一種智能化高壓低壓預裝箱式變電站的製作方法
2023-05-04 21:38:41 3
本發明屬於電力設備領域，具體涉及的是一種智能化高壓低壓預裝箱式變電站。
背景技術：
在國家城鄉電網中，配電櫃是重要設備，高壓配電櫃又可是指用於電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用，電壓等級在3.6kV~550kV的電器產品，主要包括高壓斷路器、高壓隔離開關與接地開關、高壓負荷開關、高壓自動重合與分段器，高壓操作機構、高壓防爆配電裝置和高壓開關櫃等幾大類。高壓開關製造業是輸變電設備製造業的重要組成部分，在整個電力工業中佔有非常重要的地位。
電力變壓器是一種靜止的電氣設備，是用來將某一數值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數值不同的電壓（電流）的設備。當一次繞組通以交流電時，就產生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數的多少有關，即電壓大小與匝數成正比。主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數。額定容量是一個表現功率的慣用值，它是表徵傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據它來確定在規定條件下不超過溫升限值的額定電流。較為節能的電力變壓器是非晶合金鐵心配電變壓器，其最大優點是，空載損耗值特低。最終能否確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵心本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。國內生產電力變壓器較大的廠家有Satons，中電電氣，保變天威，西電集團，山東明大電器，山東電力設備廠等。
電力變壓器是發電廠和變電所的主要設備之一。變壓器的作用是多方面的不僅能升高電壓把電能送到用電地區，還能把電壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要。總之，升壓與降壓都必須由變壓器來完成。在電力系統傳送電能的過程中，必然會產生電壓和功率兩部分損耗，在輸送同一功率時電壓損耗與電壓成反比，功率損耗與電壓的平方成反比。利用變壓器提高電壓，減少了送電損失。
變壓器是由繞在同一鐵芯上的兩個或兩個以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過交變磁場而聯繫著並按電磁感應原理工作。變壓器安裝位置應考慮便於運行、檢修和運輸，同時應選擇安全可靠的地方。在使用變壓器時必須合理地選用變壓器的額定容量。變壓器空載運行時，需用較大的無功功率。這些無功功率要由供電系統供給。變壓器的容量若選擇過大，不但增加了初投資，而且使變壓器長期處於空載或輕載運行，使空載損耗的比重增大，功率因數降低，網絡損耗增加，這樣運行既不經濟又不合理。變壓器容量選擇過小，會使變壓器長期過負荷，易損壞設備。因此，變壓器的額定容量應根據用電負荷的需要進行選擇，不宜過大或過小。
隨著市場經濟的發展，國家在城鄉電網建設和改造中，要求高壓直接進入負荷中心，形成高壓受電—變壓器降壓—低壓配電的供電格局，所以供電用配電要具有節地、節電、緊湊型、小型化、無人值守、安裝方便、組合靈活、便於運輸的特點，高壓低壓預裝箱式變電站(簡稱箱變)正是具有這些特點的最佳產品，因而在城鄉電網中得到廣泛應用。 同時由於信息化、網絡化和智能化住宅小區發展，因此不僅要求箱變安全可靠，同時要求箱變具有「四遙」(遙測、遙訊、遙調、遙控)的智能化功能。這種智能箱變在供電時能在線監測運行狀態、數據採集、遠程控制調節設備、危險報警等功能，特別在環網供電時，在特定自主軟體配合下，能完成故障區段自動定位、故障切除、負荷轉帶、網絡重構等功能，從而保證供電的穩定性、可靠性。
目前國內運行的箱變通常無人值守、或無人巡檢，對箱變的運行狀態模糊，造成設備故障增加、小問題釀成大事故、設備故障時停電維修時間長等問題。這些問題是與現代供電穩定、可靠、高效，智能住宅小區建設要求相悖的。為此，發展建設智能箱變對智能住宅小區、提高供電質量是有重要意義的。
隨著我國城市化建設迅猛加快，各大城市的規模與人口數量進一步增加，對交通、住宅小區需求持續增長，而高速鐵路、高速公路、智能住宅小區對智能箱變需求量也是具大的。同時智能箱變又是高產值的產品，因此智能箱變的生產在業內受到廣泛關注。
目前我國的高速鐵路、高速公路、智能住宅小區等建設發展迅猛，對要求供配電設備除了安全可靠工作外，在供配電設備高效、規範化、智能化也有更高要求和需求。
通過了解，目前國內市場上：國內僅有個別廠家有此類產品，且智能化程度不高， 主要表現在：產品品種少，數據採集不全，設備狀態在線監測功能欠缺，水平低，質量不穩定。國產產品差距較大，不能滿足中心站或物業管理處的上位機對箱變進行「四遙」系統管理的需求。
技術實現要素：
本發明提供一種能夠進行遙測、遙信、遙調、遙控的，節地、緊湊型、小型化、無人值守、安裝方便、組合靈活、便於運輸、節省投資的，安全防火的智能化高壓低壓預裝箱式變電站。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是，一種智能化高壓低壓預裝箱式變電站，其結構要點是，包括箱體和智能系統，智能系統包括箱變綜合保護裝置和後臺監控系統；箱體內設有高壓配電櫃、低壓配電櫃、電力變壓器，高壓配電櫃、低壓配電櫃和電力變壓器並列設置在箱體內，高壓配電櫃、低壓配電櫃和電力變壓器均與箱變綜合保護裝置連接，箱變綜合保護裝置連接有後臺監控系統；所述的高壓配電櫃、低壓配電櫃和電力變壓器均配有智能傳感器；所述的箱變綜合保護裝置上設有全球移動通信系統，箱變綜合保護裝置通過現場總技術與後臺監控系統連接；所述的箱體內設有數個溫感器，溫感器連接有數個乾冰滅火器，乾冰滅火器外設有保護筒。保護筒端面設有渦輪風扇，渦輪風扇的扇葉上設有數個圓孔。
