智能箱變的小型化結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用

舒惠中，蔡冰華

（湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430060）

0 引言

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)在城市以及農(nóng)村的網(wǎng)絡(luò)建造過程之中，需要將高壓電源直接引進(jìn)負(fù)荷的中心之中，從而造成高壓受電然后通過變壓器來降低電壓最后通過低壓電源進(jìn)行相應(yīng)的配電這一過程。因此供電需要發(fā)展的目標(biāo)是節(jié)省能源，節(jié)省電源并且趨向于小型化。箱式變電站在逐步的發(fā)展過程中，滿足了這些目標(biāo)，因此在各個(gè)區(qū)域都廣受關(guān)注。同時(shí)，因?yàn)槲覀兩顥l件發(fā)展的越來越好，所以需要對(duì)智能箱變的質(zhì)量有所保障，而且還需要箱變具有高智能化的特點(diǎn)。在智能箱變進(jìn)行各個(gè)領(lǐng)域的供電環(huán)節(jié)，需要在特定的軟件下進(jìn)行相互的配合，然后能夠保證在事故發(fā)生時(shí)能夠自主的清理障礙，從而確保故障盡快解除，恢復(fù)正常用電。

小型化箱變又被稱為組合式變電站，其組裝比較靈活，而且比較容易被運(yùn)輸，安裝比較方便，應(yīng)用起來所耗費(fèi)的成本比較低，具有良好的環(huán)保功能，因此被廣受關(guān)注。在對(duì)于農(nóng)村的電網(wǎng)建設(shè)的過程之中，它主要被大力的應(yīng)用在城市中比較復(fù)雜的區(qū)域之中，被應(yīng)用于一些廠房以及移動(dòng)變電站的建造之中，因?yàn)槠浔容^容易地能夠透過其負(fù)載中心，然后對(duì)其供電地區(qū)域有所減少，從而使其電壓地質(zhì)量得到一定地提高。對(duì)于目前我們生活緊張的社會(huì)比較適用，這被稱為21世紀(jì)變電站建造地主要目標(biāo)模型。

1 國(guó)內(nèi)外智能箱變的小型化研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在結(jié)構(gòu)上，智能箱變主要采取的方法模塊法。每部智能箱變都是按照不同的型號(hào)配置而成的。按照接入的高壓開關(guān)的類型可以將其分為兩種類型。如果按照配件的安裝方式可以將其分為目和品兩種類型。相反，智能變電站有這些對(duì)立的優(yōu)點(diǎn)。所以在國(guó)內(nèi)外，箱式變電站得到廣泛的應(yīng)用，占比市場(chǎng)也較大，主要應(yīng)用于市場(chǎng)較大，地價(jià)較貴的地方，因此，對(duì)于智能變電站的研究具有一定的價(jià)值[1-2]。

智能化電網(wǎng)在建造的過程之中主要是根據(jù)國(guó)家的各個(gè)地區(qū)分域以及其分布的特點(diǎn)來建造的，這對(duì)于我國(guó)目前以及未來的發(fā)展具有很大的意義。對(duì)于不同種類的能源情況，其是大規(guī)模風(fēng)電和太陽能發(fā)電的計(jì)入和送出適應(yīng)性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源資源的大范圍、高效率配置。我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面的高度。智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)之中能夠?qū)τ谀茉催M(jìn)行強(qiáng)有力的轉(zhuǎn)換的主要平臺(tái)，其應(yīng)用的前景非常遼闊，可供發(fā)展的空間也很大。依據(jù)我國(guó)智能箱變所計(jì)劃的那樣，截至到一五年，我國(guó)新建成的智能變電站高達(dá)五千多，并且750KV的大概有二十多座，5 000KV的大概兩百座，330KV的智能變電站大概有六十座，在110～220 kV期間的變電站約一千兩百多座，低于110 kV的變電站將近四千座。因此，依據(jù)智能化變電環(huán)節(jié)的大約百分之二十的份額計(jì)算，其應(yīng)用的空間還是很大。

