論智能型箱式變電站的發(fā)展前景

箱式變電站是一種將中壓開關(guān)設(shè)備、變壓器、低壓配電設(shè)備按一定接線方案組合成一體的成套變配電設(shè)備。智能型箱式變電站是根據(jù)我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造需要節(jié)地、節(jié)電、小型、緊湊便于環(huán)網(wǎng)自動化的集中控制與管理，以及分散式變電站實現(xiàn)無人值守，需要遙測、遙控、遙調(diào)、遙訊和保護(hù)等功能所發(fā)展派生出來的新一代產(chǎn)品。它主要用于額定電壓為12kV和35kV，變壓器容量最大至1600kVA及以下的住宅小區(qū)、大型工地、高層建筑、工礦企業(yè)及臨時性設(shè)施等場所，既適用于放射式供電，又正逐步替代傳統(tǒng)的占地面積大，造價昂貴，維護(hù)成本高的配電房式變電站。

國內(nèi)目前廣泛應(yīng)用的“歐式箱變”、“美式箱變”以及國內(nèi)自行設(shè)計制造的箱變各具特點。其中，歐式箱變由于高低壓開關(guān)設(shè)備和變壓器都置于同一殼體內(nèi)并用隔板分隔，所以散熱差，需加裝機(jī)械排風(fēng)裝置，造成歐式箱變的體積較大;美式箱變由于變壓器冷卻片直接對外散熱，散熱條件相對較好，但外觀造型比歐式箱變差，難與住宅小區(qū)等綠化環(huán)境配合。另外，美式或其他緊湊型的箱變，國內(nèi)一般僅制造630kVA以下容量，而歐式箱變可達(dá)1250kVA。目前，國內(nèi)多種自行開發(fā)研制的箱變，其產(chǎn)品技術(shù)性能和指標(biāo)還不能滿足市場要求。海南威特電氣集團(tuán)有限公司開發(fā)研制的箱變綜合了各種箱變的優(yōu)點，除了滿足一般箱變的功能外還實現(xiàn)了箱變的智能化。

一、智能型箱變的結(jié)構(gòu)特點

智能型箱變的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的箱變結(jié)構(gòu)類似，一般由高壓室、低壓室、變壓器室三部分組成，有“目”字型和“品”字型兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)高、低壓室及變壓器室需獨立分開時多采用“目”字型結(jié)構(gòu)，“品”字型結(jié)構(gòu)多用于低壓回路較多的方案，以及變壓器高壓側(cè)自具保護(hù)，并且高壓開關(guān)與變壓器連接在油介質(zhì)中的場合。箱變的外殼材料有鋼板、彩鋼板、鋁合金、混凝土預(yù)制板(非金屬)等可選擇。近年來，國內(nèi)新推出的采用高強(qiáng)玻纖水泥預(yù)制板殼體己趨成熟，這種材料具有外形結(jié)構(gòu)易變化、易成形，外殼刷涂料、貼面磚后較易與四周建筑協(xié)調(diào)，并具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、防凍、防裂、防腐、阻燃等特點，是一種具有“全天候”使用性、壽命長、無需維修、外形美觀的新一代產(chǎn)品。設(shè)計選型時，應(yīng)綜合考慮各自材料的性能，以及當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境和用戶使用的需求，優(yōu)先選用隔熱性好、防腐性能高、價格低的外殼。智能模塊或箱變專用智能保護(hù)測控儀可根據(jù)配網(wǎng)自動化的功能要求加裝。

二、智能系統(tǒng)的智能化功能

智能型箱式變電站的二次系統(tǒng)，采用智能模塊或箱變專用智能保護(hù)測控儀，均能實現(xiàn)以下功能。

1.控制功能

可實現(xiàn)對高、低壓側(cè)斷路器遙合、遙分;并對高壓負(fù)荷開關(guān)轉(zhuǎn)換位置進(jìn)行遙控操作等。

2.保護(hù)功能

設(shè)有過流、電流速斷、瓦斯及溫度保護(hù)。當(dāng)主變采用熔斷器保護(hù)且高壓側(cè)選用負(fù)荷開關(guān)時，增設(shè)了高壓熔體缺相保護(hù)，即當(dāng)某相熔體熔斷后，則切除變壓器低壓側(cè)負(fù)荷，并向調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出故障信號，減少用戶損失。

3.信號功能

斷路器位置信號、保護(hù)動作信號、功率因數(shù)。自動投切狀態(tài)信號、各種現(xiàn)場信號及參數(shù)修改可在上位機(jī)(分站)或調(diào)度中心(總站)完成。

4.測量功能

檢測電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)及變壓器油溫和油壓信號等電量參數(shù)。

當(dāng)選用智能模塊實現(xiàn)上述功能，每個斷路器對應(yīng)一個分散式單元，就地完成所有測量、控制、保護(hù)功能，并通過雙絞線與主機(jī)聯(lián)網(wǎng)。其特點是控制功能可根據(jù)用戶需求對箱變高、低壓系統(tǒng)分別進(jìn)行控制與監(jiān)測，使系統(tǒng)隨機(jī)性強(qiáng)，亦能實現(xiàn)高、低壓全智能型和高、低壓分別智能。當(dāng)選用智能箱變專用智能保護(hù)測控儀，可實現(xiàn)高、低壓系統(tǒng)用一專用裝置實現(xiàn)主站通過總線對開關(guān)、電網(wǎng)的遠(yuǎn)程測量、調(diào)節(jié)、控制、通訊，其特點是體積小、安裝方便、價格便宜。

