CN202373883U

CN202373883U - 应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站

Info

Publication number: CN202373883U
Application number: CN2011204045624U
Authority: CN
Inventors: 李富常; 聂海涛; 聂在和; 刘承范; 张仁友; 张仁明; 张玲
Original assignee: Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd
Current assignee: Chengdu Zhenzhong Electric Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2021-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，包括变电站箱体，其箱体包括三个部分，分别是40.5kV开关室、变压器室和12kV开关室；其中40.5kV开关室包括40.5kV开关柜和自动化控制系统一，12kV开关室包括12kV开关柜和自动化控制系统二；本实用新型根据高原环境对开关柜内部一次元器件的电气间隙和爬电距离进行修正以满足要求，解决了现有技术中存在的不能很好地满足高原地区电气设备必须具备的安全使用和可靠运行的稳定性能，使用寿命短的技术问题。

Description

应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站

技术领域

本实用新型涉及一种变电站，具体涉及应用高原环境的40.5kV/12kV智能预装式变电站-即将40.5kV转为12kV的智能变电站。

背景技术

箱式变电站是集高压开关、变压器、低压开关为一体的可移动的预装式变配电装置，应用于矿山、工厂企业、油气田、等地方，尤其适合用于土地紧张的公用配电设施、高层建筑变配电、居民住宅小区等地点。目前，高、低压成套开关设备和控制设备为电网的基础设施，与老百姓的日常生活息息相关。因量大面广，所以使用环境多种多样，其中就有市场需求量宽广的特殊环境——高海拔地区。高原地区由于海拔相对较高，空气压力和密度较低，空气绝对湿度小，空气温度低，温差大，日照时间长，太阳辐射照度较高，紫外线强，同时高原土壤温度低，冻土地区广，冻结时间长，年大风日多，降水量少。这些恶劣的自然气候特征对变电站及其组成部分的开关设备等电气设备的性能有以下四大影响规律：

1、空气压力和密度较低的影响

①对绝缘介质强度的影响

空气压力和密度的降低，引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7~10.5kPa，外绝缘强度降低8%~13%；

②对电气间隙击穿电压的影响

对于设计定型的产品，由于其电气间隙已经固定，随空气压力的降低，其击穿电压也下降。为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力，必须增大电气间隙。

③对电晕及放电电压的影响　　a)高海拔低气压使变电站内部的高压电机的局部放电起始电压降低，电晕起始电压降低，电晕腐蚀严重；

b)高海拔低气压使变电站内部电力电容器的内部气压下降，导致局部放电起始电压降低；

c)高海拔低气压使变电站内部的避雷器内腔电压降低，导致工频放电电压降低。　　④对开关电器灭弧性能的影响　　空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低，通断能力下降和通电寿命缩短。直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长；直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加。　　⑤对介质冷却效应，即产品温升的影响　　空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低。对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品，由于散热能力的下降，温升增加。在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7~10.5kPa，温升增加3%~10%。

a)静止电器的温升随海拔升高的增高率，每100m一般在0.4K以内，但对高发热电器，如电炉、电阻器、电焊机等电器，温升随海拔升高的增高率，每100m达到2K以上。　　b)电力变压器温升随海拔的增高与冷却方式有关，其增加率每100m为：油浸自冷，额定温升的0.4%；干式自冷，额定温升的0.5%；油浸强迫风冷，额定温升的0.6%；干式强迫风冷，额定温升的1.0%；　　c)电机的温升随海拔升高的增高率每100m为额定温升的1%。　　⑥对产品机械结构和密封的影响　　a)引起低密度、低浓度、多孔性材料（例如：电工绝缘材料、隔热材料等）的物理和化学性质的变化；　　b)润滑剂的蒸发及塑料制品中增塑剂的挥发加速；　　c)由于内外压力差的增大，气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大，有密封要求的电工产品，间接影响到电气性能；　　d)引起受压容器所承受压力的变化，导致受压容器容易破裂。

2、空气绝对湿度减小的影响

1）绝对湿度对外绝缘强度的影响

平均绝对湿度随海拔升高而降低。绝对湿度降低时，变电站内部的一切电工产品的外绝缘强度降低，因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正。

