CN112701786A - 一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站，在变电站中设置有主变压器室、主变压器散热室，变电站包括橇体本体、自动化控制保护单元、智能电源单元、运维环境智能监控***、智慧式设备管理服务***。高压配电单元采用GIS组合电气设备，采用盆式绝缘子连接母线，盆式绝缘子使用双圆形屏蔽内环结构，通过双密封圈进行气体密封，根据预设的约束条件和目标函数确定双圆形屏蔽内环结构中的各设计参数。本发明使远程控制人员能够更加迅速地关注到非正常信息并采取相应措施，不仅使得设备与远程控制中心及客户端之间的交互更加高效和顺畅，也能够提高装置运行的安全和自动化水平，适合油气田工程中较分散的设备供电使用需要。

Description

一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站

技术领域

本申请涉及油气田电控技术领域，尤其涉及一种具有智慧管理功能的220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站。

背景技术

目前，市面上所运行的220kV或110kV（包含以下等级）变电站大多为传统土建结构或普通预装式变电站，传统土建结构变电站占地面积大，建设周期长，可重复使用性低、建设过程污染严重，对于大多数建设用地极其紧张的城市，经济性环保性极低；而普通预装式变电站，一般仅用于供电质量要求不高供电末端，产品功能相对单一，一般不具备无人值守条件和功能，大多在设备投入运行后便无人监管，无法准确及时掌握房体内部电气设备运行环境、设备周围安全情况、可能发生的电气火灾、设备运行参数和状态，这些弊端，给设备运行和真正意义上的无人值守带来了隐患，往往只是在事故发生后，进行处理，这就造成一些不可避免的损失，因此从根本上解决问题，提前预警，做到有备无患尤为重要和迫切。

基于此，有必要提供一种占地面积更小、建设周期更短、经济环保性更高、环境感知能力更强、更适于无人值守的智慧型的220kV或110kV橇装一体化变电站。该变电站可通过其智能配电单元、自动化控制保护单元、智能电源单元、运维环境智能监控***、智慧式设备管理服务***更好地对装置内的设备及其运行环境进行有针对性的温湿度、空气压强、安防、电气寿命和状态参数监测，并透过控制中心或智慧式设备管理服务平台，用户通过计算机终端、电脑Web端、手机App端对信息进行监测和处理。

发明内容

本申请提供了一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站，以改善用地矛盾、缩短建设周期、提高建设经济性环保性，克服了现有技术的“无人值守”无法实时掌握设备运维环境的缺陷，创新了智慧式设备管理服务平台，用户通过电脑Web端、手机App端即可对设备信息进行查询、监测和处理。

本申请所采用的技术方案如下：

一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站，在变电站中设置有主变压器室、主变压器散热室，该变电站包括橇体本体、自动化控制保护单元、智能电源单元、运维环境智能监控***、以及智慧式设备管理服务***；

所述智能配电单元与所述智慧式设备管理服务***相连接，该智能配电单元包括智能断路器温度智能监测和诊断***、特性参数实时智能监测和诊断***、以及高压配电单元，其中所述智能断路器温度智能监测和诊断***包括自供电无线测温传感器、储能电机及分合闸线圈监测装置、剩余电气寿命监测装置、以及机械特性参数监测装置，所述高压配电单元采用GIS组合电气设备；

所述GIS组合电器采用盆式绝缘子来连接母线，该盆式绝缘子采用双圆形屏蔽内环结构，并采用了双密封圈进行气体密封，根据预设的约束条件和目标函数来确定双圆形屏蔽内环结构中圆形屏蔽内环外直径D、半径R、双圆形屏蔽内环间距V的设计参数；

所述约束条件为：6 ≤ V ≤ 12, 4 ≤ D ≤ 7, 205 ≤ R ≤ 215；

所述目标函数为：

其中E _maxA为环氧树脂浇注体表面最大场强、E _maxB为屏蔽内环与环氧树脂浇注体的交界处最大场强、E _maxC为环氧树脂浇注体与金属法兰间的空气气隙最大场强、E _maxD为密封圈表面的最大场强；

