1MW戶外箱式變電站在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應用

1 引言

1MW戶外箱式變電站就是將兩臺500KTL的并網(wǎng)逆變器組成一個1MW小型光伏并網(wǎng)變電站，然后以1MW為一個單位去組成功率更大的、更多的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。當今城市改造環(huán)境要求越來越高,因此和城市環(huán)境配套的設備不但要滿足自身性能和特點的要求,還需要滿足與城市環(huán)境、環(huán)境保護相匹配的要求。戶外箱式變電站的設計選擇何種材料、設計何種結(jié)構(gòu)和外形顯得尤為重要。本文提出一種戶外箱式變電站，能很好解決以上問題。

2 外觀及箱體的設計

外觀及箱體的設計需要考慮以下諸因素，其外觀見圖1。

⑴考慮到與大自然的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，所以戶外房的頂部設計成藍色為的是和藍天相互輝映；頂部的裝飾瓦片的形狀是為了和我們居住的房屋協(xié)調(diào)統(tǒng)一，給人以美的享受；側(cè)面主立柱的顏色和公司產(chǎn)品的外觀一致，體現(xiàn)了企業(yè)的文化，外形美觀，環(huán)境協(xié)調(diào)性好，更具有人性化的設計。

⑵箱體采用模塊化設計，全部采用螺栓或（鉚釘）連接，既便于組裝，又方便更換損壞的部件。

⑶主體結(jié)構(gòu)采用耐腐蝕能力極強的敷鋁鋅板，外觀顏色的可選擇性使它能更好的與現(xiàn)代建筑群協(xié)調(diào)。

⑷特殊的房頂設計使其具有隔熱、保溫和防凝露滴落等多種功能，同時房頂可以很方便地吊起，逆變器和變壓器及環(huán)網(wǎng)柜都可以由上至下就位。

⑸箱體底部兩側(cè)裝有推拉式起吊裝置，可方便起吊、運輸、安裝。

圖1 1MW戶外箱式變電站外觀

3 材料的設計和選擇

3.1 主體材料使用覆鋁鋅板具有高防腐性能和強度性能的鋼板，其主要成分和性能如下：

⑴覆鋁鋅板的成份：
①55% Al，43.4% Zn，1.6% Si；
②鍍層厚：20μm，雙面(鍍鋅板：20μm，雙面)；
③Al/Zn用量：150g/m2(鍍鋅板：275g/m2)。

⑵覆鋁鋅板的性能：
①具有很強的耐腐蝕能力；
②平整度高，可以最大限度的反射熱量；
③吸引力的外觀，表面不需要噴塑或其它處理；
④強度高，耐機械沖擊；
⑤覆鋁鋅板的壽命長，是鍍鋅鋼板壽命的3.5～5倍。

3.2輔助材料使用的是防木結(jié)構(gòu)的一種特殊的塑料板，其主要的性能如下：

⑴具有很好的美化效果；
⑵具有極強的抗暴曬、抗輻射及隔熱能力；
⑶具有極好的防凍、防裂、防腐特性；
⑷具有極好的防潮阻燃性能、在聚冷、聚熱環(huán)境溫度變化下，不會產(chǎn)生凝露；
⑸具有“全天候”使用性能，可和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；
⑹外形結(jié)構(gòu)及裝飾色彩可選擇性大；
⑺箱體有極強的抗風化性,使用壽命可達五十年之久。

4 布局設計

整個戶外房有三部分組成：低壓室、變壓器室、高壓室。箱體內(nèi)部用金屬鋼板分隔成為高壓室、變壓器室、低壓室、各室間嚴格隔離。結(jié)構(gòu)布局分為“品”字型，“目”字型低壓室有兩臺并網(wǎng)逆變器和兩臺直流配電柜及一臺交流配電柜組成；變壓器室中放置一臺10kV的變壓器；高壓室里是一臺環(huán)網(wǎng)柜，布局如圖2。并網(wǎng)逆變器平行排列主要是為了減少戶外房的寬度，以利于整體運輸發(fā)貨。

