智能箱变的小型化结构分析应用

2021-12-02舒惠中蔡冰华

电子元器件与信息技术 2021年10期

舒惠中，蔡冰华

（湖北省电力装备有限公司，湖北武汉 430060）

0 引言

由于我国经济的迅速发展，我国在城市以及农村的网络建造过程之中，需要将高压电源直接引进负荷的中心之中，从而造成高压受电然后通过变压器来降低电压最后通过低压电源进行相应的配电这一过程。因此供电需要发展的目标是节省能源，节省电源并且趋向于小型化。箱式变电站在逐步的发展过程中，满足了这些目标，因此在各个区域都广受关注。同时，因为我们生活条件发展的越来越好，所以需要对智能箱变的质量有所保障，而且还需要箱变具有高智能化的特点。在智能箱变进行各个领域的供电环节，需要在特定的软件下进行相互的配合，然后能够保证在事故发生时能够自主的清理障碍，从而确保故障尽快解除，恢复正常用电。

小型化箱变又被称为组合式变电站，其组装比较灵活，而且比较容易被运输，安装比较方便，应用起来所耗费的成本比较低，具有良好的环保功能，因此被广受关注。在对于农村的电网建设的过程之中，它主要被大力的应用在城市中比较复杂的区域之中，被应用于一些厂房以及移动变电站的建造之中，因为其比较容易地能够透过其负载中心，然后对其供电地区域有所减少，从而使其电压地质量得到一定地提高。对于目前我们生活紧张的社会比较适用，这被称为21世纪变电站建造地主要目标模型。

1 国内外智能箱变的小型化研究现状

1.1 国内研究现状

在结构上，智能箱变主要采取的方法模块法。每部智能箱变都是按照不同的型号配置而成的。按照接入的高压开关的类型可以将其分为两种类型。如果按照配件的安装方式可以将其分为目和品两种类型。相反，智能变电站有这些对立的优点。所以在国内外，箱式变电站得到广泛的应用，占比市场也较大，主要应用于市场较大，地价较贵的地方，因此，对于智能变电站的研究具有一定的价值[1-2]。

智能化电网在建造的过程之中主要是根据国家的各个地区分域以及其分布的特点来建造的，这对于我国目前以及未来的发展具有很大的意义。对于不同种类的能源情况，其是大规模风电和太阳能发电的计入和送出适应性强，能够实现能源资源的大范围、高效率配置。我国智能电网的建设已经上升至国家战略层面的高度。智能变电站是坚强智能电网建设之中能够对于能源进行强有力的转换的主要平台，其应用的前景非常辽阔，可供发展的空间也很大。依据我国智能箱变所计划的那样，截至到一五年，我国新建成的智能变电站高达五千多，并且750KV的大概有二十多座，5 000KV的大概两百座，330KV的智能变电站大概有六十座，在110～220 kV期间的变电站约一千两百多座，低于110 kV的变电站将近四千座。因此，依据智能化变电环节的大约百分之二十的份额计算，其应用的空间还是很大。

光伏发电系统所具有的特点是比较随机，而且其发电具有间断性和波动性，这就导致其并网的容量被极大的控制在了一定的范围之内，在一定的区域上约束了光伏发电的很大范围上的使用。智能化电网之所以发展迅速，是因为它为社会的电力方面提供了一定的便利，并且对于光伏发电的开发程度也有了一定的提升。我国对于智能化电网的研究也在进一步深入的研究之中。截至目前为止，我国的电网并不能满足于光伏发电这一产业的需要，因此，决定将我国建设称为以高电压为主导的智能化电网，从而达到解决光伏发电的这一问题，然后提高我国对于新能源的利用。国内的智能化电网主要是以较高的电压为核心，各个级别的电网相互协作从而发展起来的比较坚硬的电网，采用最为优秀的电网信息设备及技术，构造一个以信息化和自动化、数字化为核心的一个智能化电网。目前，全球对于智能化电网的研究都投入比较多的人力和物力，而且因为新能源的发电主要是以智能化电网的发展为依据的。所以智能化电网的高速度和经济成本低的特点与优势为我国光伏发电提供了较好的保证，并且其发展和应用两者也是珠联璧合的。

1.2 国外研究现状

箱式变电站是20世纪60-70年代欧美发达国家推出的一种户外成套变电所的变电设备，该产品采用预装式设计，即箱内所有设备都在工厂安装并检验完成，运输到现场接上进出线电缆既能使用，具有占空少，组合方式灵活，工期短，运维费用较低等优点，因此受到电力企业的重视和青睐。

目前，美国电力公司研制出一种结构十分紧凑的箱式自动箱式变电站，自身具有监控与数据采集、故障保护、数据统计与测量、状态监视、负荷控制及波形测量等功能；采用的控制开关少，因此具有结构紧凑、运维费用较低、可靠性高等优点。智能箱式变电站在发达国家的配电领域中已经占有非常重要的地位，是变电站设计方向的重大改革。在欧洲发达国家已占配电设备的70%；在美国箱式变电站的使用率已经超过了80%，成为美国配电网自动化中的重要设备。

