淺談10kV智能箱式變臺(tái)的設(shè)計(jì)

 1 問(wèn)題描述
近年來(lái)，我縣經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展，多年前敷設(shè)的線(xiàn)路已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。目前農(nóng)村用電量的大幅增加，配電線(xiàn)路承擔(dān)的負(fù)荷也就越來(lái)越大；同時(shí)，農(nóng)村的一線(xiàn)員工存在業(yè)務(wù)和技能水平不高的問(wèn)題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題：
①線(xiàn)路耗損在逐漸的增多，這會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)。
②如果長(zhǎng)期在這種狀態(tài)下運(yùn)行，還容易引起火災(zāi)等安全事故。
③結(jié)合農(nóng)村現(xiàn)用電狀：我縣處于山區(qū)，農(nóng)村建設(shè)受地形限制，農(nóng)村建設(shè)缺少統(tǒng)一規(guī)劃，用戶(hù)比較分散，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中供電。因而產(chǎn)生負(fù)荷分散的現(xiàn)狀，造成供電半徑較大，供電用戶(hù)電壓質(zhì)量不高的情況普遍存在。
④一線(xiàn)職工存在學(xué)歷不高、適應(yīng)新設(shè)備和新技術(shù)的能力不強(qiáng)的普遍現(xiàn)象，操作復(fù)雜的設(shè)備員工難以掌握。
⑤大部分農(nóng)村實(shí)用的電力設(shè)備都是多年前進(jìn)行建設(shè)的，由于當(dāng)時(shí)在技術(shù)水平和施工標(biāo)準(zhǔn)等方面都不夠完善，又經(jīng)過(guò)多年的使用與環(huán)境的侵蝕，部分線(xiàn)路都出現(xiàn)了老化的現(xiàn)象，造成了電能的浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增加了用戶(hù)和供電企業(yè)負(fù)擔(dān)。
⑥社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村電網(wǎng)現(xiàn)狀已不滿(mǎn)足安全、可靠、智能化的發(fā)展需求。
因此，為了不斷的促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，減輕農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高用電質(zhì)量，在農(nóng)村建設(shè)具有較高的安全性、可靠性、通信較為完善和自動(dòng)化程度較高的智能化電網(wǎng)勢(shì)在必行。
2 解決問(wèn)題的思路與方法
結(jié)合智能化電網(wǎng)建設(shè)，考慮到投資與效益的和諧統(tǒng)一、工程施工方便，同時(shí)又做到一線(xiàn)員工易學(xué)、易懂、易掌握供電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村用戶(hù)的安全用電、可靠用電，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，建設(shè)智能化變臺(tái)勢(shì)在必行。
目前電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展，10kV箱式變?cè)陔娋W(wǎng)建設(shè)與改造中被廣泛的應(yīng)用，因其具有組合靈活、便于運(yùn)輸、遷移、安裝方便、施工周期短、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、無(wú)污染、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛重視。因其易于深入負(fù)荷中心，減少供電半徑，提高末端電壓質(zhì)量，降低線(xiàn)損等方面的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于農(nóng)村和城網(wǎng)的電網(wǎng)改造與建設(shè)，也成為配電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)模式。
但箱式變也存在著只能就地安裝、防盜手段單一、智能化不高的問(wèn)題?？紤]智能電網(wǎng)建設(shè)和現(xiàn)代電子、通訊及監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)安全性、環(huán)保性的更高要求，對(duì)箱式變各種功能也提出了更新、更高的技術(shù)要求。因此，對(duì)老式箱變的功能進(jìn)行升級(jí)成為當(dāng)務(wù)之急，以實(shí)現(xiàn)箱變的安全、環(huán)保和智能監(jiān)控等功能，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足智能電網(wǎng)發(fā)展的箱式變臺(tái)勢(shì)在必行。
智能箱式變臺(tái)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：
①適應(yīng)農(nóng)村需求：落地或柱上安裝能夠靈活實(shí)現(xiàn)；安裝方便，減少安裝和停電時(shí)間；
②運(yùn)行安全可靠：設(shè)備滿(mǎn)足運(yùn)行與安全的要求；
③智能化程度高：能監(jiān)控變壓器實(shí)時(shí)負(fù)荷、變壓器運(yùn)行工況等運(yùn)行參數(shù)。
