Розробка та застосування мініатюрної інтелектуальної передвиборчої підстанції

З пошвидшенням будівництва розумних міст, міські розподільчі мережі постійно оновлюються та модернізуються, а проект з перекладання надземних ліній під землю також стабільно прогресує. Велика кількість надземних ліній на 10 кВ замінюється підземними кабелями. враховуючи поточну ситуацію, таку як обмежена простір на деяких міських дорогах та недостатність місць для встановлення обладнання, до традиційних заводських підстанцій ставляться вищі вимоги щодо об'єму, конструкції та продуктивності.

На основі застосування традиційних заводських підстанцій, ця стаття проводить дослідження та аналіз, а також розробляє мініатюрну, інтелектуальну та ландшафтну заводську підстанцію. Ця заводська підстанція має компактну конструкцію, стабільні характеристики, сильну практичність та високу надійність живлення. Вона може інтенсивно використовувати центральний міський простір, досягати гармонії та єдності з навколишнім середовищем та може широко застосовуватися у проектах модернізації та оновлення міських розподільчих мереж.

1 Дизайн зовнішнього вигляду мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції

З урахуванням вимог, таких як географічне розташування, коефіцієнт використання простору та екологічні обмеження, мініатюрна інтелектуальна заводська підстанція використовує довгу та вузьку планировку. Її об'єм становить лише дві третини від об'єму оригінальної заводської підстанції. Корпус (включаючи верх, двері, дно та внутрішні металеві деталі) та його приладдя виготовлені з нержавіючої сталі 304, а всередині використовуються тонкі сталеві плити SGCC з гарячим цинкуванням, а до стін додано теплоізоляційні та невгорючі матеріали. Зовнішня поверхня фарбована темно-зеленим кольором, що є естетично привабливим та екологічно чистим.

Корпус має достатню механічну міцність та сейсмічну стійкість, щоб забезпечити, що він не шкодиться або не деформується під час транспортування, встановлення та підвішування. Верх корпусу має "елементарну" структуру з нахилом 5°. Це подвійна структура, яка має ефект ізоляції від сонячного випромінювання. Він оснащений антиповерненням даховим свісом та вентиляційним каналом, а верх корпусу можна знімати. Двері корпусу мають подвійну антиворівську болтову структуру та відкриваються назовні. Дно корпусу має гаряче цинкування та безшовно з'єднане з тілом корпусу. На дні є люк, а навколо люка встановлені ущільнюючі стрічки. По обох сторонах встановлені невгорючі пристрої для ущільнення кабелів, які мають хороше ущільнення та повністю захищені від вологи.

Усі зварні частини та з'єднання зовнішніх компонентів мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції добре ущільнені, і вони мають характеристики, такі як водостійкість, пилостійкість, корозійна стійкість та захист від ультрафіолетового випромінювання. Вони є естетичними та екологічно чистими. Без потреби у технічному обслуговуванні їх нормальний термін служби може досягти 40 років.

2 Конструкція та функціональні можливості мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції
2.1 Дизайн конструкції та планування

Конструкція мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції проста. Внутрішність корпуса розділена на шість основних функціональних приміщень: трансформаторна, високовольтова, низьковольтова, автоматизаційна, комунікаційна та приміщення для збору електроенергії. Ці функціональні приміщення повністю відокремлені одне від одного та розташовані у формі "око".

Ця підстанція може мати двері на всіх чотирьох сторонах, що задовольняє вимоги технічного обслуговування відкриття дверей з трьох сторін. Захисні двері високовольтової та низьковольтової кімнат оснащені механічними блокуваннями, щоб забезпечити, що двері високовольтової кімнати можна відкривати лише тоді, коли відкриті двері низьковольтової кімнати. Кожне функціональне приміщення використовує незалежний метод природної вентиляції, щоб задовольнити вимоги всіх електричних пристроїв до температури та вологості. При потребі можна додати нагрівачі, осушувачі та інше обладнання, щоб забезпечити його безпечну та надійну роботу на вулиці.

Основні компоненти цієї підстанції включають: масляні трансформатори, пластикові автомати на 10 кВ (на стороні низького напруги) герметизовані газом SF6, стандартизовані швидкі інтерфейси аварійного живлення (на стороні низьковольтної шини), а також термінали станції, загальні лічильники, концентратори, інтелектуальні конфігураційні термінали, оптичні комунікаційні термінали тощо.

2.2 Дизайн функціональних приміщень

(1) Трансформаторна. Трансформаторна включає трансформатори, радіатори, шинне з'єднання та безпекові захисні сітки тощо. Трансформатор використовує перший рівень енергоефективності повністю герметичний силіконовий стальний або аморфний сплав масляного розподільчого трансформатора. Сторона високого напруги оснащена заводськими плагінними кабельними головками, а низьковольтні втулки оснащені ізоляційними захисними рукавами. Місткість можна обрати 500 кВ·А або 630 кВ·А.

