環境友好型共享智慧變電站

譚文兵 陳高輝 錢尚 汪興旺

（1. 國網浙江余姚市供電有限公司 2. 浙江聚弘凱電氣有限公司）

0 引言

隨著時代的變遷和人們觀念的轉變，追求人與環境的和諧共存，成為當下城市建設的主題和目標，越來越受到人們的青睞，這對傳統的城市建設布局和構思形成了巨大的沖擊，尤其是對城市建設中存在的變電站、高壓危險等輸配電設施更是提出了挑戰，傳統的變電設施存在占地面積大、損耗率高、安全系數低、自動化程度低等缺點，在一定程度上影響著人們的工作和生活，成為城市建設的攔路虎。

不僅如此，隨著科學技術的不斷發展，以信息技術為主導的第四次工業革命的到來，讓“智慧電力”和“綠色電力”的概念逐漸進入公眾視野，用電也從最初的符合用電要求即可慢慢地走向了高端、環保、智能、互動的方向。在如今“智慧城市”的建設熱潮中，“智慧用電”也成為了未來電力的一種新趨勢。

1 當前電力輸配電的主要存形式及存在的問題

當前，我國電力輸配電的主要存在形式有柱上變壓器配電、歐式箱變、美式箱變。在現實使用的過程中也存在諸多問題，現就目前電力輸配電的主要存形式及存在的問題進行對比，如下表所示。

由此可見，傳統的柱上變壓器配電、歐式箱變、美式箱變或因其占地面積大，或因其安全可靠性低不能滿足當下智慧城市建設的發展需求。為打造綠色、生態、低碳、環境適宜的健康城市和管理高效的智慧城市，環境友好型共享智慧變電站應運而生。

表 電力輸配電的主要存形式

2 共享智慧變電站的設計

與傳統的箱式變電站相比，共享智慧變電站在其設計和安裝方式上進行了改進和創新，采用了地表、地下相結合的結構，地上部分由景觀型不銹鋼外殼和可靠性高、集成性強、低碳、環保的戶內高壓開關柜以及戶內低壓開關柜組成； 地下部分包括預裝式地坑和電氣性能穩定、密封性能好的地埋式物聯網變壓器，以及可供選配的智能液壓自動升降系統。

2.1 共享智慧變電站地上部分的設計及其特點

（1）景觀型不銹鋼外殼的設計

景觀型外殼采用304不銹鋼板制成，其表面進行了防銹處理和噴涂防護處理。 為了防止智慧變電站在運行遭竊設置了自動報警系統，且設備鎖上采用防水暗鎖設計。景觀型不銹鋼外殼下方采用智能百葉窗的設計來降溫，此百葉窗系統通過溫度傳感器來監測變壓器檢測基板上的溫度，判斷是否啟動安裝在外殼下方的進出風機；當溫度超過設計溫度時，進出口風機自動開啟，達到降溫效果，當反饋的溫度降到設定的溫度值后，風機立即停止。有效地解決了地埋變壓器在運行過程中的散熱問題，保證了變壓器能夠安全可靠地運行。景觀型外殼采用廣告燈箱式結構，燈箱外殼的兩門，由壓縮氣缸助力上推，再由定位機械撐桿固定，打開角度可調，也可全角度打開，這樣方便了操作人員獨立操作，保證高、低壓配電柜有足夠的操作、維護高度空間。

燈箱外殼的兩面可以設計成單面或者雙面廣告板，光源采用發光均勻的LED元件。晚上燈亮時，LED燈使廣告板與周圍環境和諧統一。設置的LED廣告傳媒面版，不僅給商家提供了商業運營平臺，而且遏制小廣告貼的模式， 美化了城市。

共享智慧變電站還預留了人機交互界面窗口，可以與當地政府部門的調度、治安、交通、指揮等中心的信息樞組對接，從而實現智慧城市終端服務平臺，箱體內部預留并可收納移動、聯通、電信等互聯網終端機，減少設備單獨占用公路或路面的公共資源。

智能人機界面終端機在監控時段如發生特殊短路或出現故障信息，通過本體的GSM通信系統功能可通過GPRS網絡第一時間與維護技術人員發送提示信息，讓維護人員及時上門處理，減少社會資源的損失。

