譚文兵 陳高輝 錢尚 汪興旺

（1. 國網(wǎng)浙江余姚市供電有限公司 2. 浙江聚弘凱電氣有限公司）

0 引言

隨著時(shí)代的變遷和人們觀念的轉(zhuǎn)變，追求人與環(huán)境的和諧共存，成為當(dāng)下城市建設(shè)的主題和目標(biāo)，越來越受到人們的青睞，這對傳統(tǒng)的城市建設(shè)布局和構(gòu)思形成了巨大的沖擊，尤其是對城市建設(shè)中存在的變電站、高壓危險(xiǎn)等輸配電設(shè)施更是提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的變電設(shè)施存在占地面積大、損耗率高、安全系數(shù)低、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，在一定程度上影響著人們的工作和生活，成為城市建設(shè)的攔路虎。

不僅如此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以信息技術(shù)為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命的到來，讓“智慧電力”和“綠色電力”的概念逐漸進(jìn)入公眾視野，用電也從最初的符合用電要求即可慢慢地走向了高端、環(huán)保、智能、互動(dòng)的方向。在如今“智慧城市”的建設(shè)熱潮中，“智慧用電”也成為了未來電力的一種新趨勢。

1 當(dāng)前電力輸配電的主要存形式及存在的問題

當(dāng)前，我國電力輸配電的主要存在形式有柱上變壓器配電、歐式箱變、美式箱變。在現(xiàn)實(shí)使用的過程中也存在諸多問題，現(xiàn)就目前電力輸配電的主要存形式及存在的問題進(jìn)行對比，如下表所示。

由此可見，傳統(tǒng)的柱上變壓器配電、歐式箱變、美式箱變或因其占地面積大，或因其安全可靠性低不能滿足當(dāng)下智慧城市建設(shè)的發(fā)展需求。為打造綠色、生態(tài)、低碳、環(huán)境適宜的健康城市和管理高效的智慧城市，環(huán)境友好型共享智慧變電站應(yīng)運(yùn)而生。

表 電力輸配電的主要存形式

2 共享智慧變電站的設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的箱式變電站相比，共享智慧變電站在其設(shè)計(jì)和安裝方式上進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，采用了地表、地下相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，地上部分由景觀型不銹鋼外殼和可靠性高、集成性強(qiáng)、低碳、環(huán)保的戶內(nèi)高壓開關(guān)柜以及戶內(nèi)低壓開關(guān)柜組成； 地下部分包括預(yù)裝式地坑和電氣性能穩(wěn)定、密封性能好的地埋式物聯(lián)網(wǎng)變壓器，以及可供選配的智能液壓自動(dòng)升降系統(tǒng)。

2.1 共享智慧變電站地上部分的設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)

（1）景觀型不銹鋼外殼的設(shè)計(jì)

景觀型外殼采用304不銹鋼板制成，其表面進(jìn)行了防銹處理和噴涂防護(hù)處理。 為了防止智慧變電站在運(yùn)行遭竊設(shè)置了自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，且設(shè)備鎖上采用防水暗鎖設(shè)計(jì)。景觀型不銹鋼外殼下方采用智能百葉窗的設(shè)計(jì)來降溫，此百葉窗系統(tǒng)通過溫度傳感器來監(jiān)測變壓器檢測基板上的溫度，判斷是否啟動(dòng)安裝在外殼下方的進(jìn)出風(fēng)機(jī)；當(dāng)溫度超過設(shè)計(jì)溫度時(shí)，進(jìn)出口風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，達(dá)到降溫效果，當(dāng)反饋的溫度降到設(shè)定的溫度值后，風(fēng)機(jī)立即停止。有效地解決了地埋變壓器在運(yùn)行過程中的散熱問題，保證了變壓器能夠安全可靠地運(yùn)行。景觀型外殼采用廣告燈箱式結(jié)構(gòu)，燈箱外殼的兩門，由壓縮氣缸助力上推，再由定位機(jī)械撐桿固定，打開角度可調(diào)，也可全角度打開，這樣方便了操作人員獨(dú)立操作，保證高、低壓配電柜有足夠的操作、維護(hù)高度空間。

