Коробчатые подстанции пользуются большой популярностью благодаря своей широкой применимости и широко используются для электроснабжения уличного освещения, распределения электроэнергии в парках и жилых районах, потребления электроэнергии промышленными и горнодобывающими предприятиями, а также для временного электроснабжения. Среди их преимуществ — экономичность, эстетичный внешний вид, малая площадь занимаемой территории, простота монтажа и высокий уровень защиты. Ниже приводится систематическое описание по четырём аспектам: характеристики, классификация, конструкция и принцип работы.

1、Основные характеристики коробчатой подстанции

Коробчатые подстанции отличаются небольшим весом, простотой монтажа и обслуживания, а также эстетичным внешним видом, что делает их особенно подходящими для промышленных и горнодобывающих предприятий, городских распределительных сетей, парков и жилых районов. Они состоят из нескольких ключевых электрических компонентов: многоцепочечной системы высоковольтных выключателей, шин, комплексной системы автоматизации подстанции, систем связи и дистанционного управления, измерительных устройств, компенсаторов ёмкости и источников постоянного тока. Все эти компоненты интегрированы в полностью герметичный стальной коробчатый корпус, защищённый от влаги, ржавчины, пыли, грызунов, пожара и кражи, а также обеспечивающий теплоизоляцию; при этом подстанция может быть перемещена. Такой конструктивный подход обеспечивает интеграцию электромеханических систем и работу в полностью закрытом режиме. К основным особенностям относятся следующие аспекты:

1. Высокотехнологичный, безопасный и надежный продукт.

Корпус изготовлен с применением передовых отечественных технологий и технологических процессов: оболочка выполнена из алюминиево-цинковой стали, каркас — из стандартных контейнерных материалов с отличными антикоррозионными свойствами, обеспечивающими защиту в течение 20 лет; внутренняя облицовка — из алюминиевого сплава, а междуслой заполнен огнестойким теплоизоляционным материалом; внутри коробки установлены кондиционер и система осушения, позволяющие нормально работать в экстремальных условиях температур от -40 °C до +40 °C. Первичное оборудование включает полностью герметичные высоковольтные распределительные щиты (например, типа XGN), сухие трансформаторы, сухие трансформаторные магнитоиндукторы, вакуумные выключатели, пружинные механизмы управления и вращающиеся изолирующие выключатели; все компоненты имеют полностью герметичную и полностью изолированную конструкцию, что обеспечивает полное исключение аварийных случаев электрического удара. Вторичная система оснащена системой комплексной автоматизации на базе микрокомпьютеров и может функционировать без оператора.

2. Высокий уровень автоматизации

Вся система спроектирована по принципу полной интеллектуализации. Система защиты оснащена микрокомпьютерными комплексными автоматизационными устройствами подстанции, размещёнными децентрализованно; она поддерживает функции «четырёх удалённых операций» (удалённая телеметрия, удалённая сигнализация, удалённое управление и удалённая регулировка). Каждый блок обладает автономной работоспособностью, полностью оснащён функциями релеовой защиты, позволяет удалённо задавать рабочие параметры, контролировать температуру и влажность внутри распределительных щитов, а также активировать удалённый сигнализационный аларм при наличии дыма — что полностью соответствует требованиям к работе без персонала. Кроме того, предусмотрена возможность расширения функций удалённого видеонаблюдения.

3. Преждеформованная производственная технология на заводе

Дизайнерам достаточно один раз разработать основную схему подключения и определить внешнее оборудование, чтобы выбирать соответствующие спецификации и модели трансформаторных щитов от производителей. Все компоненты устанавливаются и наладываются на заводе единовременно, что обеспечивает индустриализацию строительства подстанций и сокращает сроки проектирования и производства. На месте выполняются лишь следующие работы: установка положения щитов, соединение кабелей, подключение выходных линий, проверка параметров защиты и испытания приводов. Срок от установки до ввода в эксплуатацию составляет от 5 до 8 дней, что значительно сокращает общие сроки реализации проекта.

4. Гибкие комбинации

Компактная конструкция: каждая коробка представляет собой самостоятельную систему, а способы их комбинирования отличаются гибкостью — пользователи могут свободно комбинировать компоненты в соответствии со своими потребностями, обеспечивая тем самым требования к безопасной работе.

5. Небольшие инвестиции — быстрые результаты.

По сравнению с традиционными подстанциями аналогичного масштаба, использование коробчатых подстанций позволяет сократить инвестиции на 40–50 %. Благодаря применению маслосвободного оборудования полностью устраняются проблемы утечек; возможна техническая обслуживание по состоянию оборудования, что снижает объем работ по техническому обслуживанию и экономит расходы на эксплуатацию и обслуживание, обеспечивая значительную общую экономическую эффективность.

6. Малая площадь занимаемого пространства

Занимаемая площадь составляет всего одну десятую от площади подстанции аналогичного размера; устройство можно установить на центрах улиц, площадях и в углах заводов, что соответствует политике экономии земли.

7. Красивый внешний вид, гармоничное сочетание с окружающей средой и возможность индивидуальной настройки по требованию

Корпус изготовлен из алюминиево-цинковой стали и с использованием технологий производства контейнеров, что обеспечивает эстетичный внешний вид. Выбор цвета корпуса позволяет легко гармонировать с окружающей средой; устройство особенно подходит для городского строительства — в жилых районах, на станциях, в портах, аэропортах, парках и зелёных зонах с высокой плотностью населения. Оно может использоваться как стационарная, так и мобильная подстанция. Кроме того, коробчатые подстанции можно адаптировать по требованиям клиента: выбор материала корпуса (алюминиево-цинковая сталь, нержавеющая сталь, стеклопластик и др.), цвета, размеров и внутренней компоновки позволяет удовлетворить индивидуальные потребности в различных условиях эксплуатации.