获得的设计参数为D=5.29 mm、R=212.6 mm、V=11.93 mm；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过置于高压真空断路器触臂、母线及电缆搭接面的自供电无线测温传感器，获取温升信号并根据预设值判断给出预警信息，并将温升信号的预警信息上传至所述智慧式设备管理服务***；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过储能电机及分合闸线圈监测装置在线监测储能电机及分合闸线圈电流，通过剩余电气寿命监测装置以及机械特性参数监测装置分别监测断路器开断短路电流次数、断路器分合次数，并将获得的储能电机及分合闸线圈电流信息、断路器开断短路电流次数信息、断路器分合次数信息发送至所述特性参数实时智能监测和诊断***；

所述特性参数实时智能监测和诊断***与所述智慧式设备管理服务***相连接，将获取的所述储能电机及分合闸线圈电流信息、所述断路器开断短路电流次数信息、以及所述断路器分合次数信息分别与各自的预设值进行比较判断出各自的预警信息，并将所述各自的预警信息发送至所述智慧式设备管理服务***；

运维环境智能监控***分别与自动化控制保护单元、智慧式设备管理服务***相连，该运维环境智能监控***包括分布于橇内的环境监测探测器、运维环境控制单元和显示单元，环境监测探测器包括用于监测撬体内温湿度的第一传感器、监测橇内空气压强的第二传感器、用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器、用于监测配电单元电量与非电量参数的第六传感器组，所述运维环境智能监控单元读取监测探测器输出的温度、湿度、空气压强、门禁状态、感温感烟信号、水浸信号、配电单元电量与非电量参数，所述运维环境控制单元具有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于智能化管理控制，所述第二控制模式用于远程集中式管理控制；

所述自动化控制保护单元包括智能防沙暖通装置、空气调节装置、除湿装置。

进一步的，所述运维环境控制单元默认处于第一控制模式下，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：

当第一传感器检测到橇体内温度超过预设的第一温度阈值时或湿度超过预设的第一湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出降温指令，所述自动化控制保护单元中的智能防沙暖通装置工作于通风模式，自动开启防尘防沙风窗，进行降温或除湿；

当第一温湿度传感器检测到橇体内温度超过预设的第二温度阈值时或低于预设的第三温度阈值时，所述运维环境控制单元同时向所述自动化控制保护单元发出空气调节指令和保温指令，根据所述空气调节指令启动空气调节装置，根据所述保温指令所述智能防沙暖通装置自动关闭防尘防沙风窗，并工作在保温隔热模式，通过智能防沙暖通装置对橇体内的温度进行降温或升温处理；

当橇体内湿度超过预设的第二湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出除湿指令，根据所述除湿指令启动除湿装置对撬体内部进行除湿处理；

当第二传感器检测到密闭橇体内空气压强低于预设的大气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出进气指令，根据所述进气指令开启智能防沙暖通装置进气风机和风窗；

当气压达到预设进气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出关断指令，关闭智能防沙暖通装置进气风机和风窗，保持橇内压强为微正压，改善橇内微尘环境和海拔高度对配电单元绝缘强度或设备气室的影响；

当第三传感器、第四传感器、第五传感器检测到用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器传来的信号出现异常时，当第六传感器组检测到配电单元电量和非电量与预设值存在偏差时，会自动予以告警，及时通知运维人员进行处理，偏差严重时会自动发出信号，做停机处理，其中所述非电量包括电缆搭接面及触头温度。

进一步的，所述运维环境控制单元可从第一控制模式切换至第二控制模式，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：运维管理人员依据获取到的环境监测数据和预设值进行对比判断，并通过所述远程集中控制中心或云端服务器向该变电站发送控制指令。

