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预装式箱式变电站设计技术要点探讨

发布时间:2015/10/8

为了减小供配电线路路端损失,提高供电电能综合质量水平,要求将中高压输电线路尽量设置在电力负荷中心,甚至采取高压进户线路(通常以35kV、10kV为主)直接引入到负荷中心,集中向高层建筑和用电量非常大的工矿、企业进行供电。工程应用中,通常将100kVA~1250kVA,10kV/0.4kV的配电变压器,置于电力负荷用电中心进行集中供电,尤其是占地面积较小的地方,就需有构筑集高压受电设备、配电变压器、以及低压配电设备等为一体的供配电设施。按照集中式一体化供配电设施安装地点,又可以分为户内和户外两种,在制造厂组装成为成品就通称为组合变电站,同时为了日常检修维护方便和提高配电设施综合使用寿命,又将组合变电站装设在“目”或“品”字形的箱体内,既而称为箱式变电站。预装箱式变电站是一种把高压受电开关设备、配电变压器、以及低压配电设备按照一定的接线方式组成一体化的工厂预制型户内外紧凑式变配电装置,它将高压引入、变压、以及低压配电等功能有机结合起来,具有成套性强、集成自动化程度高、体积小、占地少、供电可靠性高、线损小、送电周期短、对环境适应性强、安装维护方便、以及外形美观等优点,在厂矿企业、住宅小区、以及农村变电站工程中发挥非常重要的作用。

    1、预装式箱式变电站的优点

    目前,箱式变电站已广泛应用于城市供电、农村10kV~110kV中高压小型变(配)电所、工矿企业、以及流动作业变电所的建设及升级改造工程中,其易于深入到电力负荷中心进行集中供电,减少了供电半径,提高了配电线路末端供电电能质量,尤其适用于城市建设、农村电网技术升级改造、野外施工供配电等工程领域。

    1.1技术先进安全可靠

    箱式变电站其箱体主要采用国内较为领先的技术和生产工艺,其外壳一般采用镀铝锌钢板;其内部框架采用标准的集装箱材料及制作生产工艺,具有非常良好的防腐蚀性能,能够保证设备20a不锈蚀;箱变内封板采用铝合金扣板,其夹层中封填防火保温性能较为优越的材料;变电站箱体内部安装自动调节空调及除湿装置,电气设备在正常运行过程中不受自然气候环境和外界污染等因素的影响,可以保证变电站在-40℃~+40℃温度范围内始终保持安全稳定、节能经济的运行性能。变电站箱体内的电气一次设备采用单元真空开关柜、干式配电变压器、干式电压(电流)互感器、以及真空断路器(配备电动弹簧操作机构)等国内先进的技术设备,产品按照全绝缘结构设备,无裸露带电部分,完全能到零触电事故运行需要,且全站可实现无油化自动运行,二次设备集成自动化水平较高,大大减少了变电站运行维护工作量,能够实现无人值守等功能。

    1.2集成自动化水平较高

    箱式变电站采用全站集成化、智能化一体化设计方案,其继电保护系统采用微机综合自动化保护装置,分散安装,可以实现变电站无人值守“四遥”功能,即遥测、遥信、遥控、遥调。变电站内部各控制系统单元均具有独立运行功能,可以通过微机保护系统实现的运行参数的远方设置,对箱体内部湿度、温度等参变量的远程调节控制,满足无人值班的功能需求。

    1.3工厂预制化

    箱式变电站按照组合式结构进行设计,设计人员只需要根据工程实际需要情况,设计出电气一次主接线图和箱外设备,就可以按照箱式变电站厂家所提供的箱式变电站规格、型号、组合方式等设计出完整的方案。设计人员所选用的电气设备在工厂进行一次组合安装、调试合格后,就能投入到工程实际应用中。箱式变电站真正实现了变电站制造工厂预制化,不仅简化了设计思路、方案,同时缩短了工程施工周期,现场安装调试施工仅需将已组装完好的箱体进行定位,将箱体间隔间的电缆联接,并进行保护定值校验、传动试验、以及其它相关调试工作后,就能投入都实际工程应用中。

    1.4组合方式灵活

    箱式变电站由于其内部结构比较紧凑,且每个间隔均按照独立集成系统设计方案,这使得箱式变电站在实际选用中根据需要其组合方式较为灵活,可以全部采用箱式结构,即将高压侧和低压侧电气设备全部设置在箱体内,组成全箱密封式变电站;也可以按照设计要求将高压侧电气设备置于箱体外部,低压侧电气设备及控制保护系统装备置于箱体内部安装。

    1.5综合投资经济效益高

    从大量工程实际应用经验可知,箱式变电站与同规模容量的综合自动化变电站相比,其在经济性能方面大约可以减少40%~50%的综合投资;在技术性能方面,其运行安全可靠性非常高。选用箱式变电站基本不存在房建工程量,其占地面积较小,对于我国可用耕地面积不断减少的条件下,占地面积较小的箱式变电站已成为变电站建设发展的必然方向,将高压、变压器、低压电气设备进行集中一体化布置,符合我国节约土地的基本政策要求。

