淺談10kV智能箱式變臺的設計

 1 問題描述
近年來，我縣經(jīng)濟飛速的發(fā)展，多年前敷設的線路已經(jīng)無法滿足當前農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的需求。目前農(nóng)村用電量的大幅增加，配電線路承擔的負荷也就越來越大；同時，農(nóng)村的一線員工存在業(yè)務和技能水平不高的問題。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展會產(chǎn)生如下問題：
①線路耗損在逐漸的增多，這會造成能源的極大浪費。
②如果長期在這種狀態(tài)下運行，還容易引起火災等安全事故。
③結合農(nóng)村現(xiàn)用電狀：我縣處于山區(qū)，農(nóng)村建設受地形限制，農(nóng)村建設缺少統(tǒng)一規(guī)劃，用戶比較分散，無法實現(xiàn)集中供電。因而產(chǎn)生負荷分散的現(xiàn)狀，造成供電半徑較大，供電用戶電壓質(zhì)量不高的情況普遍存在。
④一線職工存在學歷不高、適應新設備和新技術的能力不強的普遍現(xiàn)象，操作復雜的設備員工難以掌握。
⑤大部分農(nóng)村實用的電力設備都是多年前進行建設的，由于當時在技術水平和施工標準等方面都不夠完善，又經(jīng)過多年的使用與環(huán)境的侵蝕，部分線路都出現(xiàn)了老化的現(xiàn)象，造成了電能的浪費，嚴重影響了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，增加了用戶和供電企業(yè)負擔。
⑥社會的發(fā)展，農(nóng)村電網(wǎng)現(xiàn)狀已不滿足安全、可靠、智能化的發(fā)展需求。
因此，為了不斷的促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，減輕農(nóng)民經(jīng)濟負擔，提高用電質(zhì)量，在農(nóng)村建設具有較高的安全性、可靠性、通信較為完善和自動化程度較高的智能化電網(wǎng)勢在必行。
2 解決問題的思路與方法
結合智能化電網(wǎng)建設，考慮到投資與效益的和諧統(tǒng)一、工程施工方便，同時又做到一線員工易學、易懂、易掌握供電設備，實現(xiàn)農(nóng)村用戶的安全用電、可靠用電，促進農(nóng)村經(jīng)濟與社會的發(fā)展，建設智能化變臺勢在必行。
目前電力市場的不斷發(fā)展，10kV箱式變在電網(wǎng)建設與改造中被廣泛的應用，因其具有組合靈活、便于運輸、遷移、安裝方便、施工周期短、運行費用低、占地面積小、無污染、免維護等優(yōu)點，受到廣泛重視。因其易于深入負荷中心，減少供電半徑，提高末端電壓質(zhì)量，降低線損等方面的優(yōu)點，特別適用于農(nóng)村和城網(wǎng)的電網(wǎng)改造與建設，也成為配電網(wǎng)建設的目標模式。
但箱式變也存在著只能就地安裝、防盜手段單一、智能化不高的問題。考慮智能電網(wǎng)建設和現(xiàn)代電子、通訊及監(jiān)控技術的發(fā)展以及對安全性、環(huán)保性的更高要求，對箱式變各種功能也提出了更新、更高的技術要求。因此，對老式箱變的功能進行升級成為當務之急，以實現(xiàn)箱變的安全、環(huán)保和智能監(jiān)控等功能，設計滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的箱式變臺勢在必行。
智能箱式變臺應滿足以下要求：
①適應農(nóng)村需求：落地或柱上安裝能夠靈活實現(xiàn)；安裝方便，減少安裝和停電時間；
②運行安全可靠：設備滿足運行與安全的要求；
③智能化程度高：能監(jiān)控變壓器實時負荷、變壓器運行工況等運行參數(shù)。
3 解決問題的實踐過程
國家電網(wǎng)公司《農(nóng)網(wǎng)建設與改造技術導則》中對中壓配電設備有如下要求：
a） 配電變壓器應按照“小容量、密布點、短半徑”的原則建設與改造。變壓器應布置在負荷中心，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應裝設低壓配電裝置，低壓配電裝置應具有防雷、過流保護、無功補償、剩余電流動作保護、計量、測量等功能，殼體宜采用堅固防腐材質(zhì)。
c） 配電變壓器低壓配電裝置內(nèi)宜預留安裝智能配電終端的位置。有條件的可開展具有狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測、無功補償就地/遠程控制投切、剩余電流保護監(jiān)測管理、諧波監(jiān)測、三相不平衡監(jiān)測、電量抄錄、遠程通訊、變壓器防盜等功能的智能配變臺區(qū)建設。
3.1 結合常規(guī)箱式變的設計與導則中的要求，智能箱式變臺做如下設計 智能變臺箱體部分采用先進技術及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標準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)安裝自動通風及除濕系統(tǒng)，設備運行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在-40℃～+40℃的惡劣環(huán)境下正常運行。