光伏發(fā)電系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)是比較隨機(jī)，而且其發(fā)電具有間斷性和波動(dòng)性，這就導(dǎo)致其并網(wǎng)的容量被極大的控制在了一定的范圍之內(nèi)，在一定的區(qū)域上約束了光伏發(fā)電的很大范圍上的使用。智能化電網(wǎng)之所以發(fā)展迅速，是因?yàn)樗鼮樯鐣?huì)的電力方面提供了一定的便利，并且對(duì)于光伏發(fā)電的開發(fā)程度也有了一定的提升。我國(guó)對(duì)于智能化電網(wǎng)的研究也在進(jìn)一步深入的研究之中。截至目前為止，我國(guó)的電網(wǎng)并不能滿足于光伏發(fā)電這一產(chǎn)業(yè)的需要，因此，決定將我國(guó)建設(shè)稱為以高電壓為主導(dǎo)的智能化電網(wǎng)，從而達(dá)到解決光伏發(fā)電的這一問題，然后提高我國(guó)對(duì)于新能源的利用。國(guó)內(nèi)的智能化電網(wǎng)主要是以較高的電壓為核心，各個(gè)級(jí)別的電網(wǎng)相互協(xié)作從而發(fā)展起來的比較堅(jiān)硬的電網(wǎng)，采用最為優(yōu)秀的電網(wǎng)信息設(shè)備及技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)以信息化和自動(dòng)化、數(shù)字化為核心的一個(gè)智能化電網(wǎng)。目前，全球?qū)τ谥悄芑娋W(wǎng)的研究都投入比較多的人力和物力，而且因?yàn)樾履茉吹陌l(fā)電主要是以智能化電網(wǎng)的發(fā)展為依據(jù)的。所以智能化電網(wǎng)的高速度和經(jīng)濟(jì)成本低的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)為我國(guó)光伏發(fā)電提供了較好的保證，并且其發(fā)展和應(yīng)用兩者也是珠聯(lián)璧合的。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

箱式變電站是20世紀(jì)60-70年代歐美發(fā)達(dá)國(guó)家推出的一種戶外成套變電所的變電設(shè)備，該產(chǎn)品采用預(yù)裝式設(shè)計(jì)，即箱內(nèi)所有設(shè)備都在工廠安裝并檢驗(yàn)完成，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)接上進(jìn)出線電纜既能使用，具有占空少，組合方式靈活，工期短，運(yùn)維費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到電力企業(yè)的重視和青睞。

目前，美國(guó)電力公司研制出一種結(jié)構(gòu)十分緊湊的箱式自動(dòng)箱式變電站，自身具有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集、故障保護(hù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與測(cè)量、狀態(tài)監(jiān)視、負(fù)荷控制及波形測(cè)量等功能；采用的控制開關(guān)少，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)維費(fèi)用較低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。智能箱式變電站在發(fā)達(dá)國(guó)家的配電領(lǐng)域中已經(jīng)占有非常重要的地位，是變電站設(shè)計(jì)方向的重大改革。在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家已占配電設(shè)備的70%；在美國(guó)箱式變電站的使用率已經(jīng)超過了80%，成為美國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化中的重要設(shè)備。

目前的箱式變電站，大多數(shù)在室外使用，工作環(huán)境比較復(fù)雜，空氣中的灰塵比較多時(shí)容易進(jìn)入變電站，灰塵附著在電器表面，容易引起電路短路，縮短電器的使用壽命并且當(dāng)濕度和溫度較高時(shí)，不能夠進(jìn)行很好的散熱除濕，不能夠滿足使用者的要求。隨著原有的箱式變電站越來越不能夠適應(yīng)當(dāng)下的電力生產(chǎn)使用，一種占地小、結(jié)構(gòu)緊湊、更加節(jié)電的智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究在我國(guó)城鄉(xiāng)以及各行業(yè)的電網(wǎng)改造和建設(shè)過程中逐漸應(yīng)用，智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的出現(xiàn)有著重要的意義，向電力工作者揭示出非凡的前景。因此，對(duì)于智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的研究有著重要的意義，且市場(chǎng)前景廣闊。

2 智能箱變小型化的優(yōu)勢(shì)

智能箱變小型化的主要優(yōu)勢(shì)有：一般電壓比較高的電力系統(tǒng)對(duì)于配電網(wǎng)可以達(dá)到其要求，一般為12 kV左右。電壓比較低的情況可以滿足在小型區(qū)域的供電要求，一般為4 kV左右。一般情況下，可以將設(shè)置于物業(yè)處的機(jī)器對(duì)于箱變進(jìn)行相應(yīng)的操作管理系統(tǒng)。智能化的箱變其具有成套的設(shè)備和裝置，而且其特點(diǎn)就是小型化，并且避免不必要的維修工作，比較方便，最重要的是節(jié)省能源。這樣可以對(duì)于城市化的各個(gè)高等建筑、住房地區(qū)以及工廠等領(lǐng)域進(jìn)行相應(yīng)的配電設(shè)備。依據(jù)其變壓器的類型將其分為全密封以及干式的變壓器，依據(jù)其箱體的外殼材料類型將其分為兩種，一種是金屬外殼，另外一種是非金屬外殼。依據(jù)高壓的開關(guān)將其分為負(fù)荷式開關(guān)和壓氣式開關(guān)。按照其是否能配備為智能化的系統(tǒng)將其分為智能化的設(shè)備和緊湊式的設(shè)備。為了對(duì)于很多廠家的要求也盡可能的得到滿足。為了提高箱式變電站的方便性能，國(guó)家電網(wǎng)總局決定聯(lián)系國(guó)家各個(gè)電力公司以及制造商和企業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)討論，方便在智能箱變?cè)趹?yīng)用的過程之中如果發(fā)生其他的意外事故等狀況，可以盡快的提出解決方案或者更換配件等方案。