2）绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响　　绝对湿度的降低使换向器电机的换向火花增大，同时使电机炭刷的磨损率增加。 3、空气温度降低及温差增大的影响

1）高原环境空气温度对产品温升的补偿　　平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低，电工绝缘材料的热老化寿命决定于平均空气温度。高原环境空气温度的降低可以部分或全部补偿因气压降低而引起电工产品运行中温升的增加。环境空气温度的补偿值为0.5K/hm。 2）温度变化对产品结构的影响较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂，密封结构容易破裂。

4、日照时间长，太阳辐射照度，包括紫外线辐射照度增加的影响　　1）高原热辐射增加的影响　　海拔5000m时最大太阳辐射度为低海拔时相应值的1.25倍，热辐射对物体起加热作用。对于户外用电工产品，太阳热辐射的增加引起较大的表面附加温升，使涂漆加快褪色，塑料加速老化，降低有机绝缘材料的材质性能，产生机械热应力。并降低机械和电气性能，产生润滑材料固化、油蒸发、电器散热或电阻加热受阻等影响。　　2）高原紫外线辐射增加的影响　　紫外线辐射照度随海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多，海拔3000m时已达低海拔时相应值的2倍。紫外线引起有机绝缘材料的表面发生变化，使薄壁或薄膜塑料的机械性能与电器性能恶化，透明塑料变脆甚至龟裂。绝缘材料的加速老化还可能使空气容易电离而导致外绝缘强度和电晕起始电压降低。现有的普通预装式变电站按国家技术标准限制使用环境为高压电气设备在海拔1000米以下，低压电气设备在海拔2000米以下。因此，现有的普通预装式变电站及其内部的电气成套设备不能很好地满足高原地区必须具备安全使用和可靠运行的稳定性能，不能满足一定使用寿命的要求。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种专门针对高原环境设计的40.5/12kV智能预装式变电站，该变电站内部的40.5kV开关室和12kV开关室均是针对高原特殊的环境设计，解决了现有技术中存在的不能很好地满足高原地区电气设备必须具备的安全使用和可靠运行的稳定性能，使用寿命短的技术问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，包括变电站箱体，其箱体包括三个部分，分别是40.5kV开关室、变压器室和12kV开关室；其中40.5kV开关室包括40.5kV开关柜和自动化控制系统一，12kV开关室包括12kV开关柜和自动化控制系统二；其特征在于：所述的40.5kV开关室包括开关柜，而所述的开关柜由外壳和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，所述的多个隔室包括断路器手车室、母线室、电缆室、继电器仪表室，多个隔室之间用隔板分开；在断路器手车室内安装有导轨，供断路器手车滑行与工作；母线室里安装有母线套管和触头盒，母线套管用于固定主母线和满足主母线绝缘要求；所述的电缆室的内部安装有电流互感器、接地开关；所述的继电器仪表室安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元器件进行监测、控制、保护的二次元器件，所述的40.5kV开关室的一次元器件之间的电气间隙控制在大于或等于360mm，同时各一次元器件的对地距离也是大于或等于360mm，各元器件的爬电距离均控制在1265mm以上，所述的触头盒之间用弯板隔开。

[0012]更进一步的是：

所述的12kV开关室包括开关柜，而所述的开关柜由外壳和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，所述的多个隔室包括断路器手车室二、母线室二、电缆室二、继电器仪表室二，多个隔室之间用隔板分开；在断路器手车室二内安装有导轨，供断路器手车二滑行与工作；母线室二里安装有母线套管二和静触头盒，母线套管二用于固定主母线和满足主母线绝缘要求；所述的电缆室二的顶部、后部安装有电流互感器二、接地开关二；所述的继电器仪表室安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元件进行监测、控制、保护的二次元器件，所述的12kV开关室的一次元器件之间要么将各元器件的电气间隙和爬电距离分别控制在140mm和264mm以上，要么在不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

