陳文航

【摘 要】 隨著資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的逐步推進(jìn)，“節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能”等要求日益凸顯。變電站建設(shè)趨向于土地占用少、工程造價(jià)低、建設(shè)周期短、運(yùn)維便捷等特點(diǎn)，新技術(shù)、新材料的發(fā)展也為變電站建設(shè)模式改變創(chuàng)造了條件。通過(guò)優(yōu)化智能變電站布局，逐步推進(jìn)二次設(shè)備就地化，是智能變電站建設(shè)模式的發(fā)展方向之一。二次設(shè)備就地化有利于節(jié)省電纜，簡(jiǎn)化二次回路，使二次回路更加清晰、簡(jiǎn)單、可靠；減少主控室、保護(hù)小室建筑面積，節(jié)約投資；減少施工的工作量，方便運(yùn)行維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】 智能變電站；二次設(shè)備就地化；

1氣候和電磁環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響

1.1溫度的影響

（1）溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的影響。半導(dǎo)體器件對(duì)溫度反應(yīng)很敏感，過(guò)高的溫度會(huì)使器件的工作點(diǎn)發(fā)生漂移、增益不穩(wěn)定、噪聲增大以及信號(hào)失真，嚴(yán)重時(shí)引起熱擊穿。（2）溫度對(duì)電阻器件的影響。溫度升高，會(huì)使電阻的使用功率下降，導(dǎo)致其壽命降低。溫度每升高或降低10℃，阻值變化1%。（3）溫度對(duì)電容器件的影響。溫度對(duì)電容器件的影響，主要是降低使用壽命。在超過(guò)規(guī)定允許溫度范圍工作時(shí)，溫度每升高10℃，壽命降低一半。在無(wú)散熱措施下，對(duì)戶外柜進(jìn)行溫升測(cè)試，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。測(cè)試環(huán)境：柜體完全封閉，無(wú)任何散熱措施，放置于戶外無(wú)遮蔽場(chǎng)所；柜內(nèi)4臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)功耗60 W，總功耗240 W左右；測(cè)試地點(diǎn)在許昌。室外溫度由溫度計(jì)測(cè)得，柜內(nèi)溫度由溫度傳感器測(cè)得，外側(cè)壁、門(mén)外側(cè)溫度由紅外測(cè)溫儀測(cè)得。圖1戶外柜溫升趨勢(shì)圖Fig.1 Temperature trend of outer chamber測(cè)試結(jié)論：如果不配備散熱措施，柜內(nèi)溫度將逐步攀升，使柜內(nèi)設(shè)備處于高溫環(huán)境下運(yùn)行，可能導(dǎo)致設(shè)備因溫度過(guò)高而“死機(jī)”，降低就地化設(shè)備可靠性。

1.2濕度的影響

空氣濕度接近或達(dá)到飽和時(shí)，會(huì)在元器件、PCB上產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，造成絕緣材料表面的電導(dǎo)率增加，體積電阻率降低，介質(zhì)損耗增加，導(dǎo)致電氣短路、漏電或擊穿等，增大元件偶然失效的幾率，縮短設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間tM TTR。