三、智能型箱式變電站自動化解決方案

智能箱式變電站的二次元件由具有保護(hù)、測量、控制及通訊功能的單元及通訊單元構(gòu)成。保護(hù)測控單元有饋線保護(hù)、電容器保護(hù)、備用電源自投等功能單元，通過現(xiàn)場總線MODBUS與通訊單元進(jìn)行通訊。通訊單元具有多種通訊接口:無線公網(wǎng)(GSM、GPRS)接口、無線專用電臺接口、光纖接口、CAN總線接口等。

1.智能保護(hù)測控單元

智能保護(hù)測控單元功能與變電站綜合自動化系統(tǒng)用的保護(hù)測控單元基本相同。單元箱其外形尺寸(參考值)為:222(高)mm×137(寬)mm×152(深)mm。較小的外形尺寸便于在開關(guān)柜上安裝。

智能保護(hù)測控單元采用16位DSP(數(shù)字信號處理器)。其運算速度、數(shù)據(jù)處理能力比威特公司現(xiàn)有的WT-2000變電站綜合自動化保護(hù)單元采用的8位單片機(jī)提高很多。該數(shù)字信號處理器為 SoC(Syetem on Chip)結(jié)構(gòu)，即將整個系統(tǒng)集成在單一芯片上，使可靠性提高，成本降低。

2.通訊單元

當(dāng)箱式變電站要上調(diào)度自動化系統(tǒng)時，采用原綜合自動化系統(tǒng)的通訊處理機(jī)。若用戶只需要簡單遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)時，使用本通訊單元。

通訊單元考慮與箱式變壓器使用同一單元，不必分別開發(fā)。

通訊單元具有一路RS485/MODBUS接口，可以與智能保護(hù)測控單元通訊。通訊單元預(yù)留一路CAN總線接口，預(yù)備用于將來可能增加的其他智能電子設(shè)備。通訊單元另有一路RS一232C接口，可接GPRS模塊、數(shù)傳電臺、光纖轉(zhuǎn)換器等，以適應(yīng)用戶對通訊的不同要求。

3.電源問題

對于交流供電無備用電源的箱式變電站，當(dāng)三相短路時，會出現(xiàn)保護(hù)電源失去工作電源的問題。對于此類箱式變電站，可配置1臺容量100～500kVA的UPS作為后備電源。

箱變高壓側(cè)電壓一般為l0kV、35kV，通常采用高壓負(fù)荷開關(guān)。若選用斷路器，則箱變的造價和體積會是采用高壓負(fù)荷開關(guān)方案的三倍，這在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都不可取。一般設(shè)置三臺負(fù)荷開關(guān)，兩臺作開斷干線用，一臺保護(hù)變壓器。所以，電力系統(tǒng)l0kV中壓開關(guān)設(shè)備推薦小型化、無油化、免檢修、少維護(hù)的負(fù)荷開關(guān)。開關(guān)設(shè)備應(yīng)具備反映系統(tǒng)短路的故障顯示，并為配網(wǎng)自動化預(yù)留接口和擴(kuò)展空間。

負(fù)荷開關(guān)多采用壓氣式開關(guān)、SF6或真空開關(guān)。保護(hù)變壓器的負(fù)荷開關(guān)應(yīng)帶熔斷器和撞擊器，小故障電流由撞擊器撞擊開關(guān)而使負(fù)荷開關(guān)分閘;短路電流則由熔斷器熔斷，一般能在l0ms之內(nèi)迅速切斷故障。此時，線路和設(shè)備所承受的故障電流遠(yuǎn)未達(dá)到故障電流峰值，故對于供電線路和設(shè)備無須進(jìn)行短路電流檢驗，更不會引起變壓器油箱炸裂(因只要能保證20ms內(nèi)將故障切除，既可避免油箱炸裂)。

l0kV壓氣式負(fù)荷開關(guān)國產(chǎn)型號有FN3、FN5、 FN7、FNl2等，額定電流有400A、630A、1250A等;35kV壓氣式負(fù)荷開關(guān)國內(nèi)目前尚無生產(chǎn)廠家，國外生產(chǎn)商有ABB等。

四、使用要點

智能型箱式變電站是當(dāng)今供電系統(tǒng)實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的首選設(shè)備，用戶可根據(jù)配網(wǎng)自動化的要求以及箱式變電站就地及遠(yuǎn)程控制需求選型不同的自動化配制。此外，“目”字型結(jié)構(gòu)的箱變因散熱條件差，變壓器的負(fù)載率不宜高于0.7，選擇變壓器容量時應(yīng)計算在內(nèi)。變壓器應(yīng)優(yōu)先選擇新型節(jié)能型變壓器。油浸變壓器散熱條件較好、噪音小、價格低，但維護(hù)工作量相對較大。對容量大于630kVA的油浸變壓器必須設(shè)瓦斯保護(hù)。干式變壓器較油浸式維護(hù)簡單，但散熱條件差、噪聲大，其價格也較油浸變壓器貴。

(作者單位:海南威特電氣集團(tuán)有限公司)