通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：

1）本申请的220kV或110kV橇装电控一体化变电站通过采用运维环境智能监控***和智慧设备管理服务***，能够将对变电站内相应设备的所有检测或监测信息集中起来并根据相应信息对装置内的相应辅助设备进行控制，能够从全方位对变电站装置的安全可靠运行进行监测和控制，通过了装置运行的可靠性，非常适用于无人值守变电站装置的使用要求；

2）通过运维环境控制单元将多个监测检测传感器检测到的数据超出预设值或为非正常信号时，能够按照预先设定将这些状态按照不同的优先级别进行分级管理并传输至远程控制中心或云端服务器，相应的，根据传输至远程控制中心或云端服务器的这些不同级别信息对远程控制人员作出不同的提醒或要求，以及在发出相应级别的警报信息时还能够自动地切换运维环境控制单元的工作模式或自动地控制设备的运行状态，使远程控制人员能够更加迅速地关注到非正常信息并采取相应措施，不仅使得设备与远程控制中心及客户端之间的交互更加高效和顺畅，也能够进一步提高装置运行的安全水平和自动化水平，非常适合油气田工程中较为分散的设备供电使用需要。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的橇装电控一体化变电站的功能组成示意图；

图2为本发明的智能配电单元的示意图；

图3是本发明的运维环境智能监控***的示意图；

图4是本发明的运维环境控制单元的示意图；

图5是本发明的盆式绝缘子组成结构示意图。

附图标记：

1 双密封圈、2 缝隙气隙、3 双圆形屏蔽内环、4 金属法兰、5 环氧树脂浇注体、6导体。

【具体实施方式】

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1、图2所示，本发明的橇装电控一体化变电站，在变电站中设置有主变压器室、主变压器散热室，该变电站包括橇体本体、自动化控制保护单元、智能电源单元、运维环境智能监控***、以及智慧式设备管理服务***；

所述智能配电单元与所述智慧式设备管理服务***相连接，该智能配电单元包括智能断路器温度智能监测和诊断***、特性参数实时智能监测和诊断***、以及高压配电单元，其中所述智能断路器温度智能监测和诊断***包括自供电无线测温传感器、储能电机及分合闸线圈监测装置、剩余电气寿命监测装置、以及机械特性参数监测装置；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过置于高压真空断路器触臂、母线及电缆搭接面的自供电无线测温传感器，获取温升信号并根据预设值判断给出预警信息，并将温升信号的预警信息上传至所述智慧式设备管理服务***；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过储能电机及分合闸线圈监测装置在线监测储能电机及分合闸线圈电流，通过剩余电气寿命监测装置以及机械特性参数监测装置分别监测断路器开断短路电流次数、断路器分合次数，并将获得的储能电机及分合闸线圈电流信息、断路器开断短路电流次数信息、断路器分合次数信息发送至所述特性参数实时智能监测和诊断***；

所述特性参数实时智能监测和诊断***与所述智慧式设备管理服务***相连接，将获取的所述储能电机及分合闸线圈电流信息、所述断路器开断短路电流次数信息、以及所述断路器分合次数信息分别与各自的预设值进行比较判断出各自的预警信息，并将所述各自的预警信息发送至所述智慧式设备管理服务***；

运维环境智能监控***分别与自动化控制保护单元、智慧式设备管理服务***相连，该运维环境智能监控***包括分布于橇内的环境监测探测器、运维环境控制单元和显示单元，环境监测探测器包括用于监测撬体内温湿度的第一传感器、监测橇内空气压强的第二传感器、用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器、用于监测配电单元电量与非电量参数的第六传感器组，所述运维环境智能监控单元读取监测探测器输出的温度、湿度、空气压强、门禁状态、感温感烟信号、水浸信号、配电单元电量与非电量参数，所述运维环境控制单元具有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于智能化管理控制，所述第二控制模式用于远程集中式管理控制；

