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发展中的箱式变电站和智能化系统

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/18 1:44:30   

作者:龚进

1.概述

  随着市场经济的发展,国家在城乡电网建设和改造中,要求高压直接进入负荷中心,形成高压受电———变压器降压———低压配电的供电格局,所以供电用配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展,箱式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品,因而在城乡电网中得到广泛应用。

  与此同时,由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展,因此不仅要求箱变安全可靠,同时要求具有“四遥”(遥测、遥讯、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供电时,在特定自主软件配合下,能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能,从而保证在一分钟左右恢复送电。

  我厂是“全国智能型箱式变电站联合设计组”成员,目前制造的智能箱变在结构上吸取了众多箱变的优点,并且在智能化方面做到:

a)高压(12kV)侧能满足电力系统对于配电网自动化的要求;

b)低压(0.4kV)侧满足智能化小区的要求;

c)可以用设置在中心站或物业治理处的上位机对箱变进行“四遥”系统治理。

2.箱变结构特点和智能系统



  智能箱变是由高压柜、电力变压器、低压柜、计量单元及智能系统等优化组合成的完整的智能化供配电成套装置,它具有小型化、免维护、高性能、节能,安装方便,占地少,寿命长,可作为城市高层建筑、居民小区、市政设施、工厂、矿山、公路、码头、油田等场所的智能化变配电设备。

  智能箱变在结构上,采用模块方式,每一台箱变可由以下各种型式组合而成;按高压开关接入电网型式分为环网型或双电源型或终端型;按设备布置方式分为“目字型”或“品字型”;按内装变压器种类分为油浸全密封变压器或干式变压器;按箱体外壳材质分为金属外壳或非金属外壳;按高压开关选形分为产气式负荷开关或压气式负荷开关或真空式负荷开关或SF6负荷开关;按可否配置智能系统分为智能型或紧凑型等。

2.1 布局

  从布置上看,高压室、变压器室、低压室按“品字形”布置,结构紧凑,便于安装选址、操作和巡检,当变压器室排布多台变压器时尤为有利;按“目字形”布置,接线较为方便,故大多采用。见图(一)。

2.2 高压接线方式

  高压(12kV)侧,采用负荷开关 限流熔断器作为就压器的主保护,一般有环网、双电源和终端三种供电方式,有两组插入式熔断器和后备保护熔断器串联进行分段范围保护。限流熔断器一相熔断时必须能联动跳开三相负荷开关,不发生缺相运行。线路侧负荷开关必须配有直流电源(DC24V)电动操作机构,可实现无外来交流电源状态下自启动。环网回路必需配置检测故障电流用的电流互感器或传感器。

  高压开关选用可靠性高和具有自动化装置及智能化接口的先进的产品:如SF6负荷开关、压气式负荷开关、真空负荷开关等。

  环网供电单元一般至少由三个间隔组成,即二个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。图(二)为环网供电单元的基本布置,其中,负荷开关QLA和QLB在隔离故障线段时,能及时恢复回路的连续供电;同负荷开关QLC相连的熔断器F在中压/低压变器发生内部故障时起保护作用;QLC对溶断器和变压器还起隔离和接地作用。



2.3 变压器的匹配和散热处理

  箱变用变压器为降压变压器,一般将10KV降至380V/220V,变压器容量一般为160~1600KVA,最常用的容量为315~630KVA。其器身为三相三柱或三相五柱结构、Dyn11或Yyn12联结,熔断器连接在“Δ”外部。三相五柱式Dyn11变压器的优点是带三相不对称负荷能力强,不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移,负载电压质量可得到保证,这种变压器具有很好的耐雷特性。变压器应具有齐全的运行检视仪器仪表,如油位表和上层油温表及反映顶部气压强度的真空压力表等。

  变压器选用S9-M、S11M全密封、免维护、低噪音、性价比高的油浸式变压器(噪音≤50dB)或新型干式变压器(噪音≤55dB)等。采用干式变压器时,变压器室必须配散热系统。目前,国内大多采用新S9或S11系列配电变压器,有的也采用了非晶合金变压器,其优点是空载损耗很小,只有1/4~1/3,但其价格高出1.3~1.6倍,但随着制造技术的提高,一旦价格下来,非晶合金变压器会占据市场主导地位。