1、Конструкция коробчатой подстанции

1. Европейский распределительный щит

В нашей стране чаще всего используются европейские коробчатые трансформаторы; их три отделения имеют форму буквы «М» или «Пинь». Наиболее распространёнными моделями являются ZBW и XWB.

В высоковольтных помещениях используются нагрузочные выключатели в виде кольцевой сети, двухлинейных или терминальных блоков — они компактны, совместимы с кольцевыми щитами и отличаются удобным дизайном. Система предотвращения случайных операций отличается высокой надежностью, а обслуживание и эксплуатация — простыми и удобными. В высоковольтном оборудовании чаще всего применяются комбинированные устройства, состоящие из нагрузочного выключателя и предохранителя; предохранитель оснащён ударником: при его перегрузке ударяющий элемент запускает механизм отключения, в результате чего нагрузочный выключатель отключается одновременно по всем трём фазам, предотвращая работу с недостаточным числом фаз. При наличии электрического механизма управления возможна автоматизация распределительной системы.

В кольцевой сети на выходе 10 кВ кабеля установлены индикаторы заземляющих неисправностей и датчики нулевого порядка.

Трансформатор может быть масляным или сухим; из-за ограниченных условий охлаждения применяется естественная вентиляция или принудительная вентиляция с верхней стороны.

В помещении низкого напряжения установлены устройства измерения и компенсации реактивной мощности; вторичные цепи и количество выходных линий могут быть проектированы в соответствии с требованиями пользователя.

Корпус изготовлен из стальной или сплавной пластины; верхняя крышка выполнена двухслойной конструкции, обеспечивающей высокую теплоизоляцию. Отдельные камеры (камера высокого напряжения, трансформаторная камера, камера низкого напряжения) разделены перегородками; для удобства наблюдения и технического обслуживания установлены дверные световые системы.

1. Американская коробчатая подстанция

Высоковольтный выключатель и трансформатор размещены в одном масляном баке; американские коробчатые трансформаторы отличаются полностью герметичной и полностью изолированной конструкцией, что обеспечивает высокий уровень безопасности и позволяет использовать их в кольцевых сетях или для подачи электроэнергии на конечные точки. На высоковольтной стороне используется четырехпозиционный нагрузочный выключатель с трифазной синхронизацией типа T или V.

Для защиты трансформатора используются резервный и вставной предохранители, соединённые последовательно. Резервный предохранитель установлен внутри корпуса трансформатора и срабатывает только при внутренних межфазных неисправностях, обеспечивая защиту высоковольтных линий; вставной предохранитель разрывается при коротком замыкании или перегрузке на вторичной стороне.

Высоковольтный кабель подключается к изолирующей оболочке с высокими изоляционными характеристиками; эта оболочка соединяется с кривоугольным кабельным разъёмом, обеспечивая полную герметизацию живых частей. Кривоугольный кабельный разъём представляет собой полностью экранированный изолирующий разъём, позволяющий подключать и отключать при полной нагрузке; он выполняет функцию автоматического выключателя. При замыкании в точке короткого замыкания кривоугольный разъём и оболочка необходимо заменить целиком.

1、Требования к эксплуатации коробчатых подстанций

1. Выбор места и основание: объект следует размещать на высокой высоте, избегая низменных участков с затоплением. При заливке бетонной платформы на стороне высокого и низкого давления необходимо предусмотреть отверстия для прохода кабелей. Если основание затронуто мусором или коррозионным грунтом, его следует выкопать до уровня плотного грунта, затем засыпать и утрамбовать, после чего добавить смесь грунта и песка или рельсовый гравий для обеспечения прочности основания.
2. Система заземления: заземление и нулевой провод используют общую сеть заземления. Обычно в четырёх углах фундамента устанавливаются заземляющие столбы, соединённые между собой в единое целое. У распределительного щита и сети заземления должны быть два надёжных соединения. После ввода в эксплуатацию необходимо регулярно проверять заземляющие соединения на отсутствие ослабления или коррозии, а также периодически измерять сопротивление заземления.
3. Вентиляция и охлаждение: основной метод — охлаждение за счёт циркуляции естественного воздуха; в окрестности не следует складывать предметы, особенно перед входом в трансформаторную камеру. Вентиляционные отверстия жалюзи необходимо регулярно очищать для обеспечения того, чтобы температура оборудования не превышала допустимую максимальную значение.
4. Устранение неисправностей: после отключения низковольтного автоматического выключателя необходимо установить причину сбоя перед восстановлением электроснабжения для предотвращения усугубления аварии.
5. Защита от перенапряжения: в высоковольтной комнате должны быть установлены гашители молний на основе оксида цинка; способ их монтажа должен обеспечивать удобство проведения испытаний и замены.
6. Проверка и испытания: оборудование в высоковольтной зоне — кольцевые выключатели, трансформаторы, грозоотводы и другое — должно регулярно проверяться и обслуживаться; неисправности необходимо своевременно выявлять и устранять; периодически проводить профилактические испытания изоляции. При вводе в эксплуатацию оборудования, находившегося в отключении более трех месяцев, следует выполнить полный набор профилактических испытаний.
7. Замена предохранителя: при замене высоковольтного предохранителя, не обладающего способностью к отключению, необходимо отключить трансформатор, правильно отключить механическое блокировочное устройство и использовать изолированную ручку для операций.
8. Запечатывание отверстий для кабелей: все входящие и выходящие отверстия для кабелей должны быть герметично закрыты для предотвращения проникновения маленьких животных и возможных аварий.
9. Обозначение и номер: должны быть установлены предупредительные знаки о опасности высокого напряжения и нумерация табличек электрического оборудования.