所述自动化控制保护单元包括智能防沙暖通装置、空气调节装置、除湿装置；

所述运维环境控制单元默认处于第一控制模式下，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：

当第一传感器检测到橇体内温度超过预设的第一温度阈值时或湿度超过预设的第一湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出降温指令，所述自动化控制保护单元中的智能防沙暖通装置工作于通风模式，自动开启防尘防沙风窗，进行降温或除湿；

当第一温湿度传感器检测到橇体内温度超过预设的第二温度阈值时或低于预设的第三温度阈值时，所述运维环境控制单元同时向所述自动化控制保护单元发出空气调节指令和保温指令，根据所述空气调节指令启动空气调节装置，根据所述保温指令所述智能防沙暖通装置自动关闭防尘防沙风窗，并工作在保温隔热模式，通过智能防沙暖通装置对橇体内的温度进行降温或升温处理；

当橇体内湿度超过预设的第二湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出除湿指令，根据所述除湿指令启动除湿装置对撬体内部进行除湿处理；

当第二传感器检测到密闭橇体内空气压强低于预设的大气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出进气指令，根据所述进气指令开启智能防沙暖通装置进气风机和风窗；

当气压达到预设进气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出关断指令，关闭智能防沙暖通装置进气风机和风窗，保持橇内压强为微正压，改善橇内微尘环境和海拔高度对配电单元绝缘强度或设备气室的影响；

当第三传感器、第四传感器、第五传感器检测到用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器传来的信号出现异常时，当第六传感器组检测到配电单元电量和非电量与预设值存在偏差时，会自动予以告警，及时通知运维人员进行处理，偏差严重时会自动发出信号，做停机处理，其中所述非电量包括电缆搭接面及触头温度；

所述运维环境控制单元可从第一控制模式切换至第二控制模式，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：运维管理人员依据获取到的环境监测数据和预设值进行对比判断，并通过所述远程集中控制中心或云端服务器向该变电站发送控制指令，例如智能防沙暖通装置风机与风窗的开启与关闭、空气调节装置的启停、误入的语音警告与驱离、配电单元的停机与恢复等。

需要指出的是，上述用到的智能防沙暖通装置、空气调节装置、除湿装置均是现有技术中已有的设备，本申请并未对这些设备本身进行改进，只要将现有技术中已有的相应设备拿来与运维环境控制单元连接，使得能通过运维环境控制单元输出的信号控制这些设备的运行状态即可，在此不进行过多地进行赘述。

智慧式设备管理服务***融合设备参数采集及环境信息数据采集、数据传输、数据分析等信息技术于一体，实现从现场设备到云端管理平台，从云端到客户端APP、Web的高效传输，进行多维度智能检测、分析、报警、维保等安全管理。

其中，当第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器和第六传感器组检测到的数据超出各自的相应设定值或者为非正常信号时，所述运维环境控制单元根据预先设定将这些数据或信号分为危险、警告、提醒三个级别并传输至远程集中控制中心或云端服务器（存储层和服务层），通过集控中心计算机终端、云客户服务端APP、Web实时呈现并管理；当远程集中控制中心仅显示出提醒信息时，所述运维环境控制单元仍处于第一控制模式下正常工作，提醒远程集中控制中心及时查看相应数据或信号，当远程集中控制中心或云客户端显示出警告信息但未显示出危险信息时，所述运维环境控制单元仍可正常工作，但会自动地从第一控制模式切换至第二控制模式并发出报警，使远程集中控制中心或客户可以快速查看该警告信息并根据实际需要迅速地通过第二控制模式对现场设备进行干预或处理，当远程集中控制中心或客户显示出危险信息时，所述运维环境控制单元自动地从第一控制模式切换至第二控制模式且将站内设备停机，此时需要运维人员到现场排出故障后才能够恢复设备运行。