在40.5kV开关室中不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

在所述的断路器手车室、母线室、电缆室顶部均设置有泄压通道，所述的泄压通道均与压力释放装置相连。

所述的断路器手车室、断路器手车室二、电缆室和电缆室二分别加装有加热器。

所述的电缆室和电缆室二内分别单独设立有5×40mm²的接地铜排。

所述的电缆室和电缆室二内安装有避雷器。

在所述的断路器手车室二、母线室二、电缆室二的上方均设有压力释放装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本变电站内使用的所有电气设备的外绝缘强度裕度足够大，满足了高海拔空气密度下降造成的外绝缘强度下降而进行修正的要求，从而产品的耐冲击电压和工频耐受电压达到高海拔使用的要求；　2、绝缘材料选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料（如DMC或SMS模塑料等），在保证高强度的同时，变形量和老化程度较小，适应了对绝缘配合要求较高的地方，如低压的母线框等，同时满足了海拔高度修正系数要求的爬电距离、电气间隙尺寸要求。

总的来说本实用新型提供了一种适合于高海拔地区使用安全、运行可靠、保证使用期限的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站。

附图说明

图1为本实用新型结构整体结构框图；

图2为本实用新型内部40.5kV开关柜内部示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本实用新型内部12kV开关柜内部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，一种应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，包括变电站箱体，其箱体内部包括三个隔室，分别是高压室、变压器室和低压室；其中高压室包括40.5kV开关室和自动控制室一，低压室包括12kV开关室和自动控制室二，各个隔室之间的电气联接，采用电缆或者母线桥架，确保安全。自动控制室一和自动控制室二均包括交流柜、直流柜、集中保护柜及计算机主机告示，根据需要安装在40.5kV开关室和12kV开关室的开关柜上，对其进行控制和保护。40.5kV开关室包括开关柜，而开关柜由外壳和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，多个隔室包括断路器手车室B、母线室A、电缆室C、继电器仪表室D，多个隔室之间用隔板分开；而12kV开关室也包括开关柜，而开关柜由外壳12和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，多个隔室包括断路器手车室二B1、母线室二A1、电缆室二C1、继电器仪表室二D1，多个隔室之间用隔板18分开；无论是40.5kV开关柜还是12kV开关柜的外壳和隔板是用2MM敷铅锌钢板经数控横床加式和弯折之后拼接而成，因此装配好的开关柜能保护尺寸上的统一性。开关柜具有很强的抗腐蚀与抗氧化作用，并且有比同等钢板高的机械强度。

所述的断路器手车室B、母线室A、电缆室C顶部均设置有泄压通道，所述的泄压通道均与压力释放装置相连，而断路器手车室二B1、母线室二A1、电缆室二C1也是如此设置有压力释放装置，当断路器或母线发生内部故障时，伴随电弧度的出现，开关柜内部气压升高，装设在门上的特殊密封圈把柜前面密封起来，顶部安装的压力释放金属板将被自动打开，释放压力和排泄气体，以确保操作人员和开关柜安全。

在断路器手车室B内安装有导轨，供断路器手车1滑行与工作；母线室A里安装有母线套管8和触头盒6，母线套管8用于固定主母线和满足主母线绝缘要求；而主母线从一个开关柜引至另一开关柜，通过分支小母线和触头盒6固定，母线套管8用于固定主母线和分支小母线以便于两者穿越开关柜隔板；全部母线可根据需要用热缩绝缘套管包覆。扁平的分支小母线通过螺栓连接于触头盒6和主母线，如果有特殊需要，母线排上的联接螺栓可有绝缘套和端帽封装。在母线穿越开关柜隔板时，用母线套管8固定，如果出现内部故障电弧，能限制事故蔓延到邻柜，并能保障母线的机械强度。主母线和分支小母线均采用矩形母线。在断路器手车室二B1内也安装有导轨，供断路器手车二16滑行与工作；母线室二A1里同样安装有母线套管二14和静触头盒17，母线套管二14用于固定主母线和满足主母线绝缘要求。

