摘 要:【目的】在落實(shí)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)任務(wù)的大背景下,光伏發(fā)電的市場(chǎng)前景廣闊。光伏發(fā)電用的升壓華式箱式變電站,根據(jù)油浸式變壓器高低壓端子位置的不同,設(shè)計(jì)兩種不同結(jié)構(gòu)形式的布置方案,分別為品字形布置和L形布置。不同廠家設(shè)計(jì)的布置方案不同,為了確定最優(yōu)的布置方案,有必要對(duì)這兩種布置方案進(jìn)行分析?!痉椒ā酷槍?duì)華式箱式變電站的兩種布置方式,使用Creo4.0軟件1:1詳細(xì)繪制出兩種方案的三維模型,分別從布置方案、重量成本、銅排成本、外形成本、起吊方式、運(yùn)輸方案等方面進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析?!窘Y(jié)果】根據(jù)不同維度的對(duì)比分析,確定新能源光伏華式箱式變電站品字形布置在外形成本、起吊方式和運(yùn)輸方案等方面有優(yōu)勢(shì),L形在銅排成本方面有優(yōu)勢(shì)?!窘Y(jié)論】綜合來(lái)講,采用品字形布置方案可以有效地降低光伏華式箱式變電站的成本。
關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電;華式箱變;品字形布置;L形布置;對(duì)比分析
中圖分類號(hào):TM615" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " 文章編號(hào):1003-5168(2024)14-0011-04
DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.002
Comparison and Analysis of Different Layout Schemes Photovoltaic Power Generation Chinese Pre-Fabricated Substation
Abstract: [Purposes] In the context of“Peak carbon”and “Carbon neutrality”, photovoltaic power generation still has a bright future. According to the difference of high voltage and low voltage terminals of oil-immersed type transformer, two kinds of Chinese Pre-Fabricated substation structure are designed, which are character-type and L-type. The layout schemes designed by different manufacturers are different. In order to determine the optimal layout scheme, it is necessary to analyze these two layout schemes.[Methods] According to the two arrangement modes of Chinese Pre-Fabricated substation,the three-dimensional model of the two schemes was drawn in detail by using Creo4.0 software at 1:1,the detailed comparative analysis was carried out from the appearance cost, lifting mode and transportation scheme, and L-type has advantages in copper row cost.[Findings] According to the comparative analysis of different dimensions, it is determined that the font layout of new energy photovoltaic Huabian products has advantages in reducing the photovoltaic Pre-Fabricated substation cost.[Conclusions] Generally speaking, the use of the character layout scheme can effectively aspects of arrangement scheme weight cost, copper bar cost, shape cost, lifting mode and transportation scheme.
