环境友好型共享智慧变电站

谭文兵 陈高辉 钱尚 汪兴旺

（1. 国网浙江余姚市供电有限公司 2. 浙江聚弘凯电气有限公司）

0 引言

随着时代的变迁和人们观念的转变，追求人与环境的和谐共存，成为当下城市建设的主题和目标，越来越受到人们的青睐，这对传统的城市建设布局和构思形成了巨大的冲击，尤其是对城市建设中存在的变电站、高压危险等输配电设施更是提出了挑战，传统的变电设施存在占地面积大、损耗率高、安全系数低、自动化程度低等缺点，在一定程度上影响着人们的工作和生活，成为城市建设的拦路虎。

不仅如此，随着科学技术的不断发展，以信息技术为主导的第四次工业革命的到来，让“智慧电力”和“绿色电力”的概念逐渐进入公众视野，用电也从最初的符合用电要求即可慢慢地走向了高端、环保、智能、互动的方向。在如今“智慧城市”的建设热潮中，“智慧用电”也成为了未来电力的一种新趋势。

1 当前电力输配电的主要存形式及存在的问题

当前，我国电力输配电的主要存在形式有柱上变压器配电、欧式箱变、美式箱变。在现实使用的过程中也存在诸多问题，现就目前电力输配电的主要存形式及存在的问题进行对比，如下表所示。

由此可见，传统的柱上变压器配电、欧式箱变、美式箱变或因其占地面积大，或因其安全可靠性低不能满足当下智慧城市建设的发展需求。为打造绿色、生态、低碳、环境适宜的健康城市和管理高效的智慧城市，环境友好型共享智慧变电站应运而生。

表 电力输配电的主要存形式

2 共享智慧变电站的设计

与传统的箱式变电站相比，共享智慧变电站在其设计和安装方式上进行了改进和创新，采用了地表、地下相结合的结构，地上部分由景观型不锈钢外壳和可靠性高、集成性强、低碳、环保的户内高压开关柜以及户内低压开关柜组成； 地下部分包括预装式地坑和电气性能稳定、密封性能好的地埋式物联网变压器，以及可供选配的智能液压自动升降系统。

2.1 共享智慧变电站地上部分的设计及其特点

（1）景观型不锈钢外壳的设计

景观型外壳采用304不锈钢板制成，其表面进行了防锈处理和喷涂防护处理。 为了防止智慧变电站在运行遭窃设置了自动报警系统，且设备锁上采用防水暗锁设计。景观型不锈钢外壳下方采用智能百叶窗的设计来降温，此百叶窗系统通过温度传感器来监测变压器检测基板上的温度，判断是否启动安装在外壳下方的进出风机；当温度超过设计温度时，进出口风机自动开启，达到降温效果，当反馈的温度降到设定的温度值后，风机立即停止。有效地解决了地埋变压器在运行过程中的散热问题，保证了变压器能够安全可靠地运行。景观型外壳采用广告灯箱式结构，灯箱外壳的两门，由压缩气缸助力上推，再由定位机械撑杆固定，打开角度可调，也可全角度打开，这样方便了操作人员独立操作，保证高、低压配电柜有足够的操作、维护高度空间。

灯箱外壳的两面可以设计成单面或者双面广告板，光源采用发光均匀的LED元件。晚上灯亮时，LED灯使广告板与周围环境和谐统一。设置的LED广告传媒面版，不仅给商家提供了商业运营平台，而且遏制小广告贴的模式， 美化了城市。

共享智慧变电站还预留了人机交互界面窗口，可以与当地政府部门的调度、治安、交通、指挥等中心的信息枢组对接，从而实现智慧城市终端服务平台，箱体内部预留并可收纳移动、联通、电信等互联网终端机，减少设备单独占用公路或路面的公共资源。

智能人机界面终端机在监控时段如发生特殊短路或出现故障信息，通过本体的GSM通信系统功能可通过GPRS网络第一时间与维护技术人员发送提示信息，让维护人员及时上门处理，减少社会资源的损失。

