CN101207267B - 一种安全结构小型化预装式变电站 - Google Patents

Abstract

一种安全结构小型化预装式变电站，包括预装式变电站壳体、装设在预装式变电站壳体内的变压器、高压柜和低压装置，变压器和低压装置共同置于一室内；高压柜置于高压室内，高压柜用金属板与其它设备隔离，变压器与低压装置之间设有检修通道；在变压器上方对应预装式变电站壳体顶部装设有无源机械涡流风机，用以为变压器、母线和低压装置散热；高压柜与变压器之间采用高压电缆连接，变压器与低压装置之间采用低压电缆或母线连接。本发明强化了变电站的自然通风，整体达到了低压馈电的安全防护等级提高，变电站地表占地面积和空间减小，变电站制造成本不增加，提高了预装式变电站现有技术中安全防护性能，散热通风的有效性。

Description

一种安全结构小型化预装式变电站

技术领域

本发明属于电力设备制造业的变电站技术领域，涉及预装式变电站整体结构小型化技术，包括应用安全设计制造和低压馈电装置的优化设计技术，适用于12kV高压/低压预装式变电站。

背景技术

预装式变电站，由高压开关设备、电力变压器、低压开关设备、电能计量设备、无功补偿设备、辅助设备和联结件等元件组成为成套配电设备，在工厂被预先组装在一个或几个壳体内，用于从高压系统向低压系统输送电能。

其典型结构有两种，一是欧式变电站(俗称欧式箱变)，优点功能全、适用于城网使用；缺陷在于其采用传统标准的高低压开关设备、电力变压器占用空间较大，故传统欧式变电站体积也较大。

另一是美式变电站(俗称美式箱变)，其油浸电力变压器外壳进行特殊设计，将简化的油浸高压电器元件置于油箱中，油箱的三面或两面裸露于空气中，配置功能简单的低压配电屏(柜)，其优点在于产品体积小，缺陷在于其功能简单，只适用于农网或城网不重要负荷。

发展中的现有预装式变电站技术，近年来，第一向变电站小型化发展，通过减小高低压开关设备的体积和优化变电站内部设备布局来减小欧式变电站的体积；典型产品主要是采用小型化的SF6环网柜(也称C-GIS)，减小了高压室的空间；但其缺陷在于，低压室采用屏、柜结构组合，其空间并未减小，单台630kVA，配出400A回路8个，配120kVar电容补偿的体积为3400×2900×2200mm(长×宽×高)。

第二向紧凑型变电站发展，通过扩大美式变电站高低压室的体积，来增加变电站的功能；典型产品，实现上述功能的体积为4000×2300×2200mm(长×宽×高)。

第三向减小地表占用发展，将变电站部分设备(如变压器)或全部设备置于地下、半地下、建筑物顶盖上以减小占地面积。截至目前，由于地埋式、建筑物顶盖上变电站尚无定型产品，也没有广泛的应用，属于一种探索型技术。最接近本发明的国内一流产品是YBM-12型变电站。其缺陷在于仅对高压开关设备进行了小型化设计，低压馈电设备仍采用屏(柜)式，受低压设备的结构尺寸限制，产品整体尺寸仍很大，且由于低压屏柜式馈电设备，受变电站狭小空间限制，在安装、检修时十分不便，因存在裸露的带电体，人员操作的安全性也很差。

变电站普遍的散热通风装置中现有技术，采用有源、温度调控通风设置，其缺陷在于温控元器件寿命制约，耗损电能等。

本行业现有技术规程，按JB/T3752.1-1999《低压成套开关设备和控制设备产品型号编制方法》中的公版现有技术的型号含义，低压成套开关设备的结构，即：P-开启式屏、G-封闭式柜、X-封闭式箱、T-封闭式控制台、C-母线干线系统(母线槽)。以上变电站的低压开关设备均没有脱离开JB/T3752.1-1999《低压成套开关设备和控制设备产品型号编制方法》所提到的结构形式。

发明内容

本发明的目的，是提供一种壳体结构，缩小产品尺寸，减小占用地表面积，增强安全性，提高安装操作和运行检修效率的一种安装结构小型化预装式变电站。

本发明公开一种安全结构小型化预装式变电站技术，包括有高、低压控制装置与变压器封闭组合结构及散热系统、综合布线工艺优化技术。所述的预装式变电站包括高压单元、低压单元和变压器单元，低压电器控制的面板式结构，变电站的无源机械涡流通风装置，低压馈电的安全防护装置等系列工艺，无源机械涡流通风装置，对本行业现有技术规程所提到的结构形式，在满足应用条件下进行了再创造性应用，在满足预装变电站国家标准的前提下，强化了变电站的自然通风，整体达到了低压馈电的安全防护等级提高，变电站地表占地面积和空间减小，变电站制造成本不增加，提高了预装式变电站现有技术中安全防护性能，散热通风的有效性。

