箱式變電站設(shè)計方案的優(yōu)化與實現(xiàn)

王中杰

摘要：城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)中要求高壓直接接入用電負(fù)荷中心，形成變壓器降低的供電格局。供配電要求向用地節(jié)約化，智能化方向發(fā)展。隨著箱式變電站廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)箱式變電站已經(jīng)無法滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展需求。本文針對箱式變電站技術(shù)特點、設(shè)計生產(chǎn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述，設(shè)計箱式變電站布局，分析變電站外殼材料特點，對內(nèi)部數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，從室內(nèi)無線溫濕度監(jiān)控器等方面進(jìn)行設(shè)計。通過智能箱式變電站設(shè)計制造，驗證設(shè)計的合理性。

Abstract： In the construction of urban and rural power grids， high voltage is required to directly access the power load center to form a power supply pattern with reduced transformers. The power supply and distribution requirements are moving towards land use and intelligent development. With the widespread application of box substations， traditional box substations have been unable to meet the development needs of smart grid construction. This paper expounds the technical characteristics， design and production of box substation， designs the layout of box-type substation， analyzes the characteristics of the substation shell material， designs the internal data acquisition data terminal equipment， and designs from the indoor wireless temperature and humidity monitor. Through the design and manufacture of smart box substation， the rationality of the design is verified.

關(guān)鍵詞：箱式變電站;設(shè)計方案;優(yōu)化

Key words： box substation;design;optimization

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0111-02

0? 引言

箱式變電站分為美式與歐式。組合式變電站將變壓器等元件放在變電器油箱內(nèi)，用變壓器作為相間的絕緣介質(zhì)，元器件體積得到縮小，箱式安裝有儀器儀表，如壓力釋放閥等監(jiān)測裝置。歐式箱式變電站是將高壓開關(guān)設(shè)備與低壓配電裝置布置不同隔室內(nèi)，通常箱式變電站高壓側(cè)額定電壓3.6kV-40.5kV，我國箱式變電站統(tǒng)稱為高低壓預(yù)裝式箱式變電站，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)加快，傳統(tǒng)變配電產(chǎn)品不能滿足電網(wǎng)建設(shè)需求，智能化變電站成為市場青睞的產(chǎn)品。

1? 箱式變電站概述

箱式變電站因其具有組合靈活，便于遷移，施工周期短，占地面積小，免維護等優(yōu)點廣泛受到重視。被廣泛應(yīng)用于10-110kV中小型變電所的建設(shè)中。因其易于深入負(fù)荷中心，適用于農(nóng)村電網(wǎng)改造。

箱式變電站主要形式有拼裝式，組合裝置型與一體型。拼裝式是將高低壓成套裝置裝入金屬箱體，配電裝置間有操作走廊，因其體積較大現(xiàn)已少用。組合裝置型的高低壓配電裝置將高低壓控制設(shè)備直接接入箱內(nèi)，總體設(shè)計按免維護考慮，可以減小箱式變的體積，是目前普遍采用的形式。一體型是美式箱變，是在簡化高低壓控制裝置基礎(chǔ)上，將高低壓配電裝置與變壓器裝入變壓器油箱，箱式變體積小，僅為同容量歐式箱變體積的1/3。

箱式變電站的特點是技術(shù)先進(jìn)安全，自動化程度高，工廠預(yù)制化，組合方式靈活。箱式變電站應(yīng)用中應(yīng)部分采用國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，框架采用集裝箱標(biāo)準(zhǔn)材料，具有良好的防腐性能。內(nèi)封板采用鋁合金扣板，設(shè)備運行不受外界污染影響。箱體內(nèi)一次設(shè)備采用單元真空開關(guān)柜，干式互感器等國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)設(shè)備，產(chǎn)品為全絕緣結(jié)構(gòu)，全站可實現(xiàn)無油化運行。

全站智能化設(shè)計，采用綜合自動化裝置，每個單元具有獨立的運行功能，控制箱內(nèi)溫濕度。設(shè)計箱式變電站僅需根據(jù)變電站實際要求作出主接線的設(shè)計，設(shè)備在工廠一次安裝合格，現(xiàn)場安裝僅需進(jìn)行箱體定位，出現(xiàn)電纜連接，傳動試驗等工作，變電站安裝到投運僅需5天時間。