1.3電磁環(huán)境的影響（1）一次設(shè)備運(yùn)行。變電站中運(yùn)行的線路、母線會(huì)產(chǎn)生工頻磁場(chǎng)，電壓等級(jí)越高，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。不良?xì)夂驐l件下導(dǎo)線上的電暈、連接不緊密處金屬部件的放電、臟污外絕緣表面的局部放電等都可成為頻譜寬的干擾源。（2）開(kāi)關(guān)操作。變電站內(nèi)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備在投切操作時(shí)，由于感性負(fù)載存在，觸頭間會(huì)產(chǎn)生一系列電弧，在被斷開(kāi)或充電的母線上引起一系列的高頻電流波和電壓波，并以暫態(tài)電磁波形式向周?chē)臻g輻射，通過(guò)連接在母線上的互感器耦合至二次回路。（3）雷電。雷擊暫態(tài)過(guò)電壓以大氣行波的方式向變電站傳播，不僅直接作用至一次設(shè)備，而且通過(guò)CT、PT或一、二次系統(tǒng)間的各種耦合途徑，或接地網(wǎng)進(jìn)入二次回路。如果受影響的設(shè)備阻抗較高，則設(shè)備承受雷擊電壓脈沖；如果受影響的設(shè)備阻抗較低，則設(shè)備承受雷擊電流脈沖，引起變電站地電位升高及地電位差。（4）系統(tǒng)短路故障。系統(tǒng)短路時(shí)，大電流經(jīng)接地點(diǎn)進(jìn)入接地網(wǎng)，引起接地點(diǎn)乃至整個(gè)接地網(wǎng)電位升高，在二次回路中產(chǎn)生共模干擾電壓。統(tǒng)計(jì)表明，變電站內(nèi)高壓母線接地時(shí)，在二次電纜上產(chǎn)生的干擾電壓峰值可達(dá)到幾十V到1萬(wàn)多V，暫態(tài)電壓的頻率可達(dá)幾百kHz。（5）干擾電壓。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓，是由于一次回路和二次回路之間存在互感引起的。干擾電壓的大小與一二次回路間的互感阻抗、干擾源電流的大小、頻率以及一二次回路的相對(duì)位置有關(guān)?？刂齐娎|和干擾源導(dǎo)線平行時(shí)的電磁干擾，如圖2所示。

2預(yù)制艙防護(hù)方案

2.1預(yù)制艙組成

預(yù)制艙整合了戶外柜和集裝箱的優(yōu)勢(shì)，由艙體、保護(hù)屏體、艙內(nèi)配套設(shè)備、電磁屏蔽、防雷及接地等組成。艙內(nèi)配套設(shè)備主要包括照明系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、防靜電地板、消防系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)采集設(shè)備等（見(jiàn)圖3）。上述設(shè)備及艙內(nèi)保護(hù)屏體，可以在工廠內(nèi)完成整體的制造、安裝和配線，作為一個(gè)整體運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行安裝、接線和調(diào)試，可大幅縮短建設(shè)周期。預(yù)制艙內(nèi)部空間大，可容納多面柜體，能夠同時(shí)為多個(gè)間隔的就地化二次設(shè)備提供防護(hù)。

2.2預(yù)制艙尺寸

根據(jù)《超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路管理規(guī)定》，以下圖3預(yù)制艙組成Fig.3 Composition of precast chamber幾種情況屬于超限運(yùn)輸：車(chē)貨總高度從地面算起4 m以上；車(chē)貨總長(zhǎng)18 m以上；車(chē)貨總寬度2.5 m以上。為避免大件運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，預(yù)制艙的尺寸可借鑒現(xiàn)有集裝箱的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，采用以下3種尺寸。（1）20尺預(yù)制艙：6 058×2 438×2 896（mm）；（2）30尺預(yù)制艙：9 125×2 438×2 896（mm）；（3）40尺預(yù)制艙：12 190×2 438×2 896（mm）。2.3預(yù)制艙性能要求預(yù)制艙安裝在配電裝置區(qū)，為就地化二次設(shè)備提供可靠的防護(hù)措施，確保二次設(shè)備安全運(yùn)行，應(yīng)滿足以下性能要求：（1）使用壽命不低于20年；（2）防護(hù)性能不低于IP55；（3）溫濕度控制系統(tǒng)方案應(yīng)因地制宜，根據(jù)不同地域的環(huán)境條件選擇切合實(shí)際的方案，保證預(yù)制艙內(nèi)溫濕度環(huán)境滿足設(shè)備運(yùn)行和運(yùn)維的要求；（4）電磁屏蔽方案應(yīng)設(shè)計(jì)合理，保證預(yù)制艙內(nèi)設(shè)備在配電裝置區(qū)正常工作；（5）配置視頻監(jiān)控及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，視頻和報(bào)警信息傳至智能輔助控制系統(tǒng)；（6）配置應(yīng)急照明系統(tǒng)和逃生門(mén)。

