบริษัท, อาคารสำนักงานพาณิชย์, ย่านธุรกิจ, พื้นที่สีเขียวสาธารณะ, พื้นที่คุ้มครองวัฒนธรรม, และสวนสาธารณะ

3.3 สภาวะแวดล้อมในการใช้งาน

• ความสูงจากระดับน้ำทะเล: ไม่เกิน 1,000 เมตร

•  อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม: ต่ำสุด -25 °C, สูงสุด 45 °C; อุณหภูมิเฉลี่ยรายปีสูงสุดไม่เกิน 20 °C, และอุณหภูมิเฉลี่ยรายเดือนสูงสุดไม่เกิน 35 °C

• ความชื้นสัมพัทธ์: ที่ 20 °C, อุณหภูมิเฉลี่ยรายเดือนสูงสุดไม่เกิน 90%, และอุณหภูมิเฉลี่ยรายวันสูงสุดไม่เกิน 95%

• ความต้านทานแผ่นดินไหว: ความเร่งในแนวนอนของพื้นดินไม่เกิน 0.2 g (g หมายถึงความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง) และความเร่งในแนวตั้งของพื้นดินคือ 0.1 g

• ความเข้มแสงแดด: เมื่อความเร็วลมคือ 0.5 ม·ส⁻¹, ความเข้มรังสีแสงอาทิตย์ไม่เกิน 0.1 วัตต์·ซม⁻²

• ความหนาของน้ำแข็งที่เกาะ: 10 มม.

•  ระดับการปนเปื้อน: ไม่เกินระดับ III

• ความลาดเอียงของพื้นดิน: ไม่เกิน 3°

• สถานที่ติดตั้ง: กลางแจ้ง ไม่มีอันตรายจากการระเบิด ไฟไหม้ การกัดกร่อนทางเคมี หรือการสั่นสะเทือนรุนแรง

หากไม่สอดคล้องกับสภาวะแวดล้อมที่ใช้งานปกติดังกล่าว จำเป็นต้องเจรจาและแก้ไขระหว่างผู้ใช้และผู้ผลิต

4 การยอมรับต้นแบบของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะ

โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะถูกสร้างต้นแบบโดยบริษัท Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd ศูนย์ตรวจสอบคุณภาพอุปกรณ์ส่งและกระจายไฟฟ้าแรงสูงของอุตสาหกรรมได้ทำการทดสอบส่วนประกอบหลักตามมาตรฐานชาติและมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง และผลการทดสอบผ่านการยอมรับ บริษัท State Grid Shanghai Electric Power Company ได้ทำการยอมรับแบบครอบคลุมในขนาด ภายนอก และประสิทธิภาพของต้นแบบนี้ และผลการยอมรับผ่าน

5 สรุป

โรงไฟฟ้าสำเร็จรูปขนาดเล็กอัจฉริยะที่พัฒนาในบทความนี้รวมเอาข้อดีของโรงไฟฟ้าสำเร็จรูปที่มีอยู่ทั้งในประเทศและต่างประเทศ มีข้อดีในโครงสร้างที่เรียบง่าย การใช้พื้นที่น้อย ความปลอดภัยและเชื่อถือได้ ความสวยงามและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การยกเว้นการตรวจสอบและบำรุงรักษา และความต้องการในการบำรุงรักษาต่ำ มีความสำคัญในการส่งเสริมและใช้งานในโครงการสร้างและปฏิสังขรณ์เครือข่ายกระจายไฟฟ้าในเมือง