Keywords: photovoltaic power generation; Chinese pre-fabricated substation; character-type layout;L-type layout;comparison and analysis
0 引言
華式箱變是介于傳統(tǒng)美式與歐式箱變之間的一種箱式變電站,由中國(guó)獨(dú)創(chuàng)[1]。美式箱變將負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器裝在變壓器油箱里,如果出現(xiàn)短路故障,當(dāng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)作,熔斷器熔斷時(shí)會(huì)瞬間分解變壓器油,產(chǎn)生瓦斯氣體,易污染變壓器油和絕緣材料,從而縮短變壓器的使用壽命,但致命的缺點(diǎn)是美式箱變高壓側(cè)無(wú)明顯可見(jiàn)斷點(diǎn),不利于檢修和維護(hù)。歐式箱變體積龐大、成本高,影響整個(gè)項(xiàng)目的建站成本,不利于新能源行業(yè)的發(fā)展。
隨著光伏發(fā)電項(xiàng)目的推廣[2],箱式變電站在光伏發(fā)電[3]項(xiàng)目中的應(yīng)用體量龐大。華式箱式變電站集美式與歐式箱變優(yōu)點(diǎn)于一身,因此華式箱變?cè)诠夥l(fā)電市場(chǎng)應(yīng)用較多[4],此種箱變主要分為高壓室、低壓室及變壓器。變壓器油箱和散熱器安裝于箱變外側(cè),變壓器散熱好、過(guò)負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)維成本低,可保證自然通風(fēng)條件下長(zhǎng)期運(yùn)行。高壓室安裝斷路器(或負(fù)荷開(kāi)關(guān)熔斷器)、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器等元件。高壓室的雙層門具有完善的五防聯(lián)鎖。同時(shí),內(nèi)門安裝觀察窗,可直接觀察開(kāi)關(guān)設(shè)備的分合閘狀態(tài)。低壓室內(nèi)部安裝低壓柜,低壓柜安裝框架斷路器、塑殼斷路器等元件??紤]到新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性,低壓側(cè)還需要加強(qiáng)絕緣措施,保證箱變的安全運(yùn)行,主要包括增加絕緣距離、母線流化、安裝保護(hù)盒等措施。
從運(yùn)用場(chǎng)景來(lái)看,相較于歐式箱變,華式箱變的成本明顯偏低,并且同樣的容量,華式箱變要比歐式箱變的過(guò)負(fù)荷能力強(qiáng);相較于美式箱變,華式箱變更加安全,特別是運(yùn)用于4 000 KV·A以上容量,美式箱變由于熔斷器的緣故無(wú)法把容量提上去。因此,素有“緊湊形歐式箱變”美名的華式箱變[5]在保證安全的前提下,可有效降低整個(gè)項(xiàng)目建站成本,受到廣大發(fā)電集團(tuán)的青睞。
鑒于華式箱變龐大的市場(chǎng)需求,有必要對(duì)華式箱變的布置結(jié)構(gòu)做定向研究,根據(jù)油浸式變壓器高低壓端子的布置方向,將華式箱變高壓室和低壓室設(shè)置在不同的方向,形成了品字形或L形布置方式,布置方式的不同對(duì)成本、起吊和運(yùn)輸各個(gè)方面均有影響。
1 布置方案
以下是某變電站品字形或L形布置方案,采用Creo4.0軟件1:1繪制,并根據(jù)需要轉(zhuǎn)化為PDF圖紙,如圖1和圖2所示。高壓室采用充氣柜,低壓柜18回。品字形指變壓器高低壓端子位于同一側(cè),箱變變壓器在一側(cè),高低壓室在另外一側(cè)的“品”字,品字形長(zhǎng)度方向小,深度方向大;L形指變壓器高低壓端子位于兩側(cè),高壓室和低壓室圍著變壓器,使高低壓室形成了L形,L形長(zhǎng)度方向長(zhǎng),深度方向小。
