Phát triển và Ứng dụng của Trạm biến áp thông minh nhỏ gọn được chế tạo sẵn

Với sự xây dựng nhanh chóng của các thành phố thông minh, mạng lưới phân phối đô thị đang được nâng cấp và cải tạo liên tục, và việc xây dựng các dự án chôn cáp ngầm cũng đang tiến triển ổn định. Một lượng lớn đường dây điện cao thế 10 kV đang được thay thế bằng cáp ngầm. Cân nhắc đến tình hình hiện tại như không gian hạn chế trên một số tuyến đường đô thị và thiếu vị trí lắp đặt thiết bị, yêu cầu về kích thước, cấu trúc và hiệu suất của trạm biến áp сборные подстанции традиционного типа становятся более высокими.

Dựa trên ứng dụng của trạm biến áp сборные подстанции традиционного типа, bài viết này tiến hành nghiên cứu và phân tích, đồng thời thiết kế một trạm biến áp сборные подстанции miniaturized,智能化的预制变电站。该预制变电站具有紧凑的结构、稳定的性能、强大的实用性以及高供电可靠性。它可以集约利用城市核心空间，实现与周围环境的和谐统一，并可广泛应用于城市配电网的升级改造项目。

1 微型智能预制变电站外观设计

考虑到地理位置、空间利用率和环境限制等要求，微型智能预制变电站采用了长而窄的布局。其体积仅为原预制变电站的三分之二。外壳（包括顶部、门、底部和内部金属部件）及其附件均采用304不锈钢制成，内部使用SGCC热浸镀锌薄钢板，并在周围墙壁上添加了隔热和阻燃材料。外表面涂成深绿色，既美观又环保。

外壳具有足够的机械强度和抗震性能，以确保在运输、安装和吊装过程中不易损坏或变形。外壳顶部采用5°坡度的“人字形”结构，为双层结构，具有隔离阳光辐射的效果。它配备了防回流檐口和通风管道，外壳顶部可拆卸。外壳的门采用双层防盗螺栓结构，向外开启。外壳底部经过热浸镀锌处理，并与外壳主体无缝连接。底部设有人孔，人孔周围装有密封条。两侧设有耐火电缆密封装置，具有良好的密封性和完整的防潮措施。

微型智能预制变电站的所有焊接部位和外部组件接头均密封良好，具有防水、防尘、防腐蚀和防紫外线辐射等特点。既美观又环保。无需维护，其正常使用寿命可达40年。

2 微型智能预制变电站结构及布局功能
2.1 结构布局设计

微型智能预制变电站的结构简单。外壳内部分为六个主要功能室：变压器室、高压室、低压室、自动化室、通信室和用电采集室。这些功能室完全隔开，呈“眼睛”形状排列。

该变电站四周均可开门，满足三面开门维护的要求。高压室和低压室的保护门配有机械联锁装置，确保只有当低压室门打开时才能打开高压室门。每个功能室采用独立的自然通风方式，满足所有电气设备对温度和湿度的要求。必要时，可以增加加热器、除湿机等设备，确保其在户外安全可靠运行。

该变电站的主要组成部分包括：油浸式变压器、10 kV环网柜低压塑料壳空气开关（低压侧）用SF6气体密封、标准化应急电源快速接口（低压母线侧），以及站终端单元、总表、集中器、智能配置终端、光纤通信终端等。

2.2 功能室设计

(1) 变压器室。变压器室包括变压器、散热器、母线接线和安全防护网等。变压器采用一级能效全密封硅钢片或非晶合金油浸配电变压器。高压侧配备预制插拔式电缆头，低压套管配备绝缘保护套。容量可选500 kV·A或630 kV·A。

(2) 高压室。高压室由10 kV环网柜组成，分为进线单元柜和出线单元柜，两者独立封闭。环网柜为全绝缘共箱结构，采用SF6气体灭弧和绝缘。气箱配备常开报警辅助节点的气压显示装置。气箱和柜体分别采用304不锈钢和优质铝锌板材料制成，柜体表面采用静电环氧喷涂工艺。

单元柜从上到下分为二次室、负荷开关室和电缆室。二次室位于单元柜的上部，面板上装有分合闸开关、分合闸指示灯、远/近转换开关，以及故障和带电指示灯等。单元柜的负荷开关单元一般选择负荷开关与限流熔断器组合电器。其中，负荷开关可以在变压器低压侧发生故障时切断规定的负荷电流和转移电流；限流熔断器可以切断各种相间、接地短路电流和过载电流。

负荷开关可以通过电动和手动操作实现分合闸和接地，操作简便。负荷开关单元和接地开关单元具有可靠的“五防”联锁功能。单元柜的电缆室主要通过地下高压电缆沟进行进出线，进出线端子位置便于安装，并装有开放式高压电流互感器。