    2、箱式变电站内部元部件选型技术要点

    2.1高压侧受电设备选择

    对于10kV的中小型规模容量的电力用户而言,其高压负荷开关经常用于开断正常负荷电流,用户开断短路电流的情况非常少,因此,10kV预装式箱式变电站在设计时,通常采用高压负荷开关加熔断器组合电器来代替高压断路器,这样可以大大提高设备综合投资经济效益。10kV箱式变电站中,由高压负荷开关实现开断变电站系统正常负荷电流,由熔断器实现开断变电站系统的故障短路电流,确保变电站安全稳定的运行。高压断路器与高压负荷开关加熔断器组合电器相比,其不仅造价较高,同时其外形尺寸较大,不适合于内部空间较为狭窄紧凑的箱变结构,因此,95%以上的箱式变电站其高压受电设备均采用高压负荷开关加熔断器组合电器。

    2.2变压器选择

    箱式变电站变压器通常选用节能型干式配电变压器。配电变压器的容量应根据电力负荷特点和运行方式进行选择,单台配电变压器设计容量不宜超过1250kVA,如果统计负荷容量较大时,建议选用两台变压器自动切换运行方案。干式变压器不需要检查油位、油温、油质、以及油压等特性参数,也称为免维护式配电变压器,加上其具有阻燃、防爆等优点,在箱式变电站设计中成为优选的变压器类型。

    2.3低压配电部分选择

    普通配电房中所用的低压配电柜(如:GGD、GCS、MNS等)均是按照低压配电功能单元进行单独组合布置,具体分为进线柜、联络柜、馈线柜、补偿柜等,而箱式变电站

    其内部集成程度较高,一次电路较为简单,通常只包括进线、出线、补偿功能,因为,为了减少低压柜在箱变内部的占地面积,应优化低压电器的布置结构。主回路中应选用多功能万能式断路器,即可以手动又可电动操作的自动低压馈电开关,并配有过载长延时、短路短延时、以及短路瞬间保护,以及失压和分励等多种自动脱扣器和辅助结构,构成比较完善系统的综合保护系统。对于分支馈电线路而言,应选用塑料外壳式断路器,利用其自身所带的短路保护热脱扣装置,有效提高馈线回路运行安全可靠性。

    2.4附加功能设计

    根据箱式变电站使用环境条件等条件要求,应可考虑加装防凝露、路灯照明时光控制等自动控制系统装置。箱式变电站壳体结构应具有非常良好的耐久性、抗腐性、以及抵抗内部故障电弧等特性。对于10kV末端箱式变电站而言,如果其容量在500kVA以下,则从经济性考虑,建议选用非金属壳体。

    3、箱式变电站设计技术要点分析

    3.1变电站容量设计

    选择箱式变电站变压器容量时,要以现有电力用户负荷特性和运行方式作为主要的依据,适当考虑电力负荷未来发展,即:如果该区域电力负荷在未来一定时间段内(以5年为例)进行电力规划时,其负荷容量如果存在不大变动,则在预装式箱式变电站变压器容量选型时,就可以将5年内的电力负荷波动情况考虑在内。为了提高变电站运行经济效益,要求变电站当年运行负荷不能低于变压器容量的30%。

     3.2温升设计

    箱式变电站运行过程中的温升效应主要取决于箱式变电站自身壳体结构、材料、配电变压器形式、以及电气开关设备结构形式,三者在选型设计时均应充分考虑温升设计富裕度。高压电器设备和控制设备允许温升按照《GB-T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》;变压器允许温升按照GB/T6451-1999《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》;低压电器设备和控制设备按照GB14048-2008《低压开关设备和控制设备新标准》中允许的技术要求进行温升设计。

    3.3组合电器的选用

    选用组合电器时必须考虑产品的转移电流或交接电流的数值。转移电流一般大干负荷开关额定电流,它是负荷开关应能分断的最大电流。交接电流为熔断器不承担分断,全部由负荷开关开断的三相对称电流值。小于这一电流时,熔断器把分断电流的任务交给带脱扣器触发的负荷开关来承担。

    3.4控制系统抗干扰措施选用

    箱式变电站按照技术特性功能要求,应采取硬件抗干扰和软件抗干扰的综合抗干扰措施,其中硬件抗干扰是变电站自动控制系统最主要、最基本的抗干扰措施手段,具体包括:隔离、接地、屏蔽、滤波、鉴幅、提高信噪比等技术方法;软件抗干扰主要是通过在自动控制系统软件编程序时,加入相应的抗干扰措施方法,来及时发现、拦截和纠正软件干扰对控制系统带来的危害,具体包括:自诊断,程序容错、信息冗余和数字滤波等。

    3.5凝露和腐蚀措施选用

    为了防止箱式变电站出现凝露等不利现象,可以在箱式变站内部加装加热器和通风装置,确保变电站内部的温度、湿度始终保持在最优环境条件下,确保箱体内的高低压电气设备不会产生对运行有影响的凝露等不利现象发生。但要真正解决凝露和腐蚀问题,最主要的技术方法就是找到一些能够克服凝露现象和具有较强防腐能力的材料作为变电站箱体材料。目前,我国一些高科技企业已研发出一些抗凝露防腐蚀的高性能材料,并在实际应用中取得非常良好的应用效果。

    4、结语

    随着我国科学技术的进一步发展,以及制造研发水平的进一步提高,箱式变电站综合集成自动化、运行可靠性、经济性等水平将得到显著提高。箱式变电站具有结构紧凑、机构简单、动作可靠、电能转换效率高等优越性能,必将得到电力用户的进一步认识和认可,进而推进智能供配电网安全稳定、节能经济的高效建设发展。

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