燈箱外殼的兩面可以設(shè)計(jì)成單面或者雙面廣告板，光源采用發(fā)光均勻的LED元件。晚上燈亮?xí)r，LED燈使廣告板與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一。設(shè)置的LED廣告?zhèn)髅矫姘妫粌H給商家提供了商業(yè)運(yùn)營平臺(tái)，而且遏制小廣告貼的模式， 美化了城市。

共享智慧變電站還預(yù)留了人機(jī)交互界面窗口，可以與當(dāng)?shù)卣块T的調(diào)度、治安、交通、指揮等中心的信息樞組對接，從而實(shí)現(xiàn)智慧城市終端服務(wù)平臺(tái)，箱體內(nèi)部預(yù)留并可收納移動(dòng)、聯(lián)通、電信等互聯(lián)網(wǎng)終端機(jī)，減少設(shè)備單獨(dú)占用公路或路面的公共資源。

智能人機(jī)界面終端機(jī)在監(jiān)控時(shí)段如發(fā)生特殊短路或出現(xiàn)故障信息，通過本體的GSM通信系統(tǒng)功能可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)第一時(shí)間與維護(hù)技術(shù)人員發(fā)送提示信息，讓維護(hù)人員及時(shí)上門處理，減少社會(huì)資源的損失。

本共享智慧變電站還可作為“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的線下終端，實(shí)現(xiàn)城市公共信號(hào)傳遞、信息傳送、媒介展示、區(qū)域通知、文化娛樂、新聞發(fā)布、移動(dòng)服務(wù)、及信號(hào)基站發(fā)射等城市智慧智能終端功能。

（2）戶內(nèi)高低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)

戶內(nèi)高壓開關(guān)柜采用環(huán)保氣體作為絕緣介質(zhì)，符合綠色電力的要求。高壓柜采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高壓柜全狀態(tài)感知，集智能控制與數(shù)據(jù)服務(wù)為一體，將一二次設(shè)備深度融合，配合多種工業(yè)傳感器的使用，實(shí)現(xiàn)高壓柜全部電氣電參量、內(nèi)部溫濕度、局放、母線溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

低壓配電柜，配備8路出線，側(cè)面安裝供電計(jì)量和路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備，低壓柜母線采用高精度溫度傳感器，對母排的溫度實(shí)施在線監(jiān)測并上傳至監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心根據(jù)電子地圖上由高低壓柜上傳的信息能夠做到精準(zhǔn)定位，及時(shí)準(zhǔn)確地做出相應(yīng)的判斷，實(shí)現(xiàn)遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、遙試“五遙”的功能。

共享智慧變電站地上部分的設(shè)計(jì)從綠色供電、智慧交互、資源共享三個(gè)維度，創(chuàng)造性提出了全新的電力設(shè)施建設(shè)理念，在實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備可靠運(yùn)行的同時(shí)又通過共享式景觀和智慧交互設(shè)計(jì)，使得冰冷的科技與充滿活力的自然環(huán)境相融合，創(chuàng)造出一種科技美學(xué)的特殊感受。獨(dú)創(chuàng)性設(shè)計(jì)理念，將電力科技和生態(tài)環(huán)境保護(hù)、城市景觀設(shè)計(jì)相融合，在不占用綠地的情況下，實(shí)施了共享開放休閑體驗(yàn)平臺(tái)，保護(hù)了城市生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了資源集約利用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好、消除公眾對電力設(shè)施敏感問題的過度擔(dān)憂，提升了公眾對電網(wǎng)建設(shè)的認(rèn)可度，滿足了合理布點(diǎn)的技術(shù)要求，節(jié)約了通道資源和設(shè)備投資，減少相關(guān)設(shè)備重復(fù)投資，提升園區(qū)綜合管理效能，提高了配電設(shè)備的安全可靠性，實(shí)現(xiàn)了配電站與城市周圍景觀的協(xié)調(diào)。