作為本發明的優選方案，後臺監控系統上設有智能控制儀。
作為本發明的優選方案，箱變綜合保護裝置上設有計量單元。
作為本發明的優選方案，後臺監控系統為帶有監控系統的計算機。
作為本發明的優選方案，箱體採用不鏽鋼製成。
作為本發明的優選方案，箱體的下方設有進風口，箱體上方設有出風口，進風口與出風口形成空氣對流通道。
作為本發明的優選方案，進風口上設有防塵過濾網。
作為本發明的優選方案，防塵過濾網由氧化鋁陶瓷製成。
本發明的有益效果是：設計合理結構簡單，有節地、節電、緊湊型、小型化、無人值守、安裝方便、組合靈活、便於運輸、節省投資等特點，而且具有「四搖」的功能，特別在環網供電時，在特定自主軟體配合下，能完成故障區段自動定位、故障切除、負荷轉帶、網絡重構等功能，而且具有高強度的滅火功能，能夠防止火災。
附圖說明
圖1為本發明的工作原理圖；
圖2為本發明的箱體結構示意圖；
其中，1-箱體，2-箱變綜合保護裝置，3-後臺監控系統，4-高壓配電櫃，5-低壓配電櫃，6-電力變壓器，7-溫感器，8-乾冰滅火器，9-保護筒，10-進風口，11-出風口。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
如圖1至圖2所示，一種智能化高壓低壓預裝箱式變電站，包括箱體1和智能系統，智能系統包括箱變綜合保護裝置2和後臺監控系統3；箱體1內設有高壓配電櫃4、低壓配電櫃5、電力變壓器6，高壓配電櫃4、低壓配電櫃5和電力變壓器6並列設置在箱體1內，高壓配電櫃4、低壓配電櫃5和電力變壓器6均與箱變綜合保護裝置2連接，箱變綜合保護裝置2連接有後臺監控系統3；所述的高壓配電櫃4、低壓配電櫃5和電力變壓器6均配有智能傳感器；所述的箱變綜合保護裝置2上設有全球移動通信系統，箱變綜合保護裝置2通過現場總技術與後臺監控系統連接3；所述的箱體1內設有數個溫感器7，溫感器7連接有數個乾冰滅火器8，乾冰滅火器8外設有保護筒9。保護筒9端面設有渦輪風扇，渦輪風扇的扇葉上設有數個圓孔。
所述的後臺監控系統3上設有智能控制儀。
所述的箱變綜合保護裝置2上設有計量單元。
所述的後臺監控系統3為帶有監控系統的計算機。
所述的箱體1採用不鏽鋼製成。
所述的箱體1的下方設有進風口10，箱體1上方設有出風口11，進風口10與出風口11形成空氣對流通道。
所述的進風口10上設有防塵過濾網。
所述的防塵過濾網由氧化鋁陶瓷製成；氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁（Al2O3）為主體的陶瓷材料，用於厚膜集成電路。氧化鋁陶瓷有較好的傳導性、機械強度和耐高溫性，需要注意的是需用超聲波進行洗滌。氧化鋁陶瓷是一種用途廣泛的陶瓷，因為其優越的性能，在現代社會的應用已經越來越廣泛，滿足於日用和特殊性能的需要，氧化鋁陶瓷分為高純型與普通型兩種。氧化鋁陶瓷製品成型方法有幹壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱壓與熱等靜壓成型等多種方法。近幾年來國內外又開發出壓濾成型、直接凝固注模成型、凝膠注成型、離心注漿成型與固體自由成型等成型技術方法。不同的產品形狀、尺寸、複雜造型與精度的產品需要不同的成型方法。
1、幹壓成型：氧化鋁陶瓷幹壓成型技術僅限於形狀單純且內壁厚度超過1mm，長度與直徑之比不大於4∶1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液壓式、機械式兩種，可呈半自動或全自動成型方式。壓機最大壓力為200Mpa。產量每分鐘可達15～50件。由於液壓式壓機衝程壓力均勻，故在粉料充填有差異時壓製件高度不同。而機械式壓機施加壓力大小因粉體充填多少而變化，易導致燒結後尺寸收縮產生差異，影響產品質量。因此幹壓過程中粉體顆粒均勻分布對模具充填非常重要。充填量準確與否對製造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控制影響很大。粉體顆粒以大於60μm、介於60～200目之間可獲最大自由流動效果，取得最好壓力成型效果。
2、注漿成型法：注漿成型是氧化鋁陶瓷使用最早的成型方法。由於採用石膏模、成本低且易於成型大尺寸、外形複雜的部件。注漿成型的關鍵是氧化鋁漿料的製備。通常以水為熔劑介質，再加入解膠劑與粘結劑，充分研磨之後排氣，然後倒注入石膏模內。由於石膏模毛細管對水分的吸附，漿料遂固化在模內。空心注漿時，在模壁吸附漿料達要求厚度時，還需將多餘漿料倒出。為減少坯體收縮量、應儘量使用高濃度漿料。
氧化鋁陶瓷漿料中還需加入有機添加劑以使料漿顆粒表面形成雙電層使料漿穩定懸浮不沉澱。此外還需加入乙烯醇、甲基纖維素、海藻酸胺等粘結劑及聚丙烯胺、阿拉伯樹膠等分散劑，目的均在於使漿料適宜注漿成型操作。
高純型氧化鋁陶瓷系AlO含量在99．9%以上的陶瓷材料，由於其燒結溫度高達1650—1990℃，透射波長為1～6μm，一般製成熔融玻璃以取代鉑坩堝；利用其透光性及可耐鹼金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。