  变压器设置有二种方式:一种将变压器外露,另一种将就压器安装在封闭隔室内。后者变压器室为防日照辐射使室温升高,采用四面壁添加隔热材料、双层夹板结构,顶盖设计成带空气垫或隔热材料的气楼结构,内设通风道,装有自动强迫排气通风装置(轴流风机或幅面风机)。通常装置的开启和停止,由变压器室的温度监控装置自控,其温度的整定值按答应温度的80~90设定;室内正常温度下,靠自然通风来散热。

  为了通风,变压器室的箱体上一般设置了百叶窗。百叶窗结构,使气流能进去,而灰尘被分离。有的还在百叶窗处加防尘装置,如图(三)中所示。为防止灰尘对绝缘的影响,在变压器连接处大多加上绝缘防护罩。

2.4 低压侧功能特点

  低压(0.4kV)侧,出线保护可以配多路空气开关或刀熔开关;具有微机控制,自动循环投切无功补偿装置,补偿容量一般为变压器容量的10~30;具有独立电能计量箱。

  低压开关配置智能控制器可实现预警功能,并可提供信号单元及操作控制,同时还有表计功能。控制器具有标准的RS-485接口,可实现数据传送和监控治理系统的“四遥”功能。

2.5 智能系统配备

  智能箱变采用的智能型元器件应配置电源、接口器件、通信介质、控制设备(上位机、智能仪表等)以满足智能化的要求。智能箱变为:采用Profibus-DP标准的、开放型的现场总线技术将具有通讯能力的元器件(从站)与之连接,从而实现主站通过总线对开关、电网的远程测量、调节、控制、通讯;或采用智能控制仪对高低压侧进行本地或远程的测量、调节、控制、通讯。智能箱变系统如图(四)所示。



  在系统方案配置时考虑到用户对智能监控的要求,采用以下两种方式之一进行:1)高低压侧分别配置智能系统;2)高低压侧统一配置智能系统。

  智能系统的元器件安装、布置、现场布线等应符合有关要求,对于电磁兼容(EMC),须采用先进抗干扰技术。编写的监控软件主要包括主回路、框架断路器、控制回路和配电系统信息等遥控界面。

  装备智能系统的箱变具有下列智能化功能:a)显示高压侧系统一次接线图,反映各高压开关分、合闸状态;b)“四遥”功能;c)系统治理。

2.6 外壳制造工艺

  表面防护层的附着力差、寿命短制约了普通钢板用于户外型箱变。氢外壳有的采用不锈钢板或铝合金板或聚苯乙烯复合板,而非金属外壳(如玻璃纤维增强水泥板、玻璃纤维增强塑料板、彩色板等)的采用是一种流行趋势。在用玻璃纤维增强水泥板和玻璃纤维增强塑料板时,为了采光和防止雨水淋入,可将顶盖做成表面光滑的防水滴缘。见图(五)。



  当然,外壳必须坚固,隔热性能优良,防火阻燃,应能承受因内部故障电弧而引起的冲击力,其外形和颜色要尽量与周边环境相协调。

3.结束语

  我国的箱变市场潜力巨大,但应用箱变注重解决好以下几个问题:

  在一般条件下,可使用价格较便宜的空气绝缘箱式站,对于气候条件和地理条件非凡的地方及有非凡安全可靠的场合应采用SF6绝缘开关设备。必须解决好环网供电单元的有机组成部分———封闭式电缆插接件问题;对高压室和低压室要注重凝露问题,防止闪络放电;对变压器室要防止因发热而影响变压器出力;在壳体上考虑安装防爆膜盒或故障电弧限制器或压力开关系统或电子智能保护系统来防止因内部故障引起的壳体爆炸;对于SF6绝缘开关设备还要逐步加装“气体监测装置”。同时注重选用性能好且安全可靠的无件,包括高压开关、变压器和低压开关,这样的智能箱变可靠性才会提高、才有旺盛的生命力。

  显然,为提高供电的可靠性,高压环网及双电源供电的自动化、低压格式网、低压网自动投切、网络优化等发达国家已经采取的先进技术势必在我国经济发展中被广泛采用。因此,自动化控制技术的进一步发展应用也将是我们今后努力方向。

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