2.2 共享智慧變電站地下部分的設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)

（1）預(yù)裝式地坑的設(shè)計(jì)

地埋變的地坑基礎(chǔ)在工廠預(yù)制，預(yù)制的地坑基礎(chǔ)采用6mm以上鋼板預(yù)壓成型，表面涂層處理；全密封結(jié)構(gòu)，確保地表水及其他雜物不能進(jìn)入地坑內(nèi)；也可采用預(yù)制式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的防水技術(shù)處理，確保基礎(chǔ)不滲漏；地坑底部設(shè)置有集水池，并安裝有受自動(dòng)排水系統(tǒng)控制的潛水泵；其排水系統(tǒng)由不銹鋼水泵、高、低水位傳感器以及控制系統(tǒng)組成，當(dāng)?shù)乜觾?nèi)部積水超過設(shè)定高度時(shí)，高水位傳感器就會(huì)觸發(fā)潛水泵啟動(dòng)，排除積水；當(dāng)水位高度降到與地坑底面平齊時(shí)，觸發(fā)低水位傳感器使?jié)撍米詣?dòng)關(guān)閉。

地坑內(nèi)安裝有高低壓電纜安裝支架，方便電纜安裝與固定；地坑內(nèi)安裝有防水照明燈，方便檢修；基礎(chǔ)頂蓋設(shè)有可打開的防水型檢修孔。

（2）物聯(lián)網(wǎng)變壓器的設(shè)計(jì)

為適應(yīng)電力物聯(lián)網(wǎng)的需求，使變壓器自身具備聯(lián)網(wǎng)功能，智慧共享變電站采用了一種綜合監(jiān)測產(chǎn)品，對變壓器運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測，對變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便對變壓器故障進(jìn)行預(yù)判和告警，避免因變壓器問題而產(chǎn)生大面積停電事故，減少停電損失。

物聯(lián)網(wǎng)變壓器選用304不銹鋼板，結(jié)構(gòu)為全絕緣、全密封式，防護(hù)等級達(dá)到IP68能夠承受70kpa壓力，確保在運(yùn)輸、安裝過程中變壓器無損傷以及不得出現(xiàn)永久變形等問題，還有效防止氧氣、水份的進(jìn)入而導(dǎo)致變壓器絕緣性能下降。變壓器器身采用專門配套的低損耗、高效率的變壓器，采用三相三柱式卷鐵心結(jié)構(gòu)，電壓質(zhì)量高，中性點(diǎn)不漂移，低損耗，低噪聲；采用低壓為銅箔、高壓為銅線一體繞制的圓形線圈；絕緣耐熱等級為B級，具備較大的溫升裕度。地下式變壓器完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。

物聯(lián)網(wǎng)變壓器通過電壓、電流互感器上預(yù)留插口接入監(jiān)測電子模塊實(shí)現(xiàn)油變的油位、油溫，低壓側(cè)三相電壓、電流的監(jiān)測。電子模塊具備數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能，整體采用3層架構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測由變壓器上安裝的電子裝置實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸至云數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及分析，客戶端向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互展示。

變壓器將本體、熔斷器、分接開關(guān)及相應(yīng)輔助傳感器組合在一起，采用特定的密封技術(shù)，能在一定時(shí)段內(nèi)浸沒在水中運(yùn)行，防護(hù)等級為IP68。采用S11系列低損耗產(chǎn)品或非晶合金鐵心的產(chǎn)品，空載損耗及負(fù)載損耗都有很大程度的降低，所以發(fā)熱量低，過載能力強(qiáng)。

物聯(lián)網(wǎng)變壓器高、低壓連接器的連接部位使用雙密封倉裝置機(jī)械保護(hù)，其第一層為硅膠可分離插拔頭連接器與變壓器密封連接，第二層由連接器外部澆注比重大于水的液態(tài)絕緣材料和密封式的不銹鋼密封艙做二次保護(hù)，確保即使地埋式物聯(lián)網(wǎng)變壓器整體浸在水中也能夠運(yùn)行。