(2) Високовольтова. Високовольтова складається з 10 кВ кілецевих головних одиниць, які розділені на входні та вихідні секції, і обидві є незалежно закритими. Кілецева головна одиниця має повністю ізоляційну та спільну коробку, використовуючи газ SF6 для гасіння дуги та ізоляції. Газова коробка оснащена пристроєм відображення тиску газу зі звичайно відкритим допоміжним вузлом сигналізації. Газова коробка та тіло коробки виготовлені з нержавіючої сталі 304 та якісного алюмінієво-цинкового покриття відповідно, а поверхня коробки оброблена електростатичним епоксидним напиленням.

Одинична коробка розділена на другорядну кімнату, камеру завантаження та кабельну кімнату зверху вниз. Другорядна кімната розташована в верхній частині одиничної коробки. Панель кімнати оснащена вмикачами, індикаторами включення, переключниками віддаленого/місцевого управління, а також індикаторами аварій та живлення тощо. Одиниця завантаження зазвичай вибирає комбіноване електроприладдя з завантаженням та обмежувачем струму. Серед них, завантажувач може розірвати визначені струми завантаження та передавальні струми, коли виникає аварія на стороні низького напруги трансформатора; обмежувач струму може розірвати різні фазні, заземлення короткозамкнення та струми перевантаження.

Завантажувач може виконати відкриття, закриття та заземлення через електричне та механічне управління, і його експлуатація проста та зручна. Одиниця завантаження та одиниця заземлення мають надійну функцію "п'яти заборон". Кабельна кімната одиничної коробки використовує високовольтний кабельний канал для входу та виходу під землею. Розташування входячих та виходячих кабельних кінців зручне для встановлення, і встановлено відкритий високовольтний трансформатор струму.

(3) Низьковольтова. Низьковольтова включає низьковольтні комутаційні пристрої, аварійні камери живлення та люки тощо. Колір тіла низьковольтної коробки такий самий, як і високовольтної коробки, використовуючи RAL7035. На панелі низьковольтної коробки встановлено плагінний цифровий багатофункціональний лічильник, який може відображати напругу та струм та підтримує RS-485 комунікацію. Низьковольтні виходні лінії використовують 4-контурні бездугові пластикові автомати. Сторона низького напруга має нейтральний та заземлювальний провід, обидва розташовані в нижній частині низьковольтної коробки.

Низьковольтна шина трансформатора вводиться в низьковольтні комутаційні пристрої з аварійної камери живлення, розроблена для від'ємного відключення. Після перетворення з'єднання вона стає низьковольтним виходом до кабелю, що виходить з нижньої частини низьковольтної коробки. Кількість виходячих контурів може бути гнучко розроблена згідно з вимогами. Аварійна камера живлення має оперативні інструкції, а люк зручний для ручного обслуговування.

(4) Автоматизаційна. Представлена заводська підстанція оснащена окремою автоматизаційною кімнатою, в якій термінал дистанційного управління (DTU) контролює та керує робочими умовами 10 кВ входячих та виходячих ліній, досягаючи функцій, таких як віддалене вимірювання, віддалене сигнализування, віддалене управління та віддалена регулювання. DTU вперше використовує мережеве живлення. Якщо немає умов для мережевого живлення, використовується потенціометр для живлення, а в якості резервного джерела живлення використовується аккумулятор.

Він має вбудований модуль управління живленням, який може задовольнити виведення AC220V та DC24V та надає черговий струм AC220V для електричного механізму кілецевої головної одиниці. DTU підтримує кілька способів комунікації та протоколів комунікації, має 2 послідовні інтерфейси RS-485 та 2 мережеві інтерфейси (RJ45), сумісні з протоколами IEC101, IEC104 та CDT; DTU встановлений як ціле в настінній коробці, використовуючи авіаційний раз'єм, що зручно для демонтажу, встановлення та обслуговування на місці, та може задовольнити вимоги до розташування простору для набору терміналів та резервного джерела живлення.

(5) Комунікаційна. Представлена заводська підстанція оснащена окремою комунікаційною кімнатою, яка внутрішньо налаштована з оптичним розподільником, промисловим Ethernet-комутатором та оптичним мережевим блоком, та зарезервованими слотами для проводів та отворами для входу та виходу комунікаційних оптичних кабелів, пігтейлів та кабелів живлення. Ця кімната може передавати дані моніторингу всередині заводської підстанції на інтелектуальну платформу моніторингу, щоб в реальному часі моніторити її робочі умови та дані.

