淺析箱式變電站的發(fā)展前景

張瑞霞

摘 要：在電力系統(tǒng)中，變電站起著承上啟下的作用。對(duì)于小高層、工業(yè)廢水、城市道路、農(nóng)網(wǎng)改造等配電工程，使用箱式變電站比傳統(tǒng)變電站更加方便。箱式變電站因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)被應(yīng)用于電網(wǎng)改造工程中，它在其中發(fā)揮了非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：電壓等級(jí)；遠(yuǎn)程控制；無人值守；箱式變電站

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.029

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、科技的進(jìn)步和城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，城市用電量急速增加。鑒于此，國家相關(guān)電力部門要求，在新增電網(wǎng)和已有電網(wǎng)的擴(kuò)容改造工程中使用箱式變電站。它是將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等有機(jī)組合起來的一種新設(shè)備。

箱式變電站是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，是20世紀(jì)90年代初從美國引入的，是繼土建變電站之后依據(jù)相關(guān)要求設(shè)計(jì)、開發(fā)的一款全新的電力成套設(shè)備。它具有運(yùn)行可靠、節(jié)能、小型化、免維護(hù)、不檢修的特點(diǎn)，不僅在城市電網(wǎng)改造工程中發(fā)揮了巨大的作用，也為城市電網(wǎng)的改造提供了方向。

1 箱式變電站的特點(diǎn)

制造廠可以根據(jù)變電站的一次主接線設(shè)計(jì)和具體工作對(duì)箱體外形提出的要求完成相關(guān)的制造和安裝工作，包括內(nèi)部電氣接線。經(jīng)過試驗(yàn)、考核，出廠試驗(yàn)合格后可以直接供用戶安裝、使用。

箱式變電站又被稱為戶外成套變電站，它是把高壓開關(guān)裝置、變壓器、高壓計(jì)量裝置、低壓配電系統(tǒng)按既定接線方式組裝成一體的成套型戶外、戶內(nèi)緊湊式變、配電設(shè)備。箱式變壓器中的高低壓配電設(shè)備全部布置在封閉的箱體內(nèi)，設(shè)備之間的絕緣距離被大大縮短，從而減小了整套系統(tǒng)的占地面積，使配電結(jié)構(gòu)更加緊湊。因?yàn)槿荛]、全絕緣的箱式變壓器具有外形美觀、占地面積小等特點(diǎn)，所以，可以靈活選址——既可以放置在街道兩旁或綠化帶中，也可以直接裝設(shè)在室內(nèi)或者室外，深入負(fù)荷中心，減少供電損耗，提高供電質(zhì)量。另外，箱式變電站沒有外露的可導(dǎo)電設(shè)備，不會(huì)引發(fā)外界短路或觸電事故，具有較高的安全性。

箱式變壓電站的建造成本低、工作效率高、維護(hù)方便、成本低。其殼體是用鍍鋁鋅鋼板、非金屬材料，采用集裝箱制造技術(shù)制成的，具有很強(qiáng)的防腐蝕、防雨、防凍、防裂、抗沖擊、抗拉、抗壓力強(qiáng)度、抗暴曬等性能，內(nèi)層面板是鋁合金材料的，夾層內(nèi)填充防火保溫材料，而且其運(yùn)行不受外界環(huán)境的影響，可在-40～40 ℃的惡劣環(huán)境中正常運(yùn)行。另外，該設(shè)備繼電保護(hù)功能齊全，自動(dòng)化程度高，不僅可以遠(yuǎn)程控制變壓器的溫度和濕度，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程煙霧報(bào)警，真正做到遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)，實(shí)現(xiàn)無人值班、無人值守。

小型化、節(jié)地、節(jié)電、無人值守是供配電設(shè)備未來的發(fā)展方向，而箱式變電站就具備這些特點(diǎn)，能夠滿足生產(chǎn)的需要，所以，它被廣泛應(yīng)用于城鄉(xiāng)電網(wǎng)中。

2 箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)

按照電壓等級(jí)可將箱式變電站分為3部分，即高壓設(shè)備、變壓器和低壓配電裝置。箱式變電站的整體布置結(jié)構(gòu)形式有2種：①預(yù)裝式箱式變電站。所謂“預(yù)裝式”，是指將高壓部分、變壓器、低壓部分隔開布置在3個(gè)房間，組成“目”字形或“品”字形的結(jié)構(gòu)。②一體式箱式變電站。將高壓側(cè)與其他構(gòu)件隔離開，把負(fù)荷開關(guān)、熔斷器等與變壓器安裝在一個(gè)箱體內(nèi)，形成一體式的布置格局。通常情況下，日常工作中使用的箱式變電站為預(yù)制式箱式變電站。