本共享智慧變電站還可作為“互聯網+”模式的線下終端，實現城市公共信號傳遞、信息傳送、媒介展示、區域通知、文化娛樂、新聞發布、移動服務、及信號基站發射等城市智慧智能終端功能。

（2）戶內高低壓開關柜的設計

戶內高壓開關柜采用環保氣體作為絕緣介質，符合綠色電力的要求。高壓柜采用物聯網技術，實現高壓柜全狀態感知，集智能控制與數據服務為一體，將一二次設備深度融合，配合多種工業傳感器的使用，實現高壓柜全部電氣電參量、內部溫濕度、局放、母線溫度等參數的實時監測。

低壓配電柜，配備8路出線，側面安裝供電計量和路燈遠程監控系統終端設備，低壓柜母線采用高精度溫度傳感器，對母排的溫度實施在線監測并上傳至監控中心。

監控中心根據電子地圖上由高低壓柜上傳的信息能夠做到精準定位，及時準確地做出相應的判斷，實現遙測、遙控、遙信、遙調、遙試“五遙”的功能。

共享智慧變電站地上部分的設計從綠色供電、智慧交互、資源共享三個維度，創造性提出了全新的電力設施建設理念，在實現電力設備可靠運行的同時又通過共享式景觀和智慧交互設計，使得冰冷的科技與充滿活力的自然環境相融合，創造出一種科技美學的特殊感受。獨創性設計理念，將電力科技和生態環境保護、城市景觀設計相融合，在不占用綠地的情況下，實施了共享開放休閑體驗平臺，保護了城市生態環境，促進了資源集約利用，實現了環境友好、消除公眾對電力設施敏感問題的過度擔憂，提升了公眾對電網建設的認可度，滿足了合理布點的技術要求，節約了通道資源和設備投資，減少相關設備重復投資，提升園區綜合管理效能，提高了配電設備的安全可靠性，實現了配電站與城市周圍景觀的協調。

2.2 共享智慧變電站地下部分的設計及其特點

（1）預裝式地坑的設計

地埋變的地坑基礎在工廠預制，預制的地坑基礎采用6mm以上鋼板預壓成型，表面涂層處理；全密封結構，確保地表水及其他雜物不能進入地坑內；也可采用預制式鋼筋混凝土結構，采用先進的防水技術處理，確保基礎不滲漏；地坑底部設置有集水池，并安裝有受自動排水系統控制的潛水泵；其排水系統由不銹鋼水泵、高、低水位傳感器以及控制系統組成，當地坑內部積水超過設定高度時，高水位傳感器就會觸發潛水泵啟動，排除積水；當水位高度降到與地坑底面平齊時，觸發低水位傳感器使潛水泵自動關閉。

地坑內安裝有高低壓電纜安裝支架，方便電纜安裝與固定；地坑內安裝有防水照明燈，方便檢修；基礎頂蓋設有可打開的防水型檢修孔。

（2）物聯網變壓器的設計

為適應電力物聯網的需求，使變壓器自身具備聯網功能，智慧共享變電站采用了一種綜合監測產品，對變壓器運行工況進行實時遠程集中監測，對變壓器運行數據進行統計分析，以便對變壓器故障進行預判和告警，避免因變壓器問題而產生大面積停電事故，減少停電損失。

物聯網變壓器選用304不銹鋼板，結構為全絕緣、全密封式，防護等級達到IP68能夠承受70kpa壓力，確保在運輸、安裝過程中變壓器無損傷以及不得出現永久變形等問題，還有效防止氧氣、水份的進入而導致變壓器絕緣性能下降。變壓器器身采用專門配套的低損耗、高效率的變壓器，采用三相三柱式卷鐵心結構，電壓質量高，中性點不漂移，低損耗，低噪聲；采用低壓為銅箔、高壓為銅線一體繞制的圓形線圈；絕緣耐熱等級為B級，具備較大的溫升裕度。地下式變壓器完全滿足國家標準和機械行業專業標準所規定的要求。

