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      預裝式箱式變電站設計技術要點探討

      發布時間:2015-10-8

      為了減小供配電線路路端損失,提高供電電能綜合質量水平,要求將中高壓輸電線路盡量設置在電力負荷中心,甚至采取高壓進戶線路(通常以35kV、10kV為主)直接引入到負荷中心,集中向高層建筑和用電量非常大的工礦、企業進行供電。工程應用中,通常將100kVA~1250kVA,10kV/0.4kV的配電變壓器,置于電力負荷用電中心進行集中供電,尤其是占地面積較小的地方,就需有構筑集高壓受電設備、配電變壓器、以及低壓配電設備等為一體的供配電設施。按照集中式一體化供配電設施安裝地點,又可以分為戶內和戶外兩種,在制造廠組裝成為成品就通稱為組合變電站,同時為了日常檢修維護方便和提高配電設施綜合使用壽命,又將組合變電站裝設在“目”或“品”字形的箱體內,既而稱為箱式變電站。預裝箱式變電站是一種把高壓受電開關設備、配電變壓器、以及低壓配電設備按照一定的接線方式組成一體化的工廠預制型戶內外緊湊式變配電裝置,它將高壓引入、變壓、以及低壓配電等功能有機結合起來,具有成套性強、集成自動化程度高、體積小、占地少、供電可靠性高、線損小、送電周期短、對環境適應性強、安裝維護方便、以及外形美觀等優點,在廠礦企業、住宅小區、以及農村變電站工程中發揮非常重要的作用。

          1、預裝式箱式變電站的優點

          目前,箱式變電站已廣泛應用于城市供電、農村10kV~110kV中高壓小型變(配)電所、工礦企業、以及流動作業變電所的建設及升級改造工程中,其易于深入到電力負荷中心進行集中供電,減少了供電半徑,提高了配電線路末端供電電能質量,尤其適用于城市建設、農村電網技術升級改造、野外施工供配電等工程領域。

          1.1技術先進安全可靠

          箱式變電站其箱體主要采用國內較為領先的技術和生產工藝,其外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板;其內部框架采用標準的集裝箱材料及制作生產工藝,具有非常良好的防腐蝕性能,能夠保證設備20a不銹蝕;箱變內封板采用鋁合金扣板,其夾層中封填防火保溫性能較為優越的材料;變電站箱體內部安裝自動調節空調及除濕裝置,電氣設備在正常運行過程中不受自然氣候環境和外界污染等因素的影響,可以保證變電站在-40℃~+40℃溫度范圍內始終保持安全穩定、節能經濟的運行性能。變電站箱體內的電氣一次設備采用單元真空開關柜、干式配電變壓器、干式電壓(電流)互感器、以及真空斷路器(配備電動彈簧操作機構)等國內先進的技術設備,產品按照全絕緣結構設備,無裸露帶電部分,完全能到零觸電事故運行需要,且全站可實現無油化自動運行,二次設備集成自動化水平較高,大大減少了變電站運行維護工作量,能夠實現無人值守等功能。

          1.2集成自動化水平較高

          箱式變電站采用全站集成化、智能化一體化設計方案,其繼電保護系統采用微機綜合自動化保護裝置,分散安裝,可以實現變電站無人值守“四遙”功能,即遙測、遙信、遙控、遙調。變電站內部各控制系統單元均具有獨立運行功能,可以通過微機保護系統實現的運行參數的遠方設置,對箱體內部濕度、溫度等參變量的遠程調節控制,滿足無人值班的功能需求。

          1.3工廠預制化

          箱式變電站按照組合式結構進行設計,設計人員只需要根據工程實際需要情況,設計出電氣一次主接線圖和箱外設備,就可以按照箱式變電站廠家所提供的箱式變電站規格、型號、組合方式等設計出完整的方案。設計人員所選用的電氣設備在工廠進行一次組合安裝、調試合格后,就能投入到工程實際應用中。箱式變電站真正實現了變電站制造工廠預制化,不僅簡化了設計思路、方案,同時縮短了工程施工周期,現場安裝調試施工僅需將已組裝完好的箱體進行定位,將箱體間隔間的電纜聯接,并進行保護定值校驗、傳動試驗、以及其它相關調試工作后,就能投入都實際工程應用中。

          1.4組合方式靈活

          箱式變電站由于其內部結構比較緊湊,且每個間隔均按照獨立集成系統設計方案,這使得箱式變電站在實際選用中根據需要其組合方式較為靈活,可以全部采用箱式結構,即將高壓側和低壓側電氣設備全部設置在箱體內,組成全箱密封式變電站;也可以按照設計要求將高壓側電氣設備置于箱體外部,低壓側電氣設備及控制保護系統裝備置于箱體內部安裝。

          1.5綜合投資經濟效益高

          從大量工程實際應用經驗可知,箱式變電站與同規模容量的綜合自動化變電站相比,其在經濟性能方面大約可以減少40%~50%的綜合投資;在技術性能方面,其運行安全可靠性非常高。選用箱式變電站基本不存在房建工程量,其占地面積較小,對于我國可用耕地面積不斷減少的條件下,占地面積較小的箱式變電站已成為變電站建設發展的必然方向,將高壓、變壓器、低壓電氣設備進行集中一體化布置,符合我國節約土地的基本政策要求。