需要指出的是，对第一到第六传感器检测到的数据超出各自设定值或为非正常信号时，对这些数据或信号进行不同级别的设置在不同的场合下可能会是不同的，这主要取决于不同的应用环境或技术要求；例如，一般情况下，为了保证变电站装置的安全运行，需要将电压、电流或功率数据指标设置的级别最高（即危险级别），将温度、湿度、水浸和烟感信号的级别设置为中等，即告警级别，将大气压强和门禁信号的级别设置为最低，即提醒级别，这也是根据油田变电站的实际情况而确定，这种级别设置方式一方面能够保证控制单元及时对各种非正常数据或信号进行提示或显示，另一个方面也能够减少远程控制中心或客户人员的工作量，避免由于过多的数据提示信息而将重要的提示信息淹没或不能使控制中心人员及时看到的弊端；并且，还能够通过这种级别设置方式最大可能地减少变电站设备的停机频率、次数或时间，保证油田设备尽可能地不间断工作，提高油田设备使用的可靠性和稳定性。

当然，在其他不同应用场合下，还可以根据实际情况或需求对这些不同传感器输出的数据或信号的级别进行调整或改变，这都是可以的，只要其能够保证数据或信息的可靠传输、及时提醒控制中心或客户人员查看或处理以及保证整个变电站装置稳定可靠运行即可；并且，在实际运行过程中，控制中心或客户人员还可以根据实际需要对之前预设的级别进行变动，以适应不同运行场合的要求，从而提供更大的灵活性。

同时，本发明将变电站装置的各个***单元进行模块化，并将它们按技术要求布置在橇体本体的底座上，通过母线桥（铜排）及敷设在强弱电分离的电缆槽内的电缆相互连接，集成为整体橇块。整个装置在工厂内生产加工、调试后成套出厂，整体运输到油气田的场站现场，通过预留的电缆进出端将相关联设备通过电缆一一连接即可投入使用。达到小型化、集成化、可移动，只需将整体撬块运输至现场安装好并设置相应的输入和输出引线后即可投入使用，大大提高了现场安装的效率和使用的便利性。

其中，所述运维环境智能监控单元通过自身的I/O***，采集各环境监测探测器输出信号，并将探测信号与预设值对比分析；当环境参数超限，所述控制单元自动发出报警信息，并将探测信息记录在所述显示单元的数据库中,数据库信息可通过控制器物联传输层上传控制中心或基于云技术搭建的云端设备管理平台，用户通过计算机终端、Web端、手机App端对信息进行监测和处理。

其中，所述控制单元通过自身的I/O***，读取门禁开关传感器的开闭状态信息，当监测到橇体处于非正常开门状态时，所述控制单元自动发出报警信息，且由橇内视频监控单元记录监控影像并将信息上传。

其中，所述控制单元通过RS485的通讯方式读取第一温湿度传感器的温度参数及第二传感器的气压参数并将其显示在显示单元上，并根据预设程序控制相应设备并将信息上传。

其中，所述控制单元通过自身的I/O***，采集水浸信号，当采集到水浸信号时，所述控制单元自动发出报警信息并上传。

其中，所述控制单元通过自身的I/O***，采集火灾感温感烟信号，当采集到火灾信号时，所述控制单元自动发出报警信息并上传。

其中，所述控制单元通过自身的I/O***采集配电单元电量（电压、电流、功率等）和非电量（电缆搭接面及触头温度），当采集到信号超限时，所述控制单元发出告警，超限严重时控制单元自动停止设备工作并将信息上传。

其中，所述直流及逆变电源单元与所述运维环境控制单元、保护单元、照明单元等电连接从而提供不间断供电。

其中，所述智能配电单元，通过置于其本体的断路器温度智能监测和诊断***、特性参数实时智能监测和诊断***（储能电机及分合闸线圈监测、剩余电气寿命监测、机械特性参数监测）、底盘车电机智能驱动***，采集断路器温度信号（触头、母线、电缆搭接）、辅助设备工作电流信号（储能电机、分合闸线圈），进行分析判断其是否存在安全隐患（电接触面温升过高、线圈或电机故障等），当采集到信号超限时，所述监测和诊断***发出告警，超限严重时控制单元自动停止设备工作并将信息上传。