物聯網變壓器通過電壓、電流互感器上預留插口接入監測電子模塊實現油變的油位、油溫，低壓側三相電壓、電流的監測。電子模塊具備數據采集及遠程聯網功能，整體采用3層架構方式實現，監測由變壓器上安裝的電子裝置實現，監測設備將數據傳輸至云數據中心的服務器，服務器實現數據的存儲及分析，客戶端向服務器請求數據實現數據的交互展示。

變壓器將本體、熔斷器、分接開關及相應輔助傳感器組合在一起，采用特定的密封技術，能在一定時段內浸沒在水中運行，防護等級為IP68。采用S11系列低損耗產品或非晶合金鐵心的產品，空載損耗及負載損耗都有很大程度的降低，所以發熱量低，過載能力強。

物聯網變壓器高、低壓連接器的連接部位使用雙密封倉裝置機械保護，其第一層為硅膠可分離插拔頭連接器與變壓器密封連接，第二層由連接器外部澆注比重大于水的液態絕緣材料和密封式的不銹鋼密封艙做二次保護，確保即使地埋式物聯網變壓器整體浸在水中也能夠運行。

采用低溫性能好，粘度特性優質的環烷基礦物油來作為介質，此介質在變壓器溫度升高時，粘度會顯著降低，流動速度加快，從而提高變壓器的散熱能力。 采用的環烷基礦物油不僅具有良好的抗氧化作用，而且其絕緣強度高，熄弧能力強，能確保變壓器正常運行條件下20年免維護。

（3）智能液壓自動升降系統的設計

共享智慧變電站地下部分自動化程度高，基于柔性電纜應用技術的全天候智能液壓自動升降系統，通過柔性電纜和配變模塊化預制式接口方案，采取三維同步馬達智能驅動液壓升降控制系統，實現了地埋變系統帶電運行狀態下全工況全天候智能升降調控。

3 共享智慧變電站的優勢和應用場景

3.1 共享智慧變電站的優勢

1）節能環保：占地小，易安裝，減少低壓線材，減少損耗，節材又節能。

2）較少噪聲和輻射：避免了對居民的噪聲滋擾，消除了人們對電磁輻射的生理上和心理上的影響。

3）供電可靠性高：免維護、抗澇害的同時，通過物聯網技術實時動態的監測智慧變電站的運行狀態，讓“智慧電力”的概念逐漸進入公眾視野。

4）美化環境：對四周的環境起到美化和協調作用，成為城市中的一道亮麗風景。

5）創造收益：商家可以通過轉包或者租賃燈箱外殼廣告位等形式經營運作，創造新的經濟增長點。

6）資源共享：變電站與園林景觀的融為一體，最大程度上實現資源的集約化利用；變電站與園區信息共享，能夠避免重復投資并且提高園區的管理效率。

3.2 共享智慧能源配電站廣泛適用于以下場合

1）城區供電末端電源點布點難的場所。通過改善供電設施與環境的良好融合，優秀的信息互動和資源共享，解決城區供電末端電源點布點難題。

2）高端用電客戶、生態景區、商業綜合體等需要提供清潔能源配置方案的場合。通過重大工程項目的成功運用，為高端用電客戶、生態景區、商業綜合體等提供清潔能源配置方案。通過建設共享智慧能源配電站，可以最大程度的實現供電方案、景觀方案的協調優化，并解決信息交互、展示、公眾服務載體的重復建設問題，實現區內能源的清潔化、集約化、智能化配置。

3）城區及生態公益區建設改造場所。城區及生態公益區建設改造時實現環境、能源、信息的智慧共享和資源的集約利用、和諧發展。

4 結束語

綜上所述，共享智慧變電站作為一種新型的環境友好型城市配電設備，相比傳統箱變具有節能環保、外形美觀、可靠性高等特點外，可以有效地解決路燈供電設施與道路環境美觀之間的矛盾，具有良好的社會和經濟效益；同時，以清潔供電為基礎，以智能互動為載體，以協作共享為突破，綜合融入電網技術、城市生態環境保護、園林景觀設計、智能裝備等設計理念的共享智慧變電站在城市道路照明工程中和智慧城市的建設中具有廣闊的發展前景和發展空間。