采用的技术方案是：

安全结构小型化预装式变电站，整体采用了高、低压控制装置与变压器组合结构、散热系统功能强化，包括对高压单元，低压单元和变压器单元的创新性设计，应用了综合布线工艺优化技术、低压电器控制面板式结构，变电站无源机械涡流通风装置，低压馈电的安全防护装置等而形成的新技术方案。

一、所述的综合布线工艺优化技术，其特征在于，

1.密封母线与面板式低压馈电装置相结合的配电技术；

2.全绝缘全防护技术，无裸露的低压可触摸带电部件；

3.无源机械涡流通风装置自动为变压器、母线、低压馈电装置散热。

4.高压设备与变压器之间采用电缆连接，变压器与低压配电装置之间采用电缆或母线连接。

二、所述的低压控制装置封闭式组合结构，其特征在于，

如图1所示的双台变压器布置，或图2所示的单台变压器布置所示，在预装式变电站壳体内：

1.封闭式单元组合结构的低压配电，分成五种功能单元，即进线单元；馈电单元；电容补偿单元；联络单元和母线单元。

各单元之间，均用金属板封闭，母线单元置于其它单元之外，独立封闭，所有的电器元件，带电部件都封闭在单元内部，各单元之间采用模块化组合，形成封闭式单元组合结构。

封闭式单元组合结构中，进线单元(包括联络开关)采用“插拔式”；馈电单元的开关采用“固定安装”(正面带防护板操作不会触及带电部分)；各单元之间的电器元件固定安装回路间隔采用隔离式，隔离开关安装采用“嵌入式”，母线采用“空气绝缘式”。

2.低压配电系统的配套技术解决方案

本发明主开关采用拔插式，或隔离开关+断路器固定式安装；

本发明支路开关采取固定式安装，正面带防护板操作不会触及带电体，特殊订单也可以采取拔插式，正面带防护板操作不会触及带电体。

本发明支路隔离开关采取嵌入式(正面带防护板操作不会触及带电体)，特定情况下亦可以采取固定式(正面带防护板操作不会触及带电体)。

本发明电容补偿装置采用封闭式柜、开启式屏，开关器件采用固定式，并在屏、柜门处开孔，将开关的操作手柄置于金属柜门外，人员在操作开关时不触及带电体。

本发明的计量单元采用模块化封闭式。

本发明主母线用金属板密封，采用但不限于密集绝缘、或空气绝缘；各支路母线可以按但不限于每个馈电单元单独密封，也可以对几个单元共同密封。

本发明一般按两个支路开关配一台支路隔离开关，也可以按一个或几个支路开关配一个隔离开关或不配支路开关。

3.安全结构技术方案

低压配电系统正面的门，防护板等均采用但不限于活动挂门、旋转门、可拆卸的门板等；低压主开关，支路开关采取但不限于固定式，插拔式或抽屉式；变压器室操作通道设置有防护用网门，网门加装但不限于带电闭锁功能装置，或机械闭锁装置，或锁定装置；提供可操作的常用电器元件防护板(或门)，设置操作手柄隔离于电器元件的防护板(或门)，人员操作时不触及带电部分；除主母线支路母线的检修和更换需在检修通道内进行操作，其它元器件可以在低压配电装置的正面进行更换。

三、封闭组合结构的散热系统技术方案

本发明采用无源机械涡流通风强化变压器、母线散热。该装置设置在变压器室顶部，变压器室、低压室各自底部进风道和排风口的自然通风与封闭组合结构的散热系统结合，显现强化空气对流功能。

技术效果

1.本发明中低压配电系统的特征，决定了本发明的变电站产品与同类技术有明显的不同，即本发明涉及的变压器与低压配电系统实际共同一个空间。这样进一步减小了变电站产品的外形尺寸和占地面积。实际上还扩大了变压器的散热空间，降低了变电站的壳体级别。

2.在优化设备布局、优化高低开关设备结构设计工艺，使产品具有更小的外形尺寸和更小的占地面积，不减少产品供电功能；

3.面板式与固定间隔式结构以及元件插拔式相结合的低压配电装置，使操作人员在带电运行操作时触及不到带电导体；

4.创新设计一种面板式与固定间隔式以及元件插拔式相结合的低压配电装置，使操作人员在带电运行操作时不触及到带电导体；

5.低压馈电装置的优化设计技术，低压主母线、分支母线采取金属密封结构，提高产品的防护等级；

6.无源机械涡流通风装置应用，节电且不需要温控装置，其强化变压器、母线散热效果明显。因该装置设置在变压器室顶部，又因本发明变压器与低压配电系统实际共同一个空间，变压器室、低压室各自底部进风道和排风口的自然通风与本发明的封闭组合结构的散热系统结合，显现强化空气对流功能，使变电站壳体级别低于10K。