需要说明的是，本发明实施例中，橇装电控一体化变电站采用的电压等级包括220kV或110kV及以下电压等级，具体可根据实际工作情况来选择。

为了能够适应220kV或110kV的高压需求，对配电单元的改造主要为将原有的配电装置改造成GIS组合电器，即上述高压配电单元8采用GIS组合电气设备，采用GIS组合电器可比原有配电单元减少占地近70%。

气体绝缘组合电器设备(gas insulated switch⁃gear，GIS)由母线、断路器、互感器、接地开关等组成，这些设备全部封闭在金属接地外壳中，部不采用空气而用具有优异绝缘和灭弧性能的SF6气体作为绝缘介质的全封闭组合电器，故也称为SF6全封闭组合电器。跟常规敞开式高压配电设备相比，GIS占地面积更小、结构更紧凑、更为可靠、安全、灵活和环保。因此，近年来在超高压和特高压变电站中得到了广泛的应用。在本发明中，GIS组合电器采用盆式绝缘子来连接母线，盆式绝缘子具有支撑导体、隔离气室和电气绝缘等至关重要的作用。考虑到当盆式绝缘子的沿面场强超过起晕场强时，将会产生电晕放电，因此在进行盆式绝缘子的设计时，将沿面电场分布作为盆式绝缘子设计时的重要考虑因素。

本发明所采用的220kV或110kV盆式绝缘子如图5所示，该盆式绝缘子采用双圆形屏蔽内环结构，其中1为双密封圈、2为缝隙气隙、3为双圆形屏蔽内环、4为金属法兰、5为环氧树脂浇注体、6为导体，D为圆形屏蔽内环外直径、R为半径、V为双圆形屏蔽内环间距。该盆式绝缘子所采用的设计基准如下：

在满足上述设计基准要求的情况下，申请人进行了反复的测试和参数调整，具体实验测得的数据如下：

1）当参数取D=6 mm、R=210 mm、V=7.1 mm时，盆式绝缘子表面最大电场强度为11.90 kV/mm；

2）当参数取D=4.4 mm、R=210 mm、V=12 mm时，盆式绝缘子表面最大电场强度为11.67 kV/mm；

3）当参数取D=6 mm、R=213 mm、V=12 mm时，盆式绝缘子表面最大电场强度分别为11.51 kV/mm。

在上述实验数据的基础上，为了使得盆式绝缘子表面最大电场强度得到更好的优化，针对***直径 D、半径 R、圆环距离V设定了如下约束条件(单位为 mm)和目标函数，根据所述约束条件和所述目标函数来确定圆形屏蔽内环外直径D、半径R、双圆形屏蔽内环间距V：

所述约束条件为：6 ≤ V ≤ 12, 4 ≤ D ≤ 7, 205 ≤ R ≤ 215

所述目标函数为：

其中E _maxA为环氧树脂浇注体表面最大场强、E _maxB为屏蔽内环与环氧树脂浇注体的交界处最大场强、E _maxC为环氧树脂浇注体与金属法兰间的空气气隙最大场强、E _maxD为密封圈表面的最大场强。

通过所述约束条件和所述目标函数的筛选，得到设计参数为D=5.29 mm、R=212.6mm、V=11.93 mm，采用上述参数进行双圆形屏蔽内环设计（D=5.29 mm、R=212.6 mm、V=11.93mm）时，盆式绝缘子表面最大场强值为11.50 kV/mm，比之前测得的表面最大场强值的最小值11.51 kV/mm有了进一步的降低，密封圈交界处、空气间隙和屏蔽内环交界处最大电场强度较之前测得的结果也有了一定程度的降低，优化效果明显，降低了盆式绝缘子发生闪络的风险。

为了合理布置GIS组合电器，使所述高压配电单元在满足供电安全性要求的同时，能够节省成本，并提高场地利用率，本发明中GIS组合电器与主变压器共同布置于变电站内部，并设置有主变压器室、主变压器散热室。