智能箱式變臺主要分為三部分：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、避雷器、絕緣支架、儲油池、溫濕度探頭、加熱和通風設備等；
②低壓室安裝有低壓總進開關、低壓母線、各分支開關（數(shù)量及容量可根據(jù)用戶要求配置）、互感器、補償電容器組等設備；
③儀器儀表室安裝有計量儀表、變壓器負荷監(jiān)控裝置、門禁管理系統(tǒng)、遠動通訊裝置、UPS電源、溫濕度控制器等設備；
④箱變高壓室柜門安裝能防雨、防堵、防銹的暗鎖和電磁鎖。正常運行時變壓器低壓側電源通過熔斷器給電磁鎖供電；低壓室和儀器儀表室柜門安裝即可遠程遙控又可現(xiàn)場刷卡的電子門鎖。
3.2 箱式變臺性能分析
3.2.1 安裝方便、減少停電時間 該產(chǎn)品為變壓器、二次設備一體化設計，標準化生產(chǎn)，另外高壓電纜可提前預制，實現(xiàn)了工廠式生產(chǎn)，縮短了建設單位的施工周期；安裝前，用戶根據(jù)提供的箱變尺寸制作安裝基礎（地面安裝）或組裝架構（柱上安裝），停電時，只需將箱變就位、連接高壓電纜即可送電，大大減少了停電時間和工作強度。
3.2.2 安全環(huán)保
①防盜性能好：柱上安裝時，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，從結構設計上減少了變壓器被盜的可能性。
②箱式變臺采用全密封設計，變壓器、低壓進出線開關、二次設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，完全能達到無觸電事故。
③變壓器移入箱體后，避免了雜物、樹木接觸變壓器高、低壓瓷瓶，降低了發(fā)生電氣事故的機率，提高了供電可靠性。
④高壓室設計有儲油槽，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油池內(nèi)，避免了油對環(huán)境的污染。
⑤采用門禁管理系統(tǒng)后，低壓室、儀表室的柜門受到了主站監(jiān)視與控制，確保了運行維護人員的安全，防止了變壓器竊電行為的發(fā)生。
⑥變壓器室柜門的電磁鎖由變壓器供電，只要變壓器帶電運行，即使能打開暗鎖，也無法打開電磁鎖，避免了檢修人員誤入帶點間隔的可能性，保證了作業(yè)人員的人身安全。
⑦門禁管理系統(tǒng)防止了無權限人員進入高低壓配電間隔，保證了人員和設備安全。
⑧通過負荷監(jiān)控裝置和遠動通訊裝置，可以實時了解配變負荷（I、U、P、Q等）和變壓器溫度情況，避免過負荷或過溫的異常情況出現(xiàn)，確保配變安全穩(wěn)定運行。
⑨通過設定溫濕度控制器上、下限，可根據(jù)實際溫度、濕度實現(xiàn)箱變的風扇及加熱系統(tǒng)自動運行與停止，以滿足變壓器對環(huán)境的運行要求。
3.2.3 自動化程度高 箱變按照智能化設計，負荷監(jiān)控系統(tǒng)采用微機自動化裝置，該裝置具有遙測、遙信、遙控功能，通過遠動通訊裝置可實現(xiàn)對箱變的遙測（三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率）、遙信（低壓側進、出線需要有輔助出點）、遙控（低壓側進、出線需要有遙控功能）；門禁管理系統(tǒng)可及時記錄各柜門開啟、關閉狀態(tài)與時間，并通過遠動通訊裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳；對于地面基礎安裝的方式，可加裝水浸報警設備，實現(xiàn)水浸報警功能。
3.2.4 投資省、見效快，通訊設備組網(wǎng)方便 考慮到箱變分布點較多，組建單獨的通訊網(wǎng)絡投資大，建設周期長的現(xiàn)狀，本套設備采用移動通訊網(wǎng)絡，利用該網(wǎng)絡的短信通訊功能實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳輸，即站端通過移動網(wǎng)絡連接到服務器，再由服務器將數(shù)據(jù)傳至主站端監(jiān)控機；每臺箱變終端的遠動通訊裝置各安裝一張手機卡，實現(xiàn)與移動網(wǎng)絡的通訊。利用移動網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式不需要網(wǎng)絡建設的投資和日常的運行維護費用，只需每年投入固定的網(wǎng)絡專線費和短信費，不必考慮組網(wǎng)費用和建設周期，同時還大大的減少了網(wǎng)絡的運維費用和運維人員的工作強度，經(jīng)濟效益比較高。
3.2.5 配置方式靈活 箱式變臺可根據(jù)用戶要求配置變壓器容量和出線開關的容量與數(shù)量；同時適合地面安裝和架構安裝，滿足用戶不同安裝方式的需求。
4 思考與評價
智能箱式變臺開發(fā)與應用，是農(nóng)網(wǎng)改造和建設的一個主要環(huán)節(jié)，它以經(jīng)濟實用、自動化程度高等優(yōu)點將被更廣泛的推廣使用，是實現(xiàn)配電網(wǎng)智能化建設的關鍵一環(huán)。同時，隨著新技術、新設備的出現(xiàn)與應用，它的不足之處將在不斷的發(fā)展與變革中改進完善，更好的服務于電力系統(tǒng)和廣大用戶。