7.低压装置单元采取人性化设计理念，使产品的安装、调试、维修更为快捷和方便，减少事故处理的时间。

总之，凡是采用本发明的低压配电系统的结构和形式的产品，在采用任何变压器和高压开关设备的情况下，均可以有效减少变电站的外形尺寸和占地面积。

附图说明

图1为双台变压器变电站壳体内的高压单元、变压器单元结构布置；1.无源机械涡流通风口 2.补偿单元 3.馈线单元 4.进线单元 5.联络单元 6.检修通道 7.母线单元 8.门 9.变压器 10.高压柜 11.门 12.门 13.低压装置 14.低压电缆。

图2为单台变压器变电站壳体内的高压单元、低压单元和变压器单元结构布置；序号表示为：1.～14.与图1的意思相同。

图3变电站进线单元结构示意图。序号表示为：15.进线单元封板 16.单元之间隔板 17.主开关操作面板 18.进线单元封板。

图4为联络电容补偿单元结构示意图。该序号表示：19.隔离单元封板 20.联络开关操作面板 21.联络单元封板。

图5为馈线单元结构示意图。其中22.隔离开关封板 23.馈线开关封板 24.隔离开关操作面板 25.馈线开关操作面板 26.馈线单元支路母线封板。

图6为电容补偿单元结构示意图。其中序号表示27.电容柜主开关封板 28.电容柜主开关操作面板 29.电容柜支路开关操作面板 30.支路开关封板 31.电容器 32.接触器 33.电容补偿单元封板。

图7为母线单元结构示意图(背视图)。其中34.母线封板 35.母线 36.母线夹 37.母线夹安装支架。

图8为网门结构示意图。其中38.行程开关 39.网门。

具体实施方式

一、总体设计

1.1 如图1所示，此图为产品A，即内置两台变压器(9)的产品。本发明改变传统箱变产品三室间隔结构，即高压室、变压器室、低压室。

1.1.1 而是将变压器与低压配电装置共同放置于一室。开门(8)可以到达变压器正面、背面及低压装置背面。

1.1.2 变压器(9)与低压装置(13)之间设有检修通道(6)，母线单元(7)置于低压装置(13)背面，其它低压单元包括进线单元(4)、馈线单元(3)、联络单元(5)、补偿单元(2)均在正面操作；

1.1.3 高压柜(10)置于高压室内，用金属隔板与其它设备隔离。低压装置(13)各单元均采用金属板隔离和封闭。

1.2 各变压器(9)上方对应壳体顶部为无源机械涡流风机(1)。

1.3 产品A或B壳体内采用通用变压器，油浸式变压器容量≤800kVA，干式变压器容量≤1600kVA。

1.4 如图2所示，此图为产品B，即内置一台变压器(9)的产品。结构上只是比产品类A少了联络单元(5)，其余结构基本相同。

二、低压配电装置各单元的设计

2.1 进线单元(4)

如图3所示，进线主开关位于进线单元封板(15)之后，仅露出主开关操作面板(17)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开进线单元(4)后面由进线单元封板(18)与操作走廊隔离。

2.2 联络单元(5)

如图4所示，联络开关位于联络单元封板(19)之后，仅露出主开关操作面板(18)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开进线单元(5)后面由隔离单元封板(19)与操作走廊隔离。

2.3 馈线单元(3)

2.3.1 如图5所示，隔离开关位于隔离开关封板(22)之后，仅露出隔离开关操作面板(24)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开。

2.3.2 馈线开关位于馈线开关封板(23)之后，仅露出馈线开关操作面板(25)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开，馈线单元(3)后面由馈线单元支路母线封板(26)与操作走廊隔离。

2.4 电容补偿单元(2)

2.4.1 如图6所示，电容柜主开关位于电容柜主开关封板(27)之后，仅露出电容柜主开关操作面板(28)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开。

2.4.2 电容柜支路开关、电容器(31)、接触器(32)位于支路开关封板(30)之后，仅露出电容柜支路开关操作面板(29)，与其它单元之间由单元之间隔板(16)分开，电容补偿单元(2)后面由电容补偿单元封板(33)与操作走廊隔离。

2.5 母线单元(7)