电缆室C的内部安装有电流互感器3、接地开关5,也可以安装有避雷器；所述的继电器仪表室D安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元件进行监测、控制、保护的二次元器件。同样道理，所述的电缆室二C1的顶部、后部安装有电流互感器二18、接地开关二19，也可以安装避雷器；所述的继电器仪表室D1安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元件进行监测、控制、保护的二次元器件。控制线路敷设在足够空间的线槽内，并有金属盖板封护，左侧线槽是为了控制小母线的引进和引出预留的，开关柜内部的二级线敷设在右侧，开关柜内还具有可靠的联锁装置，为操作人员与设备提供可靠的安全性保护。断路器手车室B、电缆室C、断路手车室二B1和电缆室二C1电分别加装有加热器，可防止在高温度或温度变化较大的气候环境中产生凝露带来之危险。电缆室C和电缆室二C1内单独设立有5×40mm²的接地铜排，此接地铜排能贯穿相邻各柜，并与柜体良好接触，此接地排直接接地之元器件使用，同时由于整体柜壳用敷铅锌板相拼接，这样使整体柜体都处在良好接地状态之中，确保运行操作人员触及柜体安全。

本实用新型所述的应用于高原环境的40.5kV开关室里的一次元器件之间各元器件的电气间隙必须控制在大于或等于360mm，同时各元器件的对地距离也是大于或等于360mm，各元器件的爬电距离均控制1265mm以上。触头盒6之间用弯板10隔开。而12kV开关室里的一次元器件之间要么将各元器件的电气间隙和爬电距离分别控制在140mm和264mm以上，要么在不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

下面再来详细叙述一下本实用新型的应用。

本实用新型的使用环境条件：

海拨高度：不超过4000M；

周围空气温度不超过40摄氏度，且在24小时内测得的温度平均值不超过35摄氏度；

最低周围空气温度不低于—25摄氏度；

风速：不超过34m/S

环境湿度：在24小时内测得的水蒸气压力平均值不超过2.2KPA；

可以承受1000W/m²的阳光幅射;

没有剧烈振动的场所；

地震烈度不超过8级。

为了适应高原环境的需要，本实用新型选择为高海拔地区专门研制的专用电气设备，尤其是高压器件，如采用高原型变压器、高原型真空断路器等，对于柜内导体间、导体对地间的空气间隙按高海拔地区绝缘距离要求处理，防止绝缘击穿，或采用更高电压等级的电气设备，如电压、电流互感器及绝缘子套管等，其电气间隙和爬电距离等来满足海拔高度升高而需修正的系数，而40.5kV开关柜内的一次无器件的电气间隙和离地距离都控制在大于或等于360mm，而元器件之间的爬电距离控制在1265mm以上，隔离开关选择绝缘电压为1000V的框架开关或塑壳开关。12kV开关柜内的一次元器件之间要么将各元器件的电气间隙和爬电距离分别控制在140mm和264mm以上，要么在不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

对于控制器件，一般为电子器件，弱电控制，可靠性较高，受海拔高度的影响较小，容易解决高海拔的影响问题。的元器件和绝缘材料选型考虑和满足了四点要求：

① 外绝缘强度裕度足够大，满足了高海拔空气密度下降造成的外绝缘强度下降而进行修正的要求，从而产品的耐冲击电压和工频耐受电压达到高海拔使用的要求；　　②对于成套器件内部机械传动件，如操作手车、脱扣器等考虑高原温度变化大而造成材料变形对公差的影响；　　③空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低，造成温升升高的影响，尤其大电流器件，考虑了降容使用，其降容系数根据海拔高度不同而确定，具体参照了器件生产厂家的技术说明。　　④绝缘材料选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料（如DMC或SMS模塑料等），在保证高强度的同时，变形量和老化程度较小，适应了对绝缘配合要求较高的地方，如低压的母线框等，同时满足了海拔高度修正系数要求的爬电距离、电气间隙尺寸要求。　　本实用新型应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站对一、二线的布置要求较高，整个母线系统进行重新设计。电气间隙和爬电距离按照高海拔的修正系数进行修正，整个空间布置合理、美观及母排最短设计，满足温升散热要求。　　本实用新型以1000m海拔高度为基准，海拔系数修正满足机械行业标准所确定的系数。不同海拔高度，其修正系数不同，在不影响结构外形尺寸大太的情况下，尽量升高海拔高程，因为按其修正系数的规律，更高海拔的修正系数可以兼容下个等级的高度，这样可以减少设计种类，减少海拔高程所造成的多种类，方便标准化图纸。　　本实用新型的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站的开关柜结构设计关键地方在于布置有足够的空间位置来进行母线系统的安装，基于电气间隙、爬电距离和隔离距离等尺寸参数需要根据海拔修正系数进行修正，故有别于常规产品。在结构尺寸链关系上预留了基于海拔因素下的更大些的尺寸，所以整个结构作了重新的设计。结构设计在三维软件上设计，给予尺寸干涉的检查就直接使用修正后的数据。在选联母排四周的装配零件干涉检查，均按修正后的数据进行，这样设计仿真模拟保证了相应电气间隙、爬电距离的尺寸满足修正要求；同时考虑到飞弧距离受海拔因素的影响，布置元器件安装位置时也考虑增加飞弧距离。总之本实用新型的结构设计综合考虑了尺寸链关系变化的情形，设计出符合修正值要求的结构。