          2、箱式變電站內部元部件選型技術要點

          2.1高壓側受電設備選擇

          對于10kV的中小型規模容量的電力用戶而言,其高壓負荷開關經常用于開斷正常負荷電流,用戶開斷短路電流的情況非常少,因此,10kV預裝式箱式變電站在設計時,通常采用高壓負荷開關加熔斷器組合電器來代替高壓斷路器,這樣可以大大提高設備綜合投資經濟效益。10kV箱式變電站中,由高壓負荷開關實現開斷變電站系統正常負荷電流,由熔斷器實現開斷變電站系統的故障短路電流,確保變電站安全穩定的運行。高壓斷路器與高壓負荷開關加熔斷器組合電器相比,其不僅造價較高,同時其外形尺寸較大,不適合于內部空間較為狹窄緊湊的箱變結構,因此,95%以上的箱式變電站其高壓受電設備均采用高壓負荷開關加熔斷器組合電器。

          2.2變壓器選擇

          箱式變電站變壓器通常選用節能型干式配電變壓器。配電變壓器的容量應根據電力負荷特點和運行方式進行選擇,單臺配電變壓器設計容量不宜超過1250kVA,如果統計負荷容量較大時,建議選用兩臺變壓器自動切換運行方案。干式變壓器不需要檢查油位、油溫、油質、以及油壓等特性參數,也稱為免維護式配電變壓器,加上其具有阻燃、防爆等優點,在箱式變電站設計中成為優選的變壓器類型。

          2.3低壓配電部分選擇

          普通配電房中所用的低壓配電柜(如:GGD、GCS、MNS等)均是按照低壓配電功能單元進行單獨組合布置,具體分為進線柜、聯絡柜、饋線柜、補償柜等,而箱式變電站

          其內部集成程度較高,一次電路較為簡單,通常只包括進線、出線、補償功能,因為,為了減少低壓柜在箱變內部的占地面積,應優化低壓電器的布置結構。主回路中應選用多功能萬能式斷路器,即可以手動又可電動操作的自動低壓饋電開關,并配有過載長延時、短路短延時、以及短路瞬間保護,以及失壓和分勵等多種自動脫扣器和輔助結構,構成比較完善系統的綜合保護系統。對于分支饋電線路而言,應選用塑料外殼式斷路器,利用其自身所帶的短路保護熱脫扣裝置,有效提高饋線回路運行安全可靠性。

          2.4附加功能設計

          根據箱式變電站使用環境條件等條件要求,應可考慮加裝防凝露、路燈照明時光控制等自動控制系統裝置。箱式變電站殼體結構應具有非常良好的耐久性、抗腐性、以及抵抗內部故障電弧等特性。對于10kV末端箱式變電站而言,如果其容量在500kVA以下,則從經濟性考慮,建議選用非金屬殼體。

          3、箱式變電站設計技術要點分析

          3.1變電站容量設計

          選擇箱式變電站變壓器容量時,要以現有電力用戶負荷特性和運行方式作為主要的依據,適當考慮電力負荷未來發展,即:如果該區域電力負荷在未來一定時間段內(以5年為例)進行電力規劃時,其負荷容量如果存在不大變動,則在預裝式箱式變電站變壓器容量選型時,就可以將5年內的電力負荷波動情況考慮在內。為了提高變電站運行經濟效益,要求變電站當年運行負荷不能低于變壓器容量的30%。

           3.2溫升設計

          箱式變電站運行過程中的溫升效應主要取決于箱式變電站自身殼體結構、材料、配電變壓器形式、以及電氣開關設備結構形式,三者在選型設計時均應充分考慮溫升設計富裕度。高壓電器設備和控制設備允許溫升按照《GB-T11022-1999高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》;變壓器允許溫升按照GB/T6451-1999《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》;低壓電器設備和控制設備按照GB14048-2008《低壓開關設備和控制設備新標準》中允許的技術要求進行溫升設計。

          3.3組合電器的選用

          選用組合電器時必須考慮產品的轉移電流或交接電流的數值。轉移電流一般大干負荷開關額定電流,它是負荷開關應能分斷的最大電流。交接電流為熔斷器不承擔分斷,全部由負荷開關開斷的三相對稱電流值。小于這一電流時,熔斷器把分斷電流的任務交給帶脫扣器觸發的負荷開關來承擔。

          3.4控制系統抗干擾措施選用

          箱式變電站按照技術特性功能要求,應采取硬件抗干擾和軟件抗干擾的綜合抗干擾措施,其中硬件抗干擾是變電站自動控制系統最主要、最基本的抗干擾措施手段,具體包括:隔離、接地、屏蔽、濾波、鑒幅、提高信噪比等技術方法;軟件抗干擾主要是通過在自動控制系統軟件編程序時,加入相應的抗干擾措施方法,來及時發現、攔截和糾正軟件干擾對控制系統帶來的危害,具體包括:自診斷,程序容錯、信息冗余和數字濾波等。

          3.5凝露和腐蝕措施選用

          為了防止箱式變電站出現凝露等不利現象,可以在箱式變站內部加裝加熱器和通風裝置,確保變電站內部的溫度、濕度始終保持在最優環境條件下,確保箱體內的高低壓電氣設備不會產生對運行有影響的凝露等不利現象發生。但要真正解決凝露和腐蝕問題,最主要的技術方法就是找到一些能夠克服凝露現象和具有較強防腐能力的材料作為變電站箱體材料。目前,我國一些高科技企業已研發出一些抗凝露防腐蝕的高性能材料,并在實際應用中取得非常良好的應用效果。

          4、結語

          隨著我國科學技術的進一步發展,以及制造研發水平的進一步提高,箱式變電站綜合集成自動化、運行可靠性、經濟性等水平將得到顯著提高。箱式變電站具有結構緊湊、機構簡單、動作可靠、電能轉換效率高等優越性能,必將得到電力用戶的進一步認識和認可,進而推進智能供配電網安全穩定、節能經濟的高效建設發展。

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