3 智能箱變的功能

3.1 技術(shù)比較先進(jìn)并且安全可靠

箱式變電站的應(yīng)用采用的是目前我國(guó)比較先進(jìn)的技術(shù)以及工藝方法，其外殼主要是由鍍鋅鋼板材料所制，其框架使用的是比較標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱材料及所制造的工藝，其具有比較好的抗腐蝕性能，能夠保證二十年不會(huì)腐蝕的撐板，其中間一部分使用的是抗擊火種的比較耐熱的材料所制，其中將降溫的材料在智能箱體的內(nèi)部安裝，其中該裝置的運(yùn)行過程之中并不受到天氣等自然災(zāi)害的影響，可以確保其能夠在零下40℃和40℃之間正常的進(jìn)行應(yīng)用[3-5]。

3.2 運(yùn)行的自動(dòng)化程度比較高

智能化箱變的小型化結(jié)構(gòu)主要分為3層結(jié)構(gòu)，分別是主站終端以及智能化的電表。以電表不變的情況下，對(duì)于其設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)重新進(jìn)行設(shè)定，通過增加臺(tái)區(qū)的邊緣來對(duì)智能化的終端進(jìn)行計(jì)算。各自在配變低壓的一側(cè)進(jìn)行安裝配件，比如開關(guān)的線路以及表箱等，這樣可以對(duì)低壓配的電網(wǎng)的開關(guān)模式進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，對(duì)于全范圍的實(shí)現(xiàn)對(duì)于低壓配電的應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)視。

3.3 主要功能

采用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及邊緣性的計(jì)算機(jī)技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)比較合適的低壓配電網(wǎng)特征的物聯(lián)網(wǎng)主站系統(tǒng)，能夠?qū)τ诘蛪浩脚_(tái)區(qū)裝置、電動(dòng)汽車大范圍的接入和智能效率比較高的管理進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮云大數(shù)據(jù)的計(jì)算技術(shù)，支持配電自動(dòng)化系統(tǒng)向低壓配電網(wǎng)延伸，提高低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行控制、運(yùn)維管理和供電服務(wù)能力。

4 智能箱變的小型化結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用

為了滿足箱變的小型化和智能化，我們需要分幾個(gè)階段來進(jìn)行智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的研究：第一階段：進(jìn)行市場(chǎng)分析，確定智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的總體思路。經(jīng)過長(zhǎng)期的市場(chǎng)調(diào)研，并結(jié)合我么在技術(shù)的完善以及市場(chǎng)對(duì)此的各個(gè)需求方面，我們將設(shè)計(jì)各種策略，使其能夠正常的運(yùn)行，然后將其打造成一種帶有自己特征的一個(gè)產(chǎn)品。第二階段：智能化箱變小型化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)模塊，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)，按照系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出滿足要求的智能化箱變。以現(xiàn)有的智能化箱變?yōu)檠芯炕A(chǔ)，一是通過改進(jìn)改進(jìn)高壓側(cè)與變壓器的連接方式以及變壓器的結(jié)構(gòu)，使變壓器小型化，二是通過優(yōu)化低壓側(cè)的二次設(shè)計(jì)，低壓采用組屏結(jié)構(gòu)，使低壓側(cè)更為簡(jiǎn)化。三是通過電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使自動(dòng)化通信的模塊更為小型化。第三階段：系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)試在每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)開發(fā)完成后，進(jìn)行子系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行，對(duì)于不滿足要求的地方進(jìn)行技術(shù)甄別，完善系統(tǒng)。然后讓每個(gè)環(huán)節(jié)全部聯(lián)調(diào)，調(diào)試合格后進(jìn)行智能化箱變的試運(yùn)行。

5 結(jié)論

智能化箱變的小型化結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)比較精密，比較輕質(zhì)化，而且與其他的設(shè)備相比所占的體積比較小，對(duì)于箱變的容量有很大的提升。所以智能化箱變的小型化對(duì)于箱式變電站非常適用，而且在很多的領(lǐng)域都得到了很大的應(yīng)用。