箱式變電站結(jié)構(gòu)緊湊，可以全部采用箱式，采用35kV設(shè)備室外安裝，10kV設(shè)備箱內(nèi)安裝，適用于農(nóng)網(wǎng)改造舊所改造，安裝10kV開關(guān)箱即可達(dá)到無人值守要求。美式變電站較同規(guī)模綜合自變電站減少投資45%，選用箱式變電站無房建工程量，符合國家節(jié)約土地資源政策。

2? 箱式變電站的發(fā)展

箱式變電站是60年代歐美國家推出的成套變電所變電設(shè)備，設(shè)備在工廠安裝檢驗完成，具有占空少，工期短等優(yōu)點，受到電力企業(yè)的重視。目前美國電力公司研制的自動箱式變電站，具有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，負(fù)荷控制及波形測量等功能，具有結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。智能箱式變電站在發(fā)達(dá)國家配電領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。歐洲發(fā)達(dá)國家占配電設(shè)的70%，成為美國配電網(wǎng)自動化中的重要設(shè)備。

90年代中期，中國開始應(yīng)用簡易變電站，電力部制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，90年代末期，農(nóng)網(wǎng)改造工程后，箱式變電站被廣泛應(yīng)用于10-110kV變電站，因易于深入負(fù)荷中心，適用于農(nóng)村電網(wǎng)改造，可用于住宅等用地緊張地區(qū)中。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)加快，未來箱式變電站發(fā)展為采用一體化智能開關(guān)柜，將一次斷路器，電子式流動電壓互感器與電網(wǎng)質(zhì)量管理設(shè)備等集為一體，向模塊化，操作方便，低成本等方向發(fā)展，實現(xiàn)自適應(yīng)，支持動態(tài)在線整定，狀態(tài)檢修等。箱式變電站向智能化方向發(fā)展，應(yīng)急移動式智能變電站誕生，變電站采用模塊化制作，具有結(jié)構(gòu)緊湊，裝備完善等特點，隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃要求用電設(shè)備安全可靠，對智能箱式變電站市場需求擴大。

3? 智能箱式變電站設(shè)計

3.1 箱式變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計

箱式變電站結(jié)構(gòu)分為品字型與目字型排列，其外殼材質(zhì)分為金屬與非金屬，設(shè)計選用GRC玻璃纖維增加工非金屬外殼，具有耐腐蝕性強，使用年期長等優(yōu)點。歐式箱式變電站結(jié)構(gòu)分為變壓器室，高低壓室，主要由底座，隔板門等部分組成，底座與頂蓋骨架由角鋼焊接成。

金屬材料外殼通常有普通鋼板等，金屬外殼采用槽鋼結(jié)構(gòu)，殼體采用GG型雙面鋼板，鋼板中間填充隔熱材料，減少太陽輻射對變電站內(nèi)溫度影響。很多高檔別墅區(qū)等在金屬外殼外部裝飾木板，使其與周圍環(huán)境高度協(xié)調(diào)，頂蓋通常為斜面設(shè)計，頂蓋下四周設(shè)計百葉型通風(fēng)孔，達(dá)到散熱目的。廢金屬外殼采用新型復(fù)合材料，GRC復(fù)合材料是70年代發(fā)明的材料，用玻璃纖維為增強材料，采用噴射工藝加工制造。具有強度高，耐腐蝕等優(yōu)點，新型復(fù)合材料制造非金屬外殼具有殼體兼顧，抗暴曬，隔熱性能好等優(yōu)點。材料具有使用壽命長，經(jīng)濟美觀等優(yōu)點。在不同環(huán)境中通過不同形狀瓷磚品走出不同圖案。

3.2 箱式變電站智能終端設(shè)備設(shè)計

2010年電網(wǎng)公司提出建設(shè)智能電網(wǎng)規(guī)劃，總體發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)購進(jìn)，具有信息化，互動化特征的國際領(lǐng)先智能電網(wǎng)。全面覆蓋傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所有領(lǐng)域。箱式變電站智能化是未來發(fā)展目標(biāo)，箱式變電站實現(xiàn)信息共享，設(shè)備信息可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，未來將大力發(fā)展清潔能源，變電站智能化成為發(fā)展趨勢。

智能箱式變電站總體功能主要由過程設(shè)備與終端設(shè)備組成，變壓器等監(jiān)控模塊將采集數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)酵ㄐ殴芾頇C，按后臺制定規(guī)約將數(shù)據(jù)傳輸給管理站，管理站分析數(shù)據(jù)后作出響應(yīng)判斷，變壓器非法打開時可通知管理人員，管理人員可第一時間處理變壓器故障。