高压配电单元中所采用的GIS组合电气设备在运行过程中导致局部放电的常见状态缺陷有：自由金属微粒缺陷、高压导体表面针尖缺陷、绝缘子内部气隙缺陷、绝缘子表面金属颗粒缺陷、浮动电极缺陷等等。通过所述特性参数实时智能监测和诊断***对 GIS 局部放电的放电信号进行检测。

本申请中要检测的GIS组合电气设备的运行状态分为“正常”状态和“故障”状态两种，其中“正常”状态具体分为：“良好”状态、“注意”状态，“故障”状态具体分为：自由金属微粒、高压导体表面针尖、绝缘子内部气隙、绝缘子表面金属微粒、浮动电极五种。

综上所述，本申请的220kV或110kV橇装电控一体化变电站通过采用运维环境智能监控***和智慧设备管理服务***，能够将对变电站内相应设备的所有检测或监测信息集中起来并根据相应信息对装置内的相应辅助设备进行控制，能够从全方位对变电站装置的安全可靠运行进行监测和控制，通过了装置运行的可靠性，非常适用于无人值守变电站装置的使用要求；并且，通过运维环境控制单元将多个监测检测传感器检测到的数据超出预设值或为非正常信号时，能够按照预先设定将这些状态按照不同的优先级别进行分级管理并传输至远程控制中心，相应的，根据传输至远程控制中心的这些不同级别信息对远程控制人员或云客户端作出不同的提醒或要求，以及在发出相应级别的警报信息时还能够自动地切换运维环境控制单元的工作模式或自动地控制设备的运行状态，使远程控制人员或云客户能够更加迅速地关注到非正常信息并采取相应措施，不仅使得现场设备与远程控制中心及云客户端之间的交互更加高效和顺畅，也能够进一步提高装置运行的安全水平和自动化水平，非常适合油气田工程中较为分散的设备供电使用需要。

需要指出的是，上面对控制单元的控制方式进行了详细的描述，在具体实现时，本领域技术人员可采用现有技术中已有的控制元件来实现，如DSP、FPGA等部件，具体的控制模式可采用软件的形式写入DSP或FPGA中，当然也可以通过硬件来实现，在此不再赘述，这些都属于现有技术中常规的手段，本发明不对此进行限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种220kV及以下电压等级橇装电控一体化变电站，其特征在于，在变电站中设置有主变压器室、主变压器散热室，该变电站包括橇体本体、自动化控制保护单元、智能电源单元、运维环境智能监控***、以及智慧式设备管理服务***；

所述智能配电单元与所述智慧式设备管理服务***相连接，该智能配电单元包括智能断路器温度智能监测和诊断***、特性参数实时智能监测和诊断***、以及高压配电单元，其中所述智能断路器温度智能监测和诊断***包括自供电无线测温传感器、储能电机及分合闸线圈监测装置、剩余电气寿命监测装置、以及机械特性参数监测装置，所述高压配电单元采用GIS组合电气设备；

所述GIS组合电器采用盆式绝缘子来连接母线，该盆式绝缘子采用双圆形屏蔽内环结构，并采用了双密封圈进行气体密封，根据预设的约束条件和目标函数来确定双圆形屏蔽内环结构中圆形屏蔽内环外直径D、半径R、双圆形屏蔽内环间距V的设计参数；

所述约束条件为：6 ≤ V ≤ 12, 4 ≤ D ≤ 7, 205 ≤ R ≤ 215；

所述目标函数为：

其中E _maxA为环氧树脂浇注体表面最大场强、E _maxB为屏蔽内环与环氧树脂浇注体的交界处最大场强、E _maxC为环氧树脂浇注体与金属法兰间的空气气隙最大场强、E _maxD为密封圈表面的最大场强；

获得的设计参数为D=5.29 mm、R=212.6 mm、V=11.93 mm；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过置于高压真空断路器触臂、母线及电缆搭接面的自供电无线测温传感器，获取温升信号并根据预设值判断给出预警信息，并将温升信号的预警信息上传至所述智慧式设备管理服务***；