如图7所示，母线(35)由母线夹(36)固定，母线夹(36)固定在母线夹安装支架(37)上，母线(35)由母线封板(34)完全密封。

三、低压配电系统的组合方法

3.1.一次电器元件安装

3，1.1 进线单元(4)的主开关可以采用万能式断路器固定安装式、或抽屉式，均是板外操作，在进线单元(4)的正面就可以对万能式断路器进行检修和更换。

3.1.2 联络开关可以采用万能式断路器固定安装式、抽屉式或采用双隔离开关，均是板外操作，在联络单元(5)的正面就可以对万能式断路器或隔离开关进行检修和更换。

3.1.3 馈线单元(3)的隔离开关嵌入式固定安装，均是板外操作。在隔离开关的下方为馈线断路器。

3.1.4 馈线断路器采用固定安装式、插拔式或抽屉式，均是板外操作，在馈线单元(3)的正面就可以对隔离开关和馈线断路器进行检修和更换。

3.1.5 电容补偿单元(2)的主开关和支路开关固定安装，均是板外操作，在正面可以对电容柜内的元器件进行检修和更换。

3.2.各单元之间组合

如图1所示，进线单元(4)位于低压装置(13)的中间，联络单元(5)位于进线单元(4)的下方。馈线单元(3)位于进线单元(4)的两侧，电容补偿单元(2)位于馈线单元(3)的两侧。

3.3.防护的门和隔离的板

如图1，低压装置(13)各单元的正面都有防护的门，防护的门采用活动挂门的形式，但不限于旋转门，可拆卸的门板等，各单元正面没有可见的紧固部件，门上有操作把手。各单元之间都有隔板，把各个单元隔离成完全独立的小室，在各单元的背面有封板与操作走廊隔离。

3.4.仪表的安装

仪表单元采用模块化，电流表、电压表、转换开关、操作按钮和指示灯低压补偿自动控制器等元件都安装在与各个单元相应的仪表箱内，各个仪表箱位于相应单元的上部。计量表安装在一个独立的仪表箱内，用铅封锁密封。

3.5.计量用的互感器和补偿柜取信号的互感器位于进线单元(4)主开关的上方，进线单元(4)的电流指示互感器位于主开关的下方。馈线单元(3)各个支路的电流指示互感器位于隔离开关的下方，馈线开关的上方。电容补偿单元(2)的电流指示互感器位于电容补偿单元(2)主开关的上方。

四、实施利于安全、方便操作和检修的结构方案

4.1.本发明变压器单元外门(8)内均有二层防护的网门，网门可以加装带电闭锁功能或机械闭锁或锁定装置。本发明如图八所示，变电站的变压器单元外门内设置一道金属网门(39)；主要功能是人员不进入变压器单元，只在变电站外面观察变压器运行状态时，可以打开外门，隔着网门观察，而此时飞鸟、蛇等小动物不能误入；当操作人员误入变压器单元的时候，行程开关(38)发出信号高压柜跳闸，变压器单元断电，从而保护操作人员的安全。

4.2.本发明中凡可操作的电器元件，均在防护板(或门)的后面，人员操作时不会触及带电部分。

4.3.本发明除主母线、支路母线的检修和更换需在检修通道(6)内进行操作；

其它元器件可以在低压装置(13)的正面进行更换。

五、本发明的其它技术手段

5.1.本发明采用无源机械涡流风机(1)帮助变压器散热；

5.2.本发明高压设备与变压器之间采用高压电缆连接，变压器与低压配电装置之间采用低压电缆(14)或母线(母排)连接；

以上提供的实施例仅用为说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神、范围，尽可做出各种变化和变型，因此而发挥成就所有方案，同属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围由各权利要求限定。

Claims (3)

1.一种安全结构小型化预装式变电站，包括预装式变电站壳体、装设在预装式变电站壳体内的变压器(9)、高压柜(10)和低压装置(13)，其特征在于：

1)变压器(9)和低压装置(13)共同置于一室内；

2)高压柜(10)置于高压室内，高压柜(10)用金属板与其它设备隔离，变压器(9)与低压装置之间设有检修通道(6)；

3)在变压器(9)上方对应预装式变电站壳体顶部装设有无源机械涡流风机(1)，用以为变压器、母线和低压装置散热；

4)高压柜(10)与变压器(9)之间采用高压电缆连接，变压器(9)与低压装置之间采用低压电缆或母线连接。

2.根据权利要求1所述的一种安全结构小型化预装式变电站，其特征在于所述的低压装置的低压配电系统有母线单元(7)、进线单元(4)、馈线单元(3)、联络单元(5)和补偿单元(2)；母线单元(7)单独用金属板封闭，置于低压装置(13)背面；进线单元(4)、馈线单元(3)、联络单元(5)和补偿单元(2)分别用金属板隔离和封闭，各单元之间采用模块化组合，形成封闭式单元组合结构，置于低压装置(13)正面。

3.根据权利要求2所述的一种安全结构小型化预装式变电站，其特征在于所述的封闭式单元组合结构中，进线单元开关采用插拔式，馈线单元开关采用固定安装；各单元之间的电器元件固定安装回路间隔采用隔离式，隔离开关安装采用嵌入式，母线采用空气绝缘式。

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