3 解決問(wèn)題的實(shí)踐過(guò)程
國(guó)家電網(wǎng)公司《農(nóng)網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)中壓配電設(shè)備有如下要求：
a） 配電變壓器應(yīng)按照“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的原則建設(shè)與改造。變壓器應(yīng)布置在負(fù)荷中心，一般采用柱上安裝方式，變壓器底部距地面高度不應(yīng)低于2.5m。城鎮(zhèn)主要街道、建筑群及新農(nóng)村電氣化村也可采用箱式變電站或配電站。
b） 柱上配電變壓器低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)低壓配電裝置，低壓配電裝置應(yīng)具有防雷、過(guò)流保護(hù)、無(wú)功補(bǔ)償、剩余電流動(dòng)作保護(hù)、計(jì)量、測(cè)量等功能，殼體宜采用堅(jiān)固防腐材質(zhì)。
c） 配電變壓器低壓配電裝置內(nèi)宜預(yù)留安裝智能配電終端的位置。有條件的可開(kāi)展具有狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償就地/遠(yuǎn)程控制投切、剩余電流保護(hù)監(jiān)測(cè)管理、諧波監(jiān)測(cè)、三相不平衡監(jiān)測(cè)、電量抄錄、遠(yuǎn)程通訊、變壓器防盜等功能的智能配變臺(tái)區(qū)建設(shè)。
3.1 結(jié)合常規(guī)箱式變的設(shè)計(jì)與導(dǎo)則中的要求，智能箱式變臺(tái)做如下設(shè)計(jì) 智能變臺(tái)箱體部分采用先進(jìn)技術(shù)及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，保證20年不銹蝕，內(nèi)封板采用鋁合金扣板，夾層采用防火保溫材料，箱體內(nèi)安裝自動(dòng)通風(fēng)及除濕系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在-40℃～+40℃的惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行。
智能箱式變臺(tái)主要分為三部分：10kV變壓器室、低壓室、儀器儀表室。
①變壓器室安裝有變壓器、低壓引線(xiàn)、避雷器、絕緣支架、儲(chǔ)油池、溫濕度探頭、加熱和通風(fēng)設(shè)備等；
②低壓室安裝有低壓總進(jìn)開(kāi)關(guān)、低壓母線(xiàn)、各分支開(kāi)關(guān)（數(shù)量及容量可根據(jù)用戶(hù)要求配置）、互感器、補(bǔ)償電容器組等設(shè)備；
③儀器儀表室安裝有計(jì)量?jī)x表、變壓器負(fù)荷監(jiān)控裝置、門(mén)禁管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置、UPS電源、溫濕度控制器等設(shè)備；
④箱變高壓室柜門(mén)安裝能防雨、防堵、防銹的暗鎖和電磁鎖。正常運(yùn)行時(shí)變壓器低壓側(cè)電源通過(guò)熔斷器給電磁鎖供電；低壓室和儀器儀表室柜門(mén)安裝即可遠(yuǎn)程遙控又可現(xiàn)場(chǎng)刷卡的電子門(mén)鎖。
3.2 箱式變臺(tái)性能分析
3.2.1 安裝方便、減少停電時(shí)間 該產(chǎn)品為變壓器、二次設(shè)備一體化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，另外高壓電纜可提前預(yù)制，實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)式生產(chǎn)，縮短了建設(shè)單位的施工周期；安裝前，用戶(hù)根據(jù)提供的箱變尺寸制作安裝基礎(chǔ)（地面安裝）或組裝架構(gòu)（柱上安裝），停電時(shí)，只需將箱變就位、連接高壓電纜即可送電，大大減少了停電時(shí)間和工作強(qiáng)度。
3.2.2 安全環(huán)保
①防盜性能好：柱上安裝時(shí)，箱變底坐的工字鋼用螺栓由下向上（由外向里）穿，并用雙母緊固；同時(shí)箱變上部四角與桿上抱箍用拉條連接，螺栓采用防盜螺栓，變壓器底腳與箱變底坐用∮12—∮16螺栓固定，變壓器室內(nèi)空間小，不易拆卸，且柜門(mén)小，若要拿出變壓器，須將箱變頂拿下，而頂部固定螺栓又要從箱變內(nèi)部拆卸，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上減少了變壓器被盜的可能性。
②箱式變臺(tái)采用全密封設(shè)計(jì)，變壓器、低壓進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)、二次設(shè)備等全部安裝在箱變內(nèi)，變壓器采用高壓電纜接入方式，無(wú)裸露帶電部分，安全可靠，杜絕了人、畜誤觸電的可能，完全能達(dá)到無(wú)觸電事故。
③變壓器移入箱體后，避免了雜物、樹(shù)木接觸變壓器高、低壓瓷瓶，降低了發(fā)生電氣事故的機(jī)率，提高了供電可靠性。
④高壓室設(shè)計(jì)有儲(chǔ)油槽，若變壓器一但發(fā)生滲、漏油情況，外泄油被收集到箱體的儲(chǔ)油池內(nèi)，避免了油對(duì)環(huán)境的污染。
⑤采用門(mén)禁管理系統(tǒng)后，低壓室、儀表室的柜門(mén)受到了主站監(jiān)視與控制，確保了運(yùn)行維護(hù)人員的安全，防止了變壓器竊電行為的發(fā)生。