圖2 1MW戶外箱式變電站結(jié)構(gòu)布局

5 內(nèi)部電纜線路設計

考慮到世界各個地區(qū)使用環(huán)境的差異，為客戶設計了兩種電纜的進出線方式以利于用戶選擇。

⑴客戶可能使用的條件比較惡劣，或是考慮到降低成本，那么只需要將戶外房所在的地方整理平整，鋪上一層水泥即可。戶外房的底座左右兩側(cè)設計有進出線電纜孔，電纜經(jīng)過光伏陣列后經(jīng)過匯流箱到直流配電柜，然后到并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流輸出后到交流配電柜，再由交流配電柜到變壓器，然后經(jīng)過環(huán)網(wǎng)柜到并網(wǎng)發(fā)電。

⑵設計水泥的地基底座，電纜經(jīng)過水泥地基從戶外房的底部到直流配電柜，然后到并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流輸出后到交流配電柜，再由交流配電柜到變壓器，然后經(jīng)過環(huán)網(wǎng)柜底部輸出到并網(wǎng)發(fā)電。地基安裝示意圖見圖3。地基底部外觀圖如圖4所示。

圖3 地基安裝示意圖

圖4 地基底部外觀圖

6 風道設計

采用強制通風和自然通風相結(jié)合的風道設計。采用戶外房上部增加風扇強制向外抽風，在戶外房的下部形成負壓而自然進風的模式，這種設計的方式可以很迅速的將室內(nèi)主機、變壓器等產(chǎn)生的熱量排除。

自然通風是指利用建筑物內(nèi)外空氣的密度差引起的熱壓或室內(nèi)外大氣運動引起的風來引進室外新鮮空氣達到通風換氣作用的一種通風方式。它不消耗機械動力，同時，在適宜的條件下又能獲得巨大的通風換氣量。是最經(jīng)濟、可靠、且免維護的通風方式。

自然通風的作用原理：根據(jù)流體力學原理，如果建筑的窗孔兩端存在壓差Δp，空氣就會流過該窗孔，且其與流速v的平方成正比。其關(guān)系表示如下式：

ΔpDD窗孔兩側(cè)的壓力差（Pa）；
vDD－空氣通過窗孔時的流速（m/s）；
ρDDD空氣密度（kg/m3）；
ζDDD窗孔的局部阻力系數(shù)，它是窗孔存在壓差的情況下，換氣量能力的固有特性，只與其物理尺寸，結(jié)構(gòu)有關(guān)。上式表明，只要在窗孔兩側(cè)存在壓差，就會有自然通風，那如何才能產(chǎn)生壓差呢？

T_j為室內(nèi)溫度，T₀為室外溫度，且T_j>T₀。

圖5 自然通風的作用原理

由流體靜力學原理可知，大氣壓力與距地面的高程有關(guān)：離地面越高，壓力越小。由高差引起的壓力差等于高差×空氣密度×重力加速度。而且，空氣密度還和溫度有關(guān)，溫度越高，密度越小。在下部窗孔，窗孔內(nèi)外溫度基本相同。但由于高差的作用，下部窗孔的外部壓力大于室內(nèi)的壓力，即a₀大于a_j，將有室外冷風流入室內(nèi)。在上部窗孔，由于熱源的作用，室內(nèi)空氣溫度大于室外，室內(nèi)壓力也大于室外，即b_j>b₀，將有室內(nèi)熱空氣流向室外。

圖6 強制通風和自然通風相結(jié)合的結(jié)構(gòu)

7 結(jié)論

我國箱式變電站生產(chǎn)雖有一定的歷史，但其中箱式變電站箱體大部分采用普通鋼板、鋁板、不銹鋼板等金屬材料制作。前者防腐能力差、易銹蝕，后者價格昂貴，且不美觀，外觀很難和環(huán)境協(xié)調(diào)，若是單層鋼板制作的更存在抗暴曬、抗陽光輻射性差、易凝漏的缺陷。

本文提出的敷鋁鋅板+防木條的結(jié)構(gòu)既能解決腐能力差、易銹蝕又能有效的防凍、防裂、防潮阻燃性能、在聚冷、聚熱環(huán)境溫度變化下；不會產(chǎn)生凝露且可和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。該技術(shù)還將大量的用在風力發(fā)電系統(tǒng)中。

參考文獻
[1] 邊玉潔.北京ABB高壓開關(guān)設備有限公司,箱式變電站的應用,2008
[2] 浙江海瑞電器有限公司.產(chǎn)品手則