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

 1 引言

1MW戶外箱式變電站就是將兩臺(tái)500KTL的并網(wǎng)逆變器組成一個(gè)1MW小型光伏并網(wǎng)變電站，然后以1MW為一個(gè)單位去組成功率更大的、更多的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)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(shè)備不但要滿足自身性能和特點(diǎn)的要求,還需要滿足與城市環(huán)境、環(huán)境保護(hù)相匹配的要求。戶外箱式變電站的設(shè)計(jì)選擇何種材料、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

外觀及箱體的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成藍(lán)色為的是和藍(lán)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(shè)計(jì)。

 ⑵箱體采用模塊化設(shè)計(jì)，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(qiáng)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(shè)計(jì)使其具有隔熱、保溫和防凝露滴落等多種功能，同時(shí)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?jī)蓚?cè)裝有推拉式起吊裝置，可方便起吊、運(yùn)輸、安裝。

 
圖1 1MW戶外箱式變電站外觀

 3 材料的設(shè)計(jì)和選擇

3.1 主體材料使用覆鋁鋅板具有高防腐性能和強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度高，耐機(jī)械沖擊；
    ⑤覆鋁鋅板的壽命長(zhǎng)，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(qiáng)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(huì)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(qiáng)的抗風(fēng)化性,使用壽命可達(dá)五十年之久。

4 布局設(shè)計(jì)

整個(gè)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(yán)格隔離。結(jié)構(gòu)布局分為“品”字型，“目”字型低壓室有兩臺(tái)并網(wǎng)逆變器和兩臺(tái)直流配電柜及一臺(tái)交流配電柜組成；變壓器室中放置一臺(tái)10kV的變壓器；高壓室里是一臺(tái)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(yùn)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(shè)計(jì)

考慮到世界各個(gè)地區(qū)使用環(huán)境的差異，為客戶設(shè)計(jì)了兩種電纜的進(jìn)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(shè)計(jì)有進(jìn)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(shè)計(jì)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(fēng)道設(shè)計(jì)

采用強(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的風(fēng)道設(shè)計(jì)。采用戶外房上部增加風(fēng)扇強(qiáng)制向外抽風(fēng)，在戶外房的下部形成負(fù)壓而自然進(jìn)風(fēng)的模式，這種設(shè)計(jì)的方式可以很迅速的將室內(nèi)主機(jī)、變壓器等產(chǎn)生的熱量排除。

自然通風(fēng)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(yùn)動(dòng)引起的風(fēng)來引進(jìn)室外新鮮空氣達(dá)到通風(fēng)換氣作用的一種通風(fēng)方式。它不消耗機(jī)械動(dòng)力，同時(shí)，在適宜的條件下又能獲得巨大的通風(fēng)換氣量。是最經(jīng)濟(jì)、可靠、且免維護(hù)的通風(fēng)方式。

自然通風(fēng)的作用原理：根據(jù)流體力學(xué)原理，如果建筑的窗孔兩端存在壓差Δp，空氣就會(huì)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：

   
    Δp――窗孔兩側(cè)的壓力差（Pa）；
    v――－空氣通過窗孔時(shí)的流速（m/s）；
    ρ―――空氣密度（kg/m3）；
    ζ―――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(huì)有自然通風(fēng)，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(fēng)的作用原理

由流體靜力學(xué)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(fēng)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(qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)

7 結(jié)論

 我國(guó)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(jià)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(huì)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

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