⑥變壓器室柜門(mén)的電磁鎖由變壓器供電，只要變壓器帶電運(yùn)行，即使能打開(kāi)暗鎖，也無(wú)法打開(kāi)電磁鎖，避免了檢修人員誤入帶點(diǎn)間隔的可能性，保證了作業(yè)人員的人身安全。
⑦門(mén)禁管理系統(tǒng)防止了無(wú)權(quán)限人員進(jìn)入高低壓配電間隔，保證了人員和設(shè)備安全。
⑧通過(guò)負(fù)荷監(jiān)控裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置，可以實(shí)時(shí)了解配變負(fù)荷（I、U、P、Q等）和變壓器溫度情況，避免過(guò)負(fù)荷或過(guò)溫的異常情況出現(xiàn)，確保配變安全穩(wěn)定運(yùn)行。
⑨通過(guò)設(shè)定溫濕度控制器上、下限，可根據(jù)實(shí)際溫度、濕度實(shí)現(xiàn)箱變的風(fēng)扇及加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行與停止，以滿(mǎn)足變壓器對(duì)環(huán)境的運(yùn)行要求。
3.2.3 自動(dòng)化程度高 箱變按照智能化設(shè)計(jì)，負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)采用微機(jī)自動(dòng)化裝置，該裝置具有遙測(cè)、遙信、遙控功能，通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)箱變的遙測(cè)（三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率）、遙信（低壓側(cè)進(jìn)、出線(xiàn)需要有輔助出點(diǎn)）、遙控（低壓側(cè)進(jìn)、出線(xiàn)需要有遙控功能）；門(mén)禁管理系統(tǒng)可及時(shí)記錄各柜門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉狀態(tài)與時(shí)間，并通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳；對(duì)于地面基礎(chǔ)安裝的方式，可加裝水浸報(bào)警設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水浸報(bào)警功能。
3.2.4 投資省、見(jiàn)效快，通訊設(shè)備組網(wǎng)方便 考慮到箱變分布點(diǎn)較多，組建單獨(dú)的通訊網(wǎng)絡(luò)投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)的現(xiàn)狀，本套設(shè)備采用移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)的短信通訊功能實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳輸，即站端通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器，再由服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳至主站端監(jiān)控機(jī)；每臺(tái)箱變終端的遠(yuǎn)動(dòng)通訊裝置各安裝一張手機(jī)卡，實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通訊。利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式不需要網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資和日常的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，只需每年投入固定的網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)線(xiàn)費(fèi)和短信費(fèi)，不必考慮組網(wǎng)費(fèi)用和建設(shè)周期，同時(shí)還大大的減少了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維費(fèi)用和運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益比較高。
3.2.5 配置方式靈活 箱式變臺(tái)可根據(jù)用戶(hù)要求配置變壓器容量和出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的容量與數(shù)量；同時(shí)適合地面安裝和架構(gòu)安裝，滿(mǎn)足用戶(hù)不同安裝方式的需求。
4 思考與評(píng)價(jià)
智能箱式變臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是農(nóng)網(wǎng)改造和建設(shè)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，它以經(jīng)濟(jì)實(shí)用、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)將被更廣泛的推廣使用，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能化建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)。同時(shí)，隨著新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn)與應(yīng)用，它的不足之處將在不斷的發(fā)展與變革中改進(jìn)完善，更好的服務(wù)于電力系統(tǒng)和廣大用戶(hù)。