目前的箱式变电站，大多数在室外使用，工作环境比较复杂，空气中的灰尘比较多时容易进入变电站，灰尘附着在电器表面，容易引起电路短路，缩短电器的使用寿命并且当湿度和温度较高时，不能够进行很好的散热除湿，不能够满足使用者的要求。随着原有的箱式变电站越来越不能够适应当下的电力生产使用，一种占地小、结构紧凑、更加节电的智能化箱变小型化的优化设计研究在我国城乡以及各行业的电网改造和建设过程中逐渐应用，智能化箱变小型化的优化设计研究的出现有着重要的意义，向电力工作者揭示出非凡的前景。因此，对于智能化箱变小型化的优化设计研究的研究有着重要的意义，且市场前景广阔。

2 智能箱变小型化的优势

智能箱变小型化的主要优势有：一般电压比较高的电力系统对于配电网可以达到其要求，一般为12 kV左右。电压比较低的情况可以满足在小型区域的供电要求，一般为4 kV左右。一般情况下，可以将设置于物业处的机器对于箱变进行相应的操作管理系统。智能化的箱变其具有成套的设备和装置，而且其特点就是小型化，并且避免不必要的维修工作，比较方便，最重要的是节省能源。这样可以对于城市化的各个高等建筑、住房地区以及工厂等领域进行相应的配电设备。依据其变压器的类型将其分为全密封以及干式的变压器，依据其箱体的外壳材料类型将其分为两种，一种是金属外壳，另外一种是非金属外壳。依据高压的开关将其分为负荷式开关和压气式开关。按照其是否能配备为智能化的系统将其分为智能化的设备和紧凑式的设备。为了对于很多厂家的要求也尽可能的得到满足。为了提高箱式变电站的方便性能，国家电网总局决定联系国家各个电力公司以及制造商和企业进行结构方案的设计讨论，方便在智能箱变在应用的过程之中如果发生其他的意外事故等状况，可以尽快的提出解决方案或者更换配件等方案。

3 智能箱变的功能

3.1 技术比较先进并且安全可靠

箱式变电站的应用采用的是目前我国比较先进的技术以及工艺方法，其外壳主要是由镀锌钢板材料所制，其框架使用的是比较标准的集装箱材料及所制造的工艺，其具有比较好的抗腐蚀性能，能够保证二十年不会腐蚀的撑板，其中间一部分使用的是抗击火种的比较耐热的材料所制，其中将降温的材料在智能箱体的内部安装，其中该装置的运行过程之中并不受到天气等自然灾害的影响，可以确保其能够在零下40℃和40℃之间正常的进行应用[3-5]。

3.2 运行的自动化程度比较高

智能化箱变的小型化结构主要分为3层结构，分别是主站终端以及智能化的电表。以电表不变的情况下，对于其设计的数据重新进行设定，通过增加台区的边缘来对智能化的终端进行计算。各自在配变低压的一侧进行安装配件，比如开关的线路以及表箱等，这样可以对低压配的电网的开关模式进行实时的检测，对于全范围的实现对于低压配电的应用状态进行全面的监视。

3.3 主要功能

采用云计算、物联网以及边缘性的计算机技术，创建一个比较合适的低压配电网特征的物联网主站系统，能够对于低压平台区装置、电动汽车大范围的接入和智能效率比较高的管理进行有效的实现，充分发挥云大数据的计算技术，支持配电自动化系统向低压配电网延伸，提高低压配电网的运行控制、运维管理和供电服务能力。

4 智能箱变的小型化结构分析应用

为了满足箱变的小型化和智能化，我们需要分几个阶段来进行智能化箱变小型化的优化设计研究的研究：第一阶段：进行市场分析，确定智能化箱变小型化的优化设计研究的总体思路。经过长期的市场调研，并结合我么在技术的完善以及市场对此的各个需求方面，我们将设计各种策略，使其能够正常的运行，然后将其打造成一种带有自己特征的一个产品。第二阶段：智能化箱变小型化的优化设计研究的系统设计针对系统的每个环节，每个模块，进行系统设计开发，按照系统要求，设计出满足要求的智能化箱变。以现有的智能化箱变为研究基础，一是通过改进改进高压侧与变压器的连接方式以及变压器的结构，使变压器小型化，二是通过优化低压侧的二次设计，低压采用组屏结构，使低压侧更为简化。三是通过电气结构设计，使自动化通信的模块更为小型化。第三阶段：系统的运行与调试在每个环节设计开发完成后，进行子系统调试运行，对于不满足要求的地方进行技术甄别，完善系统。然后让每个环节全部联调，调试合格后进行智能化箱变的试运行。