1MW户外箱式变电站在光伏并网发电系统中的应用

摘要：针对可再生能源的发展，功率的不断增加，地理环境等因素的限制及光伏并网发电系统在世界各国应用，一种新型的具有防冻、防裂、防腐、隔热、保温和防凝露的户外箱式变电站就随之诞生了。
户外箱式变电站是当今并网配电系统最经济、最安全、最科学的一种配电装置。它是集高压开关、变压器、逆变器为一体的具有预装和可移动不需人员值守的配电装置。 叙词：户外箱式变电站 外观设计 布局设计 地基设计 风道设计 Abstract：In view of the development of renewable energy, power continues to increase, geographical and environmental constraints and grid-connected PV system applications in the world, with a new type of antifreezecrackingcorrosionheat insulationthermal insulation and anti- Gel outdoor box-type substation on the attendant was born.　　Outdoor box-type substations are the most economical distribution system, the safest, most of science as a distribution device in grid-connected PV system Today.It is a high-voltage switchgeartransformersPV inverter together with pre-installed and removable without staff on duty power distribution device. Keyword：Outdoor box-type substation, Aspects designs, Layout design, Foundation design, Wind design

 1 引言

1MW户外箱式变电站就是将两台500KTL的并网逆变器组成一个1MW小型光伏并网变电站，然后以1MW为一个单位去组成功率更大的、更多的并网发电系统。当今城市改造环境要求越来越高,因此和城市环境配套的设备不但要满足自身性能和特点的要求,还需要满足与城市环境、环境保护相匹配的要求。户外箱式变电站的设计选择何种材料、设计何种结构和外形显得尤为重要。本文提出一种户外箱式变电站，能很好解决以上问题。

 2 外观及箱体的设计

外观及箱体的设计需要考虑以下诸因素，其外观见图1。

⑴考虑到与大自然的协调统一，所以户外房的顶部设计成蓝色为的是和蓝天相互辉映；顶部的装饰瓦片的形状是为了和我们居住的房屋协调统一，给人以美的享受；侧面主立柱的颜色和公司产品的外观一致，体现了企业的文化，外形美观，环境协调性好，更具有人性化的设计。

 ⑵箱体采用模块化设计，全部采用螺栓或（铆钉）连接，既便于组装，又方便更换损坏的部件。

 ⑶主体结构采用耐腐蚀能力极强的敷铝锌板，外观颜色的可选择性使它能更好的与现代建筑群协调。

 ⑷特殊的房顶设计使其具有隔热、保温和防凝露滴落等多种功能，同时房顶可以很方便地吊起，逆变器和变压器及环网柜都可以由上至下就位。

⑸箱体底部两侧装有推拉式起吊装置，可方便起吊、运输、安装。

 
图1 1MW户外箱式变电站外观

 3 材料的设计和选择

3.1 主体材料使用覆铝锌板具有高防腐性能和强度性能的钢板，其主要成分和性能如下：

 ⑴覆铝锌板的成份：
    ①55% Al，43.4% Zn，1.6% Si；
    ②镀层厚：20μm，双面(镀锌板：20μm，双面)；
    ③Al/Zn用量：150g/m2(镀锌板：275g/m2)。

    ⑵覆铝锌板的性能：
    ①具有很强的耐腐蚀能力；
    ②平整度高，可以最大限度的反射热量；
    ③吸引力的外观，表面不需要喷塑或其它处理；
    ④强度高，耐机械冲击；
    ⑤覆铝锌板的寿命长，是镀锌钢板寿命的3.5～5倍。

3.2辅助材料使用的是防木结构的一种特殊的塑料板，其主要的性能如下：

    ⑴具有很好的美化效果；
    ⑵具有极强的抗暴晒、抗辐射及隔热能力；
    ⑶具有极好的防冻、防裂、防腐特性；
    ⑷具有极好的防潮阻燃性能、在聚冷、聚热环境温度变化下，不会产生凝露；
    ⑸具有“全天候”使用性能，可和周围环境相协调；
    ⑹外形结构及装饰色彩可选择性大；
    ⑺箱体有极强的抗风化性,使用寿命可达五十年之久。