采用低溫性能好，粘度特性優(yōu)質(zhì)的環(huán)烷基礦物油來作為介質(zhì)，此介質(zhì)在變壓器溫度升高時(shí)，粘度會(huì)顯著降低，流動(dòng)速度加快，從而提高變壓器的散熱能力。 采用的環(huán)烷基礦物油不僅具有良好的抗氧化作用，而且其絕緣強(qiáng)度高，熄弧能力強(qiáng)，能確保變壓器正常運(yùn)行條件下20年免維護(hù)。

（3）智能液壓自動(dòng)升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

共享智慧變電站地下部分自動(dòng)化程度高，基于柔性電纜應(yīng)用技術(shù)的全天候智能液壓自動(dòng)升降系統(tǒng)，通過柔性電纜和配變模塊化預(yù)制式接口方案，采取三維同步馬達(dá)智能驅(qū)動(dòng)液壓升降控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地埋變系統(tǒng)帶電運(yùn)行狀態(tài)下全工況全天候智能升降調(diào)控。

3 共享智慧變電站的優(yōu)勢和應(yīng)用場景

3.1 共享智慧變電站的優(yōu)勢

1）節(jié)能環(huán)保：占地小，易安裝，減少低壓線材，減少損耗，節(jié)材又節(jié)能。

2）較少噪聲和輻射：避免了對居民的噪聲滋擾，消除了人們對電磁輻射的生理上和心理上的影響。

3）供電可靠性高：免維護(hù)、抗?jié)澈Φ耐瑫r(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測智慧變電站的運(yùn)行狀態(tài)，讓“智慧電力”的概念逐漸進(jìn)入公眾視野。

4）美化環(huán)境：對四周的環(huán)境起到美化和協(xié)調(diào)作用，成為城市中的一道亮麗風(fēng)景。

5）創(chuàng)造收益：商家可以通過轉(zhuǎn)包或者租賃燈箱外殼廣告位等形式經(jīng)營運(yùn)作，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

6）資源共享：變電站與園林景觀的融為一體，最大程度上實(shí)現(xiàn)資源的集約化利用；變電站與園區(qū)信息共享，能夠避免重復(fù)投資并且提高園區(qū)的管理效率。

3.2 共享智慧能源配電站廣泛適用于以下場合

1）城區(qū)供電末端電源點(diǎn)布點(diǎn)難的場所。通過改善供電設(shè)施與環(huán)境的良好融合，優(yōu)秀的信息互動(dòng)和資源共享，解決城區(qū)供電末端電源點(diǎn)布點(diǎn)難題。

2）高端用電客戶、生態(tài)景區(qū)、商業(yè)綜合體等需要提供清潔能源配置方案的場合。通過重大工程項(xiàng)目的成功運(yùn)用，為高端用電客戶、生態(tài)景區(qū)、商業(yè)綜合體等提供清潔能源配置方案。通過建設(shè)共享智慧能源配電站，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)供電方案、景觀方案的協(xié)調(diào)優(yōu)化，并解決信息交互、展示、公眾服務(wù)載體的重復(fù)建設(shè)問題，實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)能源的清潔化、集約化、智能化配置。

3）城區(qū)及生態(tài)公益區(qū)建設(shè)改造場所。城區(qū)及生態(tài)公益區(qū)建設(shè)改造時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境、能源、信息的智慧共享和資源的集約利用、和諧發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，共享智慧變電站作為一種新型的環(huán)境友好型城市配電設(shè)備，相比傳統(tǒng)箱變具有節(jié)能環(huán)保、外形美觀、可靠性高等特點(diǎn)外，可以有效地解決路燈供電設(shè)施與道路環(huán)境美觀之間的矛盾，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，以清潔供電為基礎(chǔ)，以智能互動(dòng)為載體，以協(xié)作共享為突破，綜合融入電網(wǎng)技術(shù)、城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)、園林景觀設(shè)計(jì)、智能裝備等設(shè)計(jì)理念的共享智慧變電站在城市道路照明工程中和智慧城市的建設(shè)中具有廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展空間。