本共享智慧变电站还可作为“互联网+”模式的线下终端，实现城市公共信号传递、信息传送、媒介展示、区域通知、文化娱乐、新闻发布、移动服务、及信号基站发射等城市智慧智能终端功能。

（2）户内高低压开关柜的设计

户内高压开关柜采用环保气体作为绝缘介质，符合绿色电力的要求。高压柜采用物联网技术，实现高压柜全状态感知，集智能控制与数据服务为一体，将一二次设备深度融合，配合多种工业传感器的使用，实现高压柜全部电气电参量、内部温湿度、局放、母线温度等参数的实时监测。

低压配电柜，配备8路出线，侧面安装供电计量和路灯远程监控系统终端设备，低压柜母线采用高精度温度传感器，对母排的温度实施在线监测并上传至监控中心。

监控中心根据电子地图上由高低压柜上传的信息能够做到精准定位，及时准确地做出相应的判断，实现遥测、遥控、遥信、遥调、遥试“五遥”的功能。

共享智慧变电站地上部分的设计从绿色供电、智慧交互、资源共享三个维度，创造性提出了全新的电力设施建设理念，在实现电力设备可靠运行的同时又通过共享式景观和智慧交互设计，使得冰冷的科技与充满活力的自然环境相融合，创造出一种科技美学的特殊感受。独创性设计理念，将电力科技和生态环境保护、城市景观设计相融合，在不占用绿地的情况下，实施了共享开放休闲体验平台，保护了城市生态环境，促进了资源集约利用，实现了环境友好、消除公众对电力设施敏感问题的过度担忧，提升了公众对电网建设的认可度，满足了合理布点的技术要求，节约了通道资源和设备投资，减少相关设备重复投资，提升园区综合管理效能，提高了配电设备的安全可靠性，实现了配电站与城市周围景观的协调。

2.2 共享智慧变电站地下部分的设计及其特点

（1）预装式地坑的设计

地埋变的地坑基础在工厂预制，预制的地坑基础采用6mm以上钢板预压成型，表面涂层处理；全密封结构，确保地表水及其他杂物不能进入地坑内；也可采用预制式钢筋混凝土结构，采用先进的防水技术处理，确保基础不渗漏；地坑底部设置有集水池，并安装有受自动排水系统控制的潜水泵；其排水系统由不锈钢水泵、高、低水位传感器以及控制系统组成，当地坑内部积水超过设定高度时，高水位传感器就会触发潜水泵启动，排除积水；当水位高度降到与地坑底面平齐时，触发低水位传感器使潜水泵自动关闭。

地坑内安装有高低压电缆安装支架，方便电缆安装与固定；地坑内安装有防水照明灯，方便检修；基础顶盖设有可打开的防水型检修孔。

（2）物联网变压器的设计

为适应电力物联网的需求，使变压器自身具备联网功能，智慧共享变电站采用了一种综合监测产品，对变压器运行工况进行实时远程集中监测，对变压器运行数据进行统计分析，以便对变压器故障进行预判和告警，避免因变压器问题而产生大面积停电事故，减少停电损失。

物联网变压器选用304不锈钢板，结构为全绝缘、全密封式，防护等级达到IP68能够承受70kpa压力，确保在运输、安装过程中变压器无损伤以及不得出现永久变形等问题，还有效防止氧气、水份的进入而导致变压器绝缘性能下降。变压器器身采用专门配套的低损耗、高效率的变压器，采用三相三柱式卷铁心结构，电压质量高，中性点不漂移，低损耗，低噪声；采用低压为铜箔、高压为铜线一体绕制的圆形线圈；绝缘耐热等级为B级，具备较大的温升裕度。地下式变压器完全满足国家标准和机械行业专业标准所规定的要求。