2.4預(yù)制艙結(jié)構(gòu)

（1）預(yù)制艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮風(fēng)荷載、地震作用，滿足抗風(fēng)及抗震要求。（2）預(yù)制艙基本結(jié)構(gòu)分為整體式和拼裝式2種。整體式剛性結(jié)構(gòu)的箱體為鋼質(zhì)，6面封閉，安裝1扇房門(mén)，底部留電纜進(jìn)出口；拼裝式結(jié)構(gòu)的箱體為板材、構(gòu)件拼裝組成，5面封閉，安裝1扇房門(mén)，底部座在水泥基礎(chǔ)平面上。（3）建議預(yù)制艙主體結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)度高、自重輕、整體性和抗震性好的鋼結(jié)構(gòu)型，梁柱間采用焊接或螺栓連接。艙體底部可加設(shè)水平或縱向工字鋼或槽鋼，加強(qiáng)艙體的整體牢固性。（4）建議預(yù)制艙頂部設(shè)計(jì)為斜頂結(jié)構(gòu)，預(yù)防積水和積雪；斜頂與箱體采用緊固件連接方式，緊固件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速等天氣情況。（5）為方便穩(wěn)定起吊，預(yù)制艙底部設(shè)置伸縮式吊裝桿，吊裝時(shí)可方便的拉出。

2.5艙體材料

為保證就地化二次設(shè)備在良好的環(huán)境條件下運(yùn)行，預(yù)制艙需要進(jìn)行隔熱處理，可以采用以下幾種方式：連接結(jié)構(gòu)、木框結(jié)構(gòu)、隔熱填充料、膠合板等，隔熱填充材料為聚苯泡沫板和聚氨酯等。預(yù)制艙多采用金邦板做為艙體材料。金邦板以水泥、粉煤灰、硅粉、珍珠巖為主要原料，加入復(fù)合纖維增強(qiáng)，經(jīng)真空高壓擠出成型，并經(jīng)高溫高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)、精細(xì)加工與多層噴涂而成；具有綠色環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)、隔音隔熱、耐水防火、耐候抗凍等特點(diǎn)。

2.6預(yù)制艙溫濕度控制系統(tǒng)

預(yù)制艙較戶外柜空間大，可供選擇的溫濕度控制系統(tǒng)比較多，按能耗從低到高主要有3種溫濕度控制系統(tǒng)。（1）全新風(fēng)系統(tǒng)。由新風(fēng)主機(jī)、風(fēng)管路、閥門(mén)、排風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)組成。新風(fēng)主機(jī)由取風(fēng)口、過(guò)濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)、濕膜加濕器等組成，詳見(jiàn)圖4。

（2）熱管節(jié)能轉(zhuǎn)換器。熱管由外殼、吸液芯和載熱工質(zhì)3部分組成，導(dǎo)熱能力強(qiáng)，是優(yōu)良導(dǎo)熱體銀、銅的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)百倍，能在溫差極小的情況下，傳遞熱流，詳見(jiàn)圖5。

結(jié)束語(yǔ)：

智能變電站二次設(shè)備就地化滿足“節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能”等要求，是當(dāng)前智能變電站建設(shè)的研究熱點(diǎn)。為推廣應(yīng)用智能變電站二次設(shè)備就地化建設(shè)模式，總結(jié)了近年來(lái)二次設(shè)備就地化防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀，分析溫度、濕度、電磁干擾對(duì)二次設(shè)備的干擾機(jī)制；針對(duì)現(xiàn)有防護(hù)技術(shù)的不足之處，提出了一種預(yù)制艙防護(hù)方案，描述了艙內(nèi)柜體單列和雙列配置方法，具有布置緊湊、經(jīng)濟(jì)性好、防護(hù)效果明顯、可廠內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)、建設(shè)周期短的特點(diǎn)，有效提高了智能變電站建設(shè)效率，降低了智能變電站建筑面積、工期、投資等指標(biāo)。

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