普通型氧化鋁陶瓷系按AlO含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種，有時Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中99氧化鋁瓷材料用於製作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料，如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等；95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件；85瓷中由於常摻入部分滑石，提高了電性能與機械強度，可與鉬、鈮、鉭等金屬封接，有的用作電真空裝置器件。
本發明的箱體內還設有二次智能化設備、通過將二次智能化設備與高壓配電櫃、低壓配電櫃和電力變壓器集中安裝，能夠節地、節省空間，而本發明中的現場總技術採用Profibus-DP標準的、開放型的現場總線技術將智能箱變綜合保護裝置(從站)與之連接，從而實現主站通過總線對開關、電網的遠程測量、調節、控制、通訊；或採用智能控制儀對高低壓側進行本地或遠程的測量、調節、控制、通訊；而且本發明中的箱變綜合保護裝置對高壓配電櫃、低壓配電櫃、電力變壓器進行本地或遠程的測量、調節、控制、通訊。具有作為後臺監控系統的從站工作能力，也可獨立工作對本地智能箱進行監控。具有通過配備GSM卡等，進行遠程控制操作功能，在智能箱變故障時，能將故障簡訊發送到特定人員的手機上，從而快速處理故障，採用先進抗幹擾技術，滿足設備對電磁兼容(ＥＭＣ)方面要求。
Profibus的最大優點在於具有穩定的國際標準EN50170作保證，並經實際應用驗證具有普遍性。目前已廣泛應用於製造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等領域。
Profibus由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP，、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用於設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V /DC或4～20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設計，可使傳感器和執行機構連在一根總線上，並有本質安全規範。PROFIBUS-FMS用於車間級監控網絡，是一個令牌結構的實時多主網絡。
PROFIBUS提供了三種數據傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。（1） RS-485傳輸技術 RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用於PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。RS-485傳輸技術基本特徵是：網絡拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決於環境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站。RS-485傳輸設備安裝要點：全部設備均與總線連接；每個分段上最多可接32個站（主站或從站）；每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作運行不發生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選9.6kbps～12Mbps，一旦設備投入運行，全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜最大長度取決於傳輸速率。採用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網絡最好使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數據線不要擰絞，系統在高電磁發射環境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，並通過儘可能的大面積屏蔽接線來復蓋，以保持良好的傳導性。
（2）IEC1157-2傳輸技術，IEC1l57-2的傳輸技術用於PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業的要求。它可保持其本質安全性，並通過總線對現場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協議，可進行無電流的連續傳輸，通常稱為H1。