物联网变压器通过电压、电流互感器上预留插口接入监测电子模块实现油变的油位、油温，低压侧三相电压、电流的监测。电子模块具备数据采集及远程联网功能，整体采用3层架构方式实现，监测由变压器上安装的电子装置实现，监测设备将数据传输至云数据中心的服务器，服务器实现数据的存储及分析，客户端向服务器请求数据实现数据的交互展示。

变压器将本体、熔断器、分接开关及相应辅助传感器组合在一起，采用特定的密封技术，能在一定时段内浸没在水中运行，防护等级为IP68。采用S11系列低损耗产品或非晶合金铁心的产品，空载损耗及负载损耗都有很大程度的降低，所以发热量低，过载能力强。

物联网变压器高、低压连接器的连接部位使用双密封仓装置机械保护，其第一层为硅胶可分离插拔头连接器与变压器密封连接，第二层由连接器外部浇注比重大于水的液态绝缘材料和密封式的不锈钢密封舱做二次保护，确保即使地埋式物联网变压器整体浸在水中也能够运行。

采用低温性能好，粘度特性优质的环烷基矿物油来作为介质，此介质在变压器温度升高时，粘度会显著降低，流动速度加快，从而提高变压器的散热能力。 采用的环烷基矿物油不仅具有良好的抗氧化作用，而且其绝缘强度高，熄弧能力强，能确保变压器正常运行条件下20年免维护。

（3）智能液压自动升降系统的设计

共享智慧变电站地下部分自动化程度高，基于柔性电缆应用技术的全天候智能液压自动升降系统，通过柔性电缆和配变模块化预制式接口方案，采取三维同步马达智能驱动液压升降控制系统，实现了地埋变系统带电运行状态下全工况全天候智能升降调控。

3 共享智慧变电站的优势和应用场景

3.1 共享智慧变电站的优势

1）节能环保：占地小，易安装，减少低压线材，减少损耗，节材又节能。

2）较少噪声和辐射：避免了对居民的噪声滋扰，消除了人们对电磁辐射的生理上和心理上的影响。

3）供电可靠性高：免维护、抗涝害的同时，通过物联网技术实时动态的监测智慧变电站的运行状态，让“智慧电力”的概念逐渐进入公众视野。

4）美化环境：对四周的环境起到美化和协调作用，成为城市中的一道亮丽风景。

5）创造收益：商家可以通过转包或者租赁灯箱外壳广告位等形式经营运作，创造新的经济增长点。

6）资源共享：变电站与园林景观的融为一体，最大程度上实现资源的集约化利用；变电站与园区信息共享，能够避免重复投资并且提高园区的管理效率。

3.2 共享智慧能源配电站广泛适用于以下场合

1）城区供电末端电源点布点难的场所。通过改善供电设施与环境的良好融合，优秀的信息互动和资源共享，解决城区供电末端电源点布点难题。

2）高端用电客户、生态景区、商业综合体等需要提供清洁能源配置方案的场合。通过重大工程项目的成功运用，为高端用电客户、生态景区、商业综合体等提供清洁能源配置方案。通过建设共享智慧能源配电站，可以最大程度的实现供电方案、景观方案的协调优化，并解决信息交互、展示、公众服务载体的重复建设问题，实现区内能源的清洁化、集约化、智能化配置。

3）城区及生态公益区建设改造场所。城区及生态公益区建设改造时实现环境、能源、信息的智慧共享和资源的集约利用、和谐发展。

4 结束语

综上所述，共享智慧变电站作为一种新型的环境友好型城市配电设备，相比传统箱变具有节能环保、外形美观、可靠性高等特点外，可以有效地解决路灯供电设施与道路环境美观之间的矛盾，具有良好的社会和经济效益；同时，以清洁供电为基础，以智能互动为载体，以协作共享为突破，综合融入电网技术、城市生态环境保护、园林景观设计、智能装备等设计理念的共享智慧变电站在城市道路照明工程中和智慧城市的建设中具有广阔的发展前景和发展空间。