設(shè)計提供變壓器溫控器有三路溫度傳感器，溫控器帶有RS485通信結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變壓器狀態(tài)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，可通過短信報警功能通知管理人員變壓器故障，變壓器內(nèi)部溫控器利用監(jiān)測變壓器小室內(nèi)溫濕度，變電站內(nèi)溫度較高時，啟動風(fēng)機散熱，濕度較大時啟動除濕裝置。

箱式變電站產(chǎn)品安裝在戶外，高壓操作電源通常由電壓互感器提供，但因其輸出額定容量較小受限，設(shè)計采用安裝在箱式變電站外殼頂部的太陽能板發(fā)電。采用太陽能電源與PT電源自動切換供給操作電源。原理是逆變器將電池直流電逆變?yōu)榻涣麟?，白天太陽光強烈時多余電為蓄電池充電，太陽能控制逆變器控制光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電腦，蓄電池通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。

3.3 配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

智能箱式變電站內(nèi)部設(shè)計裝配電監(jiān)控終端，終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，管理站可通過監(jiān)控管理平臺監(jiān)控箱式變電站電流，變壓器運行情況，變電站內(nèi)溫濕度等。開關(guān)量變化時可通過手機短路平臺通知管理員。

配電監(jiān)控系統(tǒng)可幫助用戶實時了解設(shè)備運行情況，有利于提高電設(shè)備異常后的反應(yīng)速度，節(jié)約維護成本，系統(tǒng)由智能采集單元，交互機，遠(yuǎn)程服務(wù)器等組成，系統(tǒng)客戶端支持多賬戶同時使用，用戶可通過手機短信手機數(shù)據(jù)采集器開關(guān)量報警情況。

配電監(jiān)控系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)集中通訊器，管理站計算機組成。數(shù)據(jù)采集器采用STM32系列CPU芯片做中央處理器，ADM2483系列芯片做收發(fā)器，配合無線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，配電監(jiān)控系統(tǒng)由硬件數(shù)據(jù)采集器與軟件平臺組成。監(jiān)控系統(tǒng)由收發(fā)設(shè)備與軟件管理平臺組成，數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備主要是數(shù)據(jù)傳輸模塊，由STM32系列CPU，LD03-10B05開關(guān)電源模塊等組成，外部AC220電源通過LD03電源模塊變換，外部輸入的RS-485信號通過無線通信模塊，通過移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

4? 箱式變電站設(shè)計中注意問題

箱式變電站在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)中廣泛應(yīng)用，如某新建終端變電所采用三相雙繞組調(diào)壓力變壓器，35kV架空進(jìn)線一回，采用35kV真空負(fù)荷隔離開關(guān)與快速熔斷器配合使用，降低造價，缺相運行時實現(xiàn)聯(lián)動分閘，1電纜出線6回，35kV母線采用單線部分段接線形式，電壓等級為35±5%/0.4kV。

改進(jìn)后箱式變電站結(jié)構(gòu)簡單，方便使用，設(shè)備成本低。增加電風(fēng)扇，利于散熱，在潮濕天氣對箱體內(nèi)空氣加熱，器件工作狀態(tài)由單片機自動控制，依據(jù)溫濕度傳感器信息發(fā)出控制指令。增設(shè)工作狀態(tài)指示燈，使檢修人員快速了解變電站內(nèi)部電氣回路工作狀態(tài)。

《變電站設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，二級耐火建筑物防火凈距離為10m，其面對變壓器等電氣設(shè)備外墻，在設(shè)備總高加3m的范圍內(nèi)布設(shè)門窗時，墻與設(shè)備防火凈距離不受限制。墻與設(shè)備防火凈距離應(yīng)大于5m。箱內(nèi)一次系統(tǒng)采用單元真空開關(guān)，采用鋁型裝飾大門結(jié)構(gòu)，間隔后設(shè)雙層防護板，建議主變與箱體最小防火凈距離采用10m。

5? 結(jié)語

箱式變電站具有運行操作靈活，分區(qū)設(shè)備更換維修方便，安裝快捷，噪音小，占地面積小等優(yōu)點。實現(xiàn)電力生產(chǎn)運行全方位監(jiān)控，造價較低，隨著城市配電網(wǎng)改造深入，將為用戶帶來更大的經(jīng)濟價值。近年來箱式變電站是農(nóng)網(wǎng)建設(shè)的主要方向，其經(jīng)濟適用的優(yōu)點被廣泛推廣應(yīng)用，目前設(shè)計建設(shè)中存在檢修空間較小等問題，其不足問題在未來發(fā)展中有待完善。

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