（3）光纖傳輸技術，PROFIBUS系統在電磁幹擾很大的環境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離。可使用兩種光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小於50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供距離小於1km情況下使用。許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。PROFIBUS總線存取控制技術，PROFIBUS-DP、FMS、PA均採用一樣的總線存取控制技術，它是通過OSI參考模型第2層（數據鏈路層）來實現的，它包括保證數據可靠性技術及傳輸協議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現場總線數據鏈路層（FDL，Fieldbus Data Link）。介質存取控制（M A C， Medium Access Control）具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發送數據。PROFIBUS協議的設計要滿足介質存取控制的兩個基本要求：1）在複雜的自動化系統（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。2）在複雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通信，應儘可能快速又簡單地完成數據的實時傳輸。因此PROFIBUS主站之間採用令牌傳送方式，主站與從站之間採用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規定的時間內得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環一周的最長時間是事先規定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通信關係表與所有從站通信，向從站發送或讀取信息，也可依照主-主通信關係表與所有主站通信。所以可能有3種系統配置：純主-從系統、純主-主系統和混合系統。 在總線系統初建時，主站介質存取控制MAC的任務是制定總線上的站點分配並建立邏輯環。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必須從環中排除，新上電的主站必須加入邏輯環。第2層的另一重要工作任務是保證數據的高度完整性。PROFIBUS在第2層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數據傳輸外，還提供多點通信，包括廣播和選擇廣播功能。4．PROFIBUS-DP基本功能PROFIBUS-DP用於現場設備級的高速數據傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息並周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。（1）PROFIBUS-DP基本特徵採用RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜傳輸，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps。各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統，總線上最多站點（主-從設備）數為126。採用點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）通信。循環主-從用戶數據傳送和非循環主-主數據傳送。控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式為輸出同步；鎖定模式為輸入同步。DP主站和DP從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能，三級診斷信息。輸人或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對DP主站（DPM1）進行配置，每DP從站的輸入和輸出數據最大為246位元組。所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。每個PROFIBUS-DP系統包括3種類型設備：第一類DP主站（DPM1）、第二類DP主站（DPM2）和DP從站。DPM1是是中央控制器，它在預定的周期內與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC、PC等；DPM2是編程器、組態設備或操作面板，在DP系統組態操作時使用，完成系統操作和監視目的；DP從站是進行輸入和輸出信息採集和發送的外圍設備，是帶二進位值或模擬量輸入輸出的I/O設備、驅動器、閥門等。 經過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸並由主站採集。診斷信息分3級：本站診斷操作，即本站設備的一般操作狀態，如溫度過高、壓力過低；模塊診斷操作，即一個站點的某具體I/O模塊故障；通道診斷操作，即一個單獨輸人/輸出位的故障。（2）PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統在同一總線上最多可連接126個站點。系統配置的描述包括：站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。PROFIBUS-DP單主站系統中，在總線系統運行階段，只有一個活動主站。
本發明中的箱變綜合保護裝置、後臺監控系統、智能控制儀和計量單元等電子設備均能夠通過在市場上購買得到，不屬於本發明的保護核心。
上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。