品字形框架斷路器端子與變壓器端子位于不同側(cè),銅排搭接路徑較長(zhǎng),銅排用量較多;L形框架斷路器端子與變壓器端子正對(duì),直接連接,銅排用量較少。品字形華式箱變起吊時(shí),主要起吊變壓器,箱變底座承重小,底座槽鋼可選用小形號(hào)的10#槽鋼;L形華式箱變起吊時(shí),需要起吊箱變底座,底座槽鋼一般選用16#槽鋼。
2 成本分析
2.1 外形分析
品字形箱變底架外形2 300 mm×3 400 mm,L形箱變底架外形4 800 mm×2 100 mm,外形對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。L形華式箱變的占地面積比品字形的占地面積多了2.26 m2,大了28.9%。品字形華式箱變占地面積較小,利于電站節(jié)省土地,節(jié)約成本。針對(duì)有些電站,劃撥土地時(shí)按圓形,此時(shí),品字形更有利。
2.2 重量分析
品字形和L形華式箱變外殼如圖3和圖4所示。品字形華式箱變由于占地面積小和底座槽鋼小,品字形華式箱變外殼重量輕,外殼僅重1 305 kg;L形華式箱變由于占地面積較大和底座槽鋼較大,外殼較重,外殼重1 831 kg。品字形比L形重量少526 kg,按鋼板加表面處理每千克7元計(jì)算,品字形比L形材料成本少3 682元。
2.3 銅排分析
品字形華式箱變框架斷路器上端子與變壓器端子相距較遠(yuǎn),框架端子與變壓器端子位于兩個(gè)平面,需要轉(zhuǎn)接,銅排路徑較長(zhǎng),如圖5所示。上分支銅排重85.2 kg,按銅排每千克70.85元計(jì)算,上分支銅排成本6 036.42元。
L形華式箱變框架斷路器上分支銅排直接與變壓器端子連接,框架端子與變壓器端子位于同一個(gè)平面,路徑較短,如圖6所示。上分支銅排重43.08 kg,按銅排每千克70.85元計(jì)算,上分支銅排成本3 052.22元。
品字形華式箱變比L形銅排成本多2 984.2元。綜合外殼和銅排,品字形華式箱變比L形成本少697.8元。
3 運(yùn)輸方案分析
新能源箱變通常使用板車進(jìn)行運(yùn)輸,17.5 m板車和13.75 m板車。由于光伏發(fā)電項(xiàng)目道路普遍修的比較窄,道路轉(zhuǎn)彎半徑小,最常用的是13.75 m的板車。品字形華式箱變和L形華式箱變的運(yùn)輸方案如圖7和圖8所示。由于布置方案和變壓器的影響,結(jié)合前半部分計(jì)算的重量和對(duì)比分析,品字形華式箱變1臺(tái)重11 t,L形華式箱變1臺(tái)重12 t。
一輛13.75 m板車的承重極限是33 t,可以拉3臺(tái)品字形華式箱變,而L形華式箱變3臺(tái)總重36 t,3臺(tái)總長(zhǎng)超板車1.15 m(后部會(huì)懸空),無(wú)論是從重量方面還是長(zhǎng)度方面考慮,一輛車均可拉2臺(tái)L形華式箱變。針對(duì)運(yùn)輸方案,品字形華式箱變更有優(yōu)勢(shì)。
4 起吊方案
品字形華式箱變的起吊方式為4點(diǎn)起吊,使用4根短吊帶或2根長(zhǎng)吊帶,起吊變壓器4個(gè)吊耳,吊具簡(jiǎn)單。底座不承重起吊時(shí)整個(gè)箱變的重量,底座高度可以減小40%。品字形華式箱變起吊方案如圖9所示。
L形華式箱變起吊方案為5點(diǎn)起吊,使用吊梁1根、吊帶7根、D形扣4只,5個(gè)起吊點(diǎn)分別為變壓器2吊點(diǎn)、底座3吊點(diǎn),吊具復(fù)雜,起吊方案復(fù)雜。底座需要承重整個(gè)變壓器,底座高度高L形華式箱變起吊方案如圖10所示。針對(duì)起吊方案,品字形華式箱變更有優(yōu)勢(shì)。
5 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)以上分析,從占地面積來(lái)說(shuō),品字形華式箱變占地面積小,有優(yōu)勢(shì);從成本方面來(lái)說(shuō),品字形外殼成本低,銅排成本高,綜合下來(lái)品字形成本低;從運(yùn)輸來(lái)說(shuō),品字形華式箱變一輛車可運(yùn)輸3臺(tái),L形僅能運(yùn)輸2臺(tái),品字形運(yùn)輸成本低;從起吊方案來(lái)說(shuō),品字形華式箱變起吊方案簡(jiǎn)單,吊具簡(jiǎn)潔,L形起吊方案復(fù)雜,吊具成本高,品字形起吊成本低。
從外形結(jié)構(gòu)、成本、運(yùn)輸和起吊方面來(lái)看,針對(duì)高壓側(cè)使用充氣柜的光伏華式箱變,品字形布置方案比L形布置方案更有利,采用品字形布置方案可有效降低光伏華式箱變成本。
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