所述智能断路器温度智能监测和诊断***通过储能电机及分合闸线圈监测装置在线监测储能电机及分合闸线圈电流，通过剩余电气寿命监测装置以及机械特性参数监测装置分别监测断路器开断短路电流次数、断路器分合次数，并将获得的储能电机及分合闸线圈电流信息、断路器开断短路电流次数信息、断路器分合次数信息发送至所述特性参数实时智能监测和诊断***；

所述特性参数实时智能监测和诊断***与所述智慧式设备管理服务***相连接，将获取的所述储能电机及分合闸线圈电流信息、所述断路器开断短路电流次数信息、以及所述断路器分合次数信息分别与各自的预设值进行比较判断出各自的预警信息，并将所述各自的预警信息发送至所述智慧式设备管理服务***；

运维环境智能监控***分别与自动化控制保护单元、智慧式设备管理服务***相连，该运维环境智能监控***包括分布于橇内的环境监测探测器、运维环境控制单元和显示单元，环境监测探测器包括用于监测撬体内温湿度的第一传感器、监测橇内空气压强的第二传感器、用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器、用于监测配电单元电量与非电量参数的第六传感器组，所述运维环境智能监控单元读取监测探测器输出的温度、湿度、空气压强、门禁状态、感温感烟信号、水浸信号、配电单元电量与非电量参数，所述运维环境控制单元具有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于智能化管理控制，所述第二控制模式用于远程集中式管理控制；

所述自动化控制保护单元包括智能防沙暖通装置、空气调节装置、除湿装置。

2.根据权利要求1所述的变电站，其特征在于，

所述运维环境控制单元默认处于第一控制模式下，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：

当第一传感器检测到橇体内温度超过预设的第一温度阈值时或湿度超过预设的第一湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出降温指令，所述自动化控制保护单元中的智能防沙暖通装置工作于通风模式，自动开启防尘防沙风窗，进行降温或除湿；

当第一温湿度传感器检测到橇体内温度超过预设的第二温度阈值时或低于预设的第三温度阈值时，所述运维环境控制单元同时向所述自动化控制保护单元发出空气调节指令和保温指令，根据所述空气调节指令启动空气调节装置，根据所述保温指令所述智能防沙暖通装置自动关闭防尘防沙风窗，并工作在保温隔热模式，通过智能防沙暖通装置对橇体内的温度进行降温或升温处理；

当橇体内湿度超过预设的第二湿度阈值时，所述运维环境控制单元向所述自动化控制保护单元发出除湿指令，根据所述除湿指令启动除湿装置对撬体内部进行除湿处理；

当第二传感器检测到密闭橇体内空气压强低于预设的大气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出进气指令，根据所述进气指令开启智能防沙暖通装置进气风机和风窗；

当气压达到预设进气压强时，所述运维环境控制单元依据逻辑判断向所述自动化控制保护单元发出关断指令，关闭智能防沙暖通装置进气风机和风窗，保持橇内压强为微正压，改善橇内微尘环境和海拔高度对配电单元绝缘强度或设备气室的影响；

当第三传感器、第四传感器、第五传感器检测到用于安防门禁的第三传感器、用于橇内电气火灾的第四传感器、用于监视水浸的第五传感器传来的信号出现异常时，当第六传感器组检测到配电单元电量和非电量与预设值存在偏差时，会自动予以告警，及时通知运维人员进行处理，偏差严重时会自动发出信号，做停机处理，其中所述非电量包括电缆搭接面及触头温度。

3.根据权利要求1所述的变电站，其特征在于，

所述运维环境控制单元可从第一控制模式切换至第二控制模式，当所述运维环境控制单元处于第一控制模式下时：运维管理人员依据获取到的环境监测数据和预设值进行对比判断，并通过所述远程集中控制中心或云端服务器向该变电站发送控制指令。

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