Critical Problem of Design Related to Water-proof Type and Preassembly Type Substations
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摘要:
介绍了一种防水型预装式变电站的设计关键问题研究,设计关键点包括:防水型变压器设计、防水型预装式变电站结构设计以及防水保护电路设计,该防水型变压器通过试验验证,试验证明了设计方案的可靠性。防水型预装式变电站解决了目前预装式变电站被水浸后引起的雨水带电问题,提供了一种城市内涝配电解决方案,具有较好的社会经济效益。
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预装式变电站具有方便移动、建设周期短和产品回收利用率高的优点, 所以受到市场的青睐。但是由于箱式变电站长期在户外运行, 特别是针对水浸比较严重的地区, 一旦台风或者洪水来袭, 很多地区的预装式变电站就很难避免被水浸, 变电站被水浸后还可能引起雨水带电, 引发人身安全事故。因此, 研究城市内涝配电解决方案, 是现有技术中迫切需要解决的技术问题。这将更大程度地保障居民、生产安全、平稳用电, 保证供电可靠性和提升电网的服务水平。
1. 关键问题
1.1 防水型变压器设计
1.1.1 变压器采用防水性能优越的绝缘材料
防水型变压器设计主要的绝缘材料有NOMEX纸、艾伦塔斯绝缘漆以及聚酰亚胺薄膜, 如图 1所示。
Nomex纸具有很好的防潮性能, 即使在95%以上的相对湿度下, 仍可保持完全干燥时90%的介电强度。表 1为湿度对Nomex410纸-25mm电气特性的影响, 显示出水分很难渗透经高温高压处理的Nomex绝缘纸表面。
表 1 湿度对Nomex纸电气特性的影响湿度/% 绝缘强度/kV·mm-1 介电常数/60 Hz 介质损耗因数/60 Hz 体积电阻率Ω·cm 干燥 33.5 2.5 6×10-3 6×1016 50 32.1 2.7 6×10-3 2×1016 96 30.7 3.2 11×10-3 2×1014 艾伦塔斯绝缘漆是一种具有高介电性能的电气绝缘浸渍漆, 能够和绝大多数绝缘系统相容, 可以很好地耐化学腐蚀和防水。
聚酰亚胺薄膜具有高的防潮性和耐溶剂性, 能耐绝大部分有机溶剂和无机溶剂、耐水、耐火焰等。薄膜包绕在导线上, 柔韧性好, 使导线在弯曲时绝缘层完好, 无破裂现象, 且密封性好, 提高了导线的防潮性能、电性能。
1.2 变压器采用立体卷铁芯结构
铁芯为立体卷铁芯, 由硅钢带连续卷绕而成, 无接缝; 采用专有固化工艺, 绝缘性能好, 防潮耐污秽能力强, 设计图如图 2所示。
1.3 采用饼式线圈结构
采用饼式结构线圈, 饼间的绝缘构成采用纸绝缘-空气-纸绝缘的自愈性混合绝缘结构, 一方面大幅降低线圈内部最高工作电场强度, 降低产品的局放水平; 更重要的是, 在绝缘结构上引入具有自愈性的空气, 避免产品在服役期间不断积累由于复杂的运行环境可能造成的伤害, 即使受潮, 绝缘能力也不受影响, 设计图如图 3所示。
1.4 采用整体真空压力浸漆工艺
采用整体真空压力浸漆工艺, 高低压线圈及铁芯整体均被绝缘漆保护, 即使被水浸泡, 水和泥沙都无法进入铁芯和线圈, 在潮湿的环境中长期运行绕组均可保持较高的绝缘电阻值, 确保产品的安全可靠运行。
1.5 防水型变压器试验验证
经历连续48 h过顶浸水后, 如图 4所示, 在出水2 h内静放晾干处理, 并进行考核性试验, 需要一次性通过包括外施耐压试验、感应耐压试验等10项测试。
1.6 防水型变压器结论
综上所述, 无论是铁芯还是线圈, 都须具有很好的防潮耐污秽性能, 才能保证在运行状态下短时水浸不烧毁。在水浸后, 通过须对变压器本体进行简单清洁处理, 使其主要电气性能参数(耐压、绝缘电阻等)达到预防性试验要求, 实现变压器水浸状态解除后实现快速恢复供电。从而提高城市电网在受到暴雨洪涝灾害时供电的安全性和可靠性, 以及在水浸状态解除后实现变压器免更换快速恢复供电。
2. 防水结构设计
防水结构采用双层布置设计, 高压柜和低压柜布置在第一层, 变压器布置在第二层, 如图 5、图 6、图 7所示。
防水结构原理: 当洪水入侵时, 变压器放置在第二层(离地面高度1600 mm), 所以当水浸的高度小于1600 mm时, 对变压器是没有任何影响。高压柜采用全绝缘全封闭型高压柜, 气箱的防护等级为IP67(在浸水的情况下仍可以安全运行24 h以上)。
3. 防水保护电路设计
防水型小型化双层预装式变电站的电路保护方案。
防水保护电路方案一: 洪水来袭时, 漏电传感器继电器带电→低压断路器分闸, 从而防止因洪水带电而导致的人身安全(此方案可保证变压器的低压侧处于停电状态), 如图 8所示。
防水保护电路方案二: 洪水来袭时, 漏电传感器继电器带电→低压断路器分闸→同时高压开关分闸, 从而防止洪水因带电而导致的人身安全(此方案保证变压器的高、低压侧均处于停电状态), 如图 9所示。
防水保护电路方案三: 洪水来袭时, 漏电传感器继电器带电→低压断路器分闸; 水浸传感器或浮子开关的继电器带电→高压开关分闸, 从而防止洪水带电导致的人身安全(此方案保证变压器的高、低压侧均处于停电状态, 低压开关采用继电器分闸, 高压开关采用继电器分闸), 如图 10所示。
防水保护电路方案四: 洪水来袭时, 漏电传感器继电器带电→低压断路器分闸→同时高压开关分传感器或浮子开关继电器带电→高压开关分闸, 从而防止洪水带电导致的人身安全(此方案保证变压器的高、低压侧均处于停电状态, 低压开关采用漏电传感器继电器分闸, 高压开关采用漏电传感器继电器或水浸传感器或浮子开关继电器分闸(也就是漏电传感器继电器和水浸传感器或浮子开关继电器任何一个继电器带电都可以分闸高压开关)), 如图 11所示。
4. 结束语
本论文目的在于解决现有技术中变电站被水浸后可能引起雨水带电, 引发人身安全事故的问题, 研究了城市内涝配电解决方案, 提供了一种防水型小型化双层预装式变电站的设计方案, 具有良好的社会经济效益。
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表 1 湿度对Nomex纸电气特性的影响
湿度/% 绝缘强度/kV·mm-1 介电常数/60 Hz 介质损耗因数/60 Hz 体积电阻率Ω·cm 干燥 33.5 2.5 6×10-3 6×1016 50 32.1 2.7 6×10-3 2×1016 96 30.7 3.2 11×10-3 2×1014 -
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