Claims

1.一种应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，包括变电站箱体，其箱体包括三个部分，分别是40.5kV开关室、变压器室和12kV开关室；其中40.5kV开关室包括40.5kV开关柜和自动化控制系统一，12kV开关室包括12kV开关柜和自动化控制系统二；其特征在于：所述的40.5kV开关室包括开关柜，而所述的开关柜由外壳和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，所述的多个隔室包括断路器手车室（B）、母线室（A）、电缆室（C）、继电器仪表室（D），多个隔室之间用隔板分开；在断路器手车室（B）内安装有导轨，供断路器手车（1）滑行与工作；母线室（A）里安装有母线套管（8）和触头盒（6），母线套管（8）用于固定主母线和满足主母线绝缘要求；所述的电缆室（C）的内部安装有电流互感器（3）、接地开关（5）；所述的继电器仪表室（D）安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元器件进行监测、控制、保护的二次元器件，所述的40.5kV开关室的一次元器件之间的电气间隙控制在大于或等于360mm，同时各一次元器件的对地距离也是大于或等于360mm，各元器件的爬电距离均控制在1265mm以上，所述的触头盒（6）之间用弯板（10）隔开。

2.根据权利要求1所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：所述的12kV开关室包括开关柜，而所述的开关柜由外壳（12）和开关柜内的多个隔室及安装在隔室里的一次元器件和二次元器件组成，所述的多个隔室包括断路器手车室二（B1）、母线室二（A1）、电缆室二（C1）、继电器仪表室二（D1），多个隔室之间用隔板（18）分开；在断路器手车室二（B1）内安装有导轨，供断路器手车二（16）滑行与工作；母线室二（A1）里安装有母线套管二（14）和静触头盒（17），母线套管二（14）用于固定主母线和满足主母线绝缘要求；所述的电缆室二（C1）的顶部、后部安装有电流互感器二（18）、接地开关二（19）；所述的继电器仪表室（D1）安装有继电保护元件、仪表、带电显示器及对一次元件进行监测、控制、保护的二次元器件，所述的12kV开关室的一次元器件之间将各元器件的电气间隙和爬电距离分别控制在140mm和264mm以上，在不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

3.根据权利要求1所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：在40.5KV开关室中不能满足电气间隙和爬电距离的一次元器件上套上绝缘罩，以满足绝缘要求。

4.根据权利要求1所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：在所述的断路器手车室（B）、母线室（A）、电缆室（C）顶部均设置有泄压通道，所述的泄压通道均与压力释放装置相连。

5.根据权利要求2所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：所述的断路器手车室（B）、断路器手车室二（B1）、电缆室（C）和电缆室二（C1）分别加装有加热器。

6.根据权利要求2所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：所述的电缆室（C）内和电缆室二（C1）分别单独设立有5×40mm²的接地铜排。

7.根据权利要求2所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：所述的电缆室（C）和电缆室二（C1）内安装有避雷器。

8.根据权利要求2所述的应用于高原环境的40.5/12kV智能预装式变电站，其特征在于：在所述的断路器手车室二（B1）、母线室二（A1）、电缆室二（C1）的上方均设有压力释放装置。