4 布局设计

整个户外房有三部分组成：低压室、变压器室、高压室。箱体内部用金属钢板分隔成为高压室、变压器室、低压室、各室间严格隔离。结构布局分为“品”字型，“目”字型低压室有两台并网逆变器和两台直流配电柜及一台交流配电柜组成；变压器室中放置一台10kV的变压器；高压室里是一台环网柜，布局如图2。并网逆变器平行排列主要是为了减少户外房的宽度，以利于整体运输发货。

图2 1MW户外箱式变电站结构布局

5 内部电缆线路设计

考虑到世界各个地区使用环境的差异，为客户设计了两种电缆的进出线方式以利于用户选择。

⑴客户可能使用的条件比较恶劣，或是考虑到降低成本，那么只需要将户外房所在的地方整理平整，铺上一层水泥即可。户外房的底座左右两侧设计有进出线电缆孔，电缆经过光伏阵列后经过汇流箱到直流配电柜，然后到并网逆变器转换成交流输出后到交流配电柜，再由交流配电柜到变压器，然后经过环网柜到并网发电。

 ⑵设计水泥的地基底座，电缆经过水泥地基从户外房的底部到直流配电柜，然后到并网逆变器转换成交流输出后到交流配电柜，再由交流配电柜到变压器，然后经过环网柜底部输出到并网发电。地基安装示意图见图3。地基底部外观图如图4所示。

图3 地基安装示意图

图4 地基底部外观图

 6 风道设计

采用强制通风和自然通风相结合的风道设计。采用户外房上部增加风扇强制向外抽风，在户外房的下部形成负压而自然进风的模式，这种设计的方式可以很迅速的将室内主机、变压器等产生的热量排除。

自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室内外大气运动引起的风来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。它不消耗机械动力，同时，在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量。是最经济、可靠、且免维护的通风方式。

自然通风的作用原理：根据流体力学原理，如果建筑的窗孔两端存在压差Δp，空气就会流过该窗孔，且其与流速v的平方成正比。其关系表示如下式：

   
    Δp――窗孔两侧的压力差（Pa）；
    v――－空气通过窗孔时的流速（m/s）；
    ρ―――空气密度（kg/m3）；
    ζ―――窗孔的局部阻力系数，它是窗孔存在压差的情况下，换气量能力的固有特性，只与其物理尺寸，结构有关。上式表明，只要在窗孔两侧存在压差，就会有自然通风，那如何才能产生压差呢？

    T_j为室内温度，T₀为室外温度，且T_j>T₀。

图5 自然通风的作用原理

由流体静力学原理可知，大气压力与距地面的高程有关：离地面越高，压力越小。由高差引起的压力差等于高差×空气密度×重力加速度。而且，空气密度还和温度有关，温度越高，密度越小。在下部窗孔，窗孔内外温度基本相同。但由于高差的作用，下部窗孔的外部压力大于室内的压力，即a₀大于a_j，将有室外冷风流入室内。在上部窗孔，由于热源的作用，室内空气温度大于室外，室内压力也大于室外，即b_j>b₀，将有室内热空气流向室外。

图6 强制通风和自然通风相结合的结构

7 结论

 我国箱式变电站生产虽有一定的历史，但其中箱式变电站箱体大部分采用普通钢板、铝板、不锈钢板等金属材料制作。前者防腐能力差、易锈蚀，后者价格昂贵，且不美观，外观很难和环境协调，若是单层钢板制作的更存在抗暴晒、抗阳光辐射性差、易凝漏的缺陷。

本文提出的敷铝锌板+防木条的结构既能解决腐能力差、易锈蚀又能有效的防冻、防裂、防潮阻燃性能、在聚冷、聚热环境温度变化下；不会产生凝露且可和周围环境相协调。该技术还将大量的用在风力发电系统中。

参考文献
[1] 边玉洁.北京ABB高压开关设备有限公司,箱式变电站的应用,2008
[2] 浙江海瑞电器有限公司.产品手则