(6) Кімната збору електроенергії. Кімната збору електроенергії розташована над комунікаційною кімнатою. Вона оснащена місцями для встановлення інтелектуальних терміналів розподільчих трансформаторів, концентраторів та загальних лічильників трансформаторного району, а також місцями для встановлення клемникових коробок та комбінованих тестових коробок, та зарезервованими слотами для пробних сигналів та комунікаційних кабелів.

Ця кімната відповідає за вимірювання різних робочих параметрів заводської підстанції та є комунікаційним центром даних електроенергії. З одного боку, вона збирає та зберігає дані електроенергії, які виводяться в формі послідовного з'єднання цифровими електроенергетичними лічильниками. З іншого боку, вона передає зібрані дані електроенергії до верхнього комп'ютера головної станції системи автоматизації обліку електроенергії через вищий канал.

2.3 Дизайн заземлювального пристрою

Заземлювальний електрод мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції використовує гальванізовану залізну трубу. Заземлювальна шина бази з канатної сталі має 2 медні заземлювальні кінці, з'єднані з заземлювальним електродом, з площею електричного контакту 160 мм² та очевидними знаками. Низьковольтна нейтральна лінія трансформатора прямо з'єднана з заземлювальним тілом. Серед них, трансформаторна, високовольтова та низьковольтова кімнати з'єднані одна з одною за допомогою заземлювальних кінців.

Додаткові безпекові заземлювальні дроти електрообладнання мають прозорі захисні рукави, а медні дроти мають площу перерізу 4 мм²; усі двері коробок, металеві частини та металеві рами неперервно та надійно з'єднані з землею. Зовнішня заземлювальна сітка основи введена з внутрішньої сторони основи до нижньої частини заводської підстанції та з'єднана з заземлювальними кінцями на станції, використовуючи пряме занурення. Заземлювальний опір заводської підстанції не перевищує 1 Ω.

3 Технічні вимоги до мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції
3.1 Електричний принцип

Мініатюрна інтелектуальна заводська підстанція підходить для розподільної мережі трифазної системи 10/0.4 кВ. Вона інтегрує високовольтні комутаційні пристрої, розподільчі трансформатори та низьковольтні розподільні пристрої згідно з певною схемою з'єднання. Сторона високого напруги використовує схему з'єднання однієї шини, з двома входячими та одним виходячим. На стороні трансформатора встановлено захист плавкими вставками. Після перетворення розподільним трансформатором, низьковольтна шина може бути розроблена з 4-ма низьковольтними виходящими лініями за потребою, і не встановлено низьковольтного головного вимикача.

3.2 Місця застосування

Ця мініатюрна інтелектуальна заводська підстанція широко застосовується на відкритих місцях, таких як модернізація міської розподільної мережі, житлові комплекси, заводи та підприємства, комерційні офісні будівлі, торгівельні ділянки, публічні зелені зони, культурні охоронні зони та парки.

3.3 Екологічні умови застосування

• Висота: не більше 1,000 м.

•  Температура оточуючого середовища: найнижча -25 °C, найвища 45 °C; найвища середня річна температура не перевищує 20 °C, а найвища середня місячна температура не перевищує 35 °C.

• Відносна вологість: при 20 °C, найвища середня місячна не перевищує 90%, а найвища середня добова не перевищує 95%.

• Сейсмічна стійкість: горизонтальне прискорення землі не перевищує 0.2 g (g представляє прискорення від сили тяжіння), а вертикальне прискорення землі становить 0.1 g.

• Інтенсивність сонячного випромінювання: при швидкості вітру 0.5 м·с⁻¹, інтенсивність сонячного випромінювання не перевищує 0.1 Вт·см⁻².

• Максимальна товщина льодяного покриття: 10 мм.

•  Рівень забруднення: не перевищує рівень III

• Нахил землі: не більше 3°.

• Місце встановлення: на вулиці, без взрывних загроз, пожеж, хімічної корозії або сильних вібрацій.

Якщо це не відповідає вищезазначеним нормальним екологічним умовам застосування, це треба обговорити та вирішити між користувачем та виробником.

4 Прийняття прототипу мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції

Прототип мініатюрної інтелектуальної заводської підстанції був створений компанією Jiangsu Qihou Intelligent Electrical Equipment Co., Ltd. Центр якості високовольтного обладнання передачі та розподілу електроенергії машинобудування провів тестування основних компонентів згідно з відповідними національними та галузевими стандартами, і результати тестування були підтвердженні. Державна мережа Шанхаї провела всебічне прийняття розмірів, зовнішнього вигляду та характеристик цього прототипу, і результати прийняття були підтвердженні.

5 Висновок