(3) 低压室。低压室主要由低压开关柜、应急电源室和人孔等组成。低压柜体颜色与高压柜相同，采用RAL7035。低压柜面板上装有插拔式数字多功能表，可显示电压和电流，并支持RS-485通信。低压出线采用四路零飞弧塑料壳空气开关。低压侧设有中性线和地线，均布置在低压柜底部。

变压器低压母线从应急电源室引入低压开关柜，设计为可拆卸。接线转换后，成为低压馈线，从低压柜底部出线。输出回路数量可根据需求灵活设计。应急电源室应附有操作说明，人孔便于人工维护。

(4) 自动化室。预制变电站配备独立的自动化室，内部分布式自动化终端（DTU）监控10 kV进线和出线回路的运行状态，实现遥测、遥信、遥控和遥调等功能。DTU优先采用市电供电。当不具备市电供电条件时，采用电压互感器供电，并使用配套蓄电池作为备用电源。

内置电源管理模块，可满足AC220V和DC24V输出，并为环网单元的电动操作机构提供AC220V交流电源。DTU支持多种通信方式和通信协议，具有2个RS-485串行接口和2个网络接口（RJ45），兼容IEC101、IEC104和CDT等协议；DTU整体安装在壁挂式柜中，采用航空插头，便于现场拆装和维护，可满足一套终端和备用电源的空间布局要求。

(5) 通信室。预制变电站配备独立的通信室，内部配置光配线架、工业以太网交换机和光网络单元，并预留通信光缆、尾纤和电源电缆的走线槽和进出孔。该房间可以将预制变电站内的监控数据传输到智能监控平台，以便实时监控其运行状态和数据。

(6) 用电采集室。用电采集室位于通信室上方，配备智能配电变压器终端、集中器和台区总表的安装位置，以及端子排和组合接线测试箱的安装空间，并预留采样信号和通信电缆的走线槽和进出孔。

该房间负责测量预制变电站的各种运行参数，是电能数据的通信枢纽。一方面，它收集并存储数字电能表以串行通信形式输出的电能数据；另一方面，通过上行通道将采集到的电能数据传输到电能量计费自动化系统主站的上位机。

2.3 接地装置设计

微型智能预制变电站的接地极采用镀锌钢管。槽钢底座的接地母线设有2个铜接地端子，与接地极连接，电气接触截面积为160 mm²，标志明显。变压器低压中性线直接与接地体连接。其中，变压器室、高压室和低压室之间通过接地端子相互连接。

电气设备的二次安全接地线加装透明保护套，铜线截面积为4 mm²；所有柜门、金属部件和金属框架连续可靠地与地连接。基础外部接地网从基础内侧引入预制变电站底部，并与站内的接地端子连接，采用直埋方式。预制变电站的接地电阻不大于1 Ω。

3 微型智能预制变电站的技术要求
3.1 电气原理

微型智能预制变电站适用于10/0.4 kV三相交流系统的配电网。根据特定的接线方案，它集成了高压开关设备、配电变压器和低压配电装置。高压侧采用单母线接线，两进一出。变压器侧设置熔断保护。经配电变压器变换后，低压母线可根据需要设计为4路低压馈线，不设低压总开关。

3.2 适用场所

该微型智能预制变电站广泛适用于城市配电网改造、住宅小区、工厂企业、商业办公楼、商业区、公共绿地、文化保护区和公园等户外场所。

3.3 使用环境条件

• 海拔高度：不超过1,000 m。

•  环境温度：最低-25 °C，最高45 °C；年平均最高温度不超过20 °C，月平均最高温度不超过35 °C。

• 相对湿度：在20 °C时，月平均最高不超过90%，日平均最高不超过95%。

• 抗震能力：地面水平加速度不超过0.2 g（g代表重力加速度），垂直加速度为0.1 g。

• 日照强度：风速为0.5 m·s⁻¹时，太阳辐射强度不超过0.1 W·cm⁻²。

• 最大覆冰厚度：10 mm。

•  污染等级：不超过III级

• 地面倾斜度：不大于3°。

• 安装地点：户外，无爆炸危险、火灾、化学腐蚀或严重振动。

若不符合上述正常使用环境条件，需由用户与制造商协商解决。

4 微型智能预制变电站原型验收

微型智能预制变电站由江苏启厚智能电气设备有限公司原型制造。机械工业高压输配电设备质量检测中心根据相关国家标准和行业标准对主要部件进行了测试，测试结果合格。国网上海市电力公司对该原型的尺寸、外观和性能进行了全面验收，验收结果合格。

5 结论

本文开发的微型智能预制变电站集成了国内外现有预制变电站的优点，具有结构简单、占地面积小、安全可靠、美观环保、免检免维护、维护要求低等优点。在城市配电网的建设和改造中具有重要的推广和应用价值。