箱式變電站內(nèi)部主要由以下幾部分組成。

2.1 高壓柜

高壓柜可分為高壓進(jìn)線柜、高壓計(jì)量柜（根據(jù)當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局具體要求而定）、高壓環(huán)網(wǎng)柜（如果為環(huán)網(wǎng)型供電）和高壓出線柜。進(jìn)線柜是由帶電顯示器和避雷器組成的，而計(jì)量柜中的電流互感器（CT）則起到了電氣測(cè)量和保護(hù)的作用，電壓互感器（PT）用于電能測(cè)量和繼電保護(hù)，高壓限流熔斷器（FU）則用于電壓互感器的保護(hù)。對(duì)于高壓環(huán)網(wǎng)供電，可采用專用環(huán)網(wǎng)供電單元。環(huán)網(wǎng)供電單元中設(shè)置有負(fù)荷開關(guān)和熔斷器，電源通過環(huán)網(wǎng)干線輸至變壓器回路柜（負(fù)荷開關(guān)+熔斷器的）引接至變壓器，如果是終端供電，則使用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器組合配電。目前，真空斷路器開關(guān)設(shè)備被廣泛應(yīng)用在箱式變電站中。它是以真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)，開斷能力強(qiáng)、體積小、無噪聲、無污染、壽命長，而且觸頭是用銀銅合金材料制成的，可頻繁操作，檢修周期也比較長。此外，根據(jù)不同用戶的要求，可在高壓側(cè)設(shè)置不同的開關(guān)柜，并且開關(guān)柜內(nèi)的接線也有所不同。

2.2 變壓器柜

箱式變電站用的是降壓變壓器，通常情況下，它被廣泛應(yīng)用于將10 kV電壓降至0.4 kV的工程項(xiàng)目中。箱式變電站的容量是100～1 250 kVA，變壓器宜選用S9M、S11M全密閉、免維護(hù)、質(zhì)量輕、低噪聲、性價(jià)比高的油浸式變壓器，最常用的是160 kVA、200 kVA、315 kVA和400 kVA的油浸式變壓器。其器身是三相三線或三相五線、采用的是Dyn或Yyn的聯(lián)結(jié)方式，而且變壓器Dyn11的聯(lián)結(jié)組別耐雷性良好，允許中性點(diǎn)電流達(dá)到75%的相電流。另外，其帶三相不對(duì)稱負(fù)荷能力強(qiáng)，能合理、有效地利用變壓器的容量。箱式變電站內(nèi)的變壓器應(yīng)配備齊全的運(yùn)行檢視儀表儀器，例如溫度控制器、油位表和能反映頂部氣壓的真空壓力表等。使用干式變壓器時(shí)，變壓器室必須配備溫控自動(dòng)排風(fēng)裝置。在具體工程中，也可采用非晶合金變壓器。

變壓器的布置方式有以下2種：①將變壓器裸露在箱體內(nèi)；②將變壓器安裝在封閉的隔室內(nèi)。變壓器室隔墻需采用防火能力強(qiáng)、隔熱性能好的雙層夾板制作，防止受光時(shí)間過長而使室溫升高。另外，還要用具有隔熱性能的材料將頂蓋做成氣樓結(jié)構(gòu)，從而有效通風(fēng)散熱。

箱式變電站內(nèi)需要設(shè)置強(qiáng)制通風(fēng)裝置（幅面風(fēng)機(jī)或軸流風(fēng)機(jī)），要利用特定的通風(fēng)道將熱氣排出，防止溫度過高。變壓器室內(nèi)的溫度監(jiān)控裝置可自動(dòng)控制其開啟和關(guān)閉，而溫度監(jiān)控裝置的整定值需設(shè)定在允許溫度的80%～90%內(nèi)。通常情況下，變壓器室主要依靠自然通風(fēng)散熱。

為了給箱式變電站通風(fēng)散熱，會(huì)在變壓器室的箱體上設(shè)置百葉窗。這種百葉窗不僅可以讓氣流進(jìn)去，也可以隔離灰塵，有時(shí)還會(huì)在百葉窗處加防塵設(shè)施。為了防止絕緣效果受到灰塵的影響，需要在變壓器的連接端增設(shè)絕緣防護(hù)裝置。

2.3 低壓柜

低壓柜分為低壓進(jìn)線柜、低壓補(bǔ)償柜和低壓饋線柜。在低壓（0.4 kV）側(cè)，饋線柜內(nèi)保護(hù)裝置配多路空氣開關(guān)或刀熔開關(guān)，而無功功率補(bǔ)償裝置則由微機(jī)控制，自動(dòng)投切補(bǔ)償，補(bǔ)償容量一般為變壓器容量的20%～30%.在柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可根據(jù)變壓器容量和負(fù)荷的使用情況確定回路數(shù)。

3 運(yùn)行與維護(hù)

在箱式變電站運(yùn)行的過程中，要注意以下幾點(diǎn)：①高壓開關(guān)室內(nèi)的高壓電氣設(shè)備要根據(jù)制造廠家的安裝和使用說明書安裝和維護(hù)。②定期檢查高壓配電裝置中環(huán)網(wǎng)開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)等操作機(jī)構(gòu)的性能；定期進(jìn)行避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)和保護(hù)繼電器整定值的復(fù)驗(yàn)工作；要檢查操作回路、信號(hào)回路上的電器和聯(lián)鎖裝置的可靠性；檢查測(cè)量儀表；檢查變壓器的運(yùn)行狀況，確保溫度控制器、油箱冷卻系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，變壓器的上層油溫、線圈、引線、溫度性能正常。③如果箱式變電站停用超過3個(gè)月，則要經(jīng)過全項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)后才能再次投運(yùn)。④在低壓電氣設(shè)備中，要定期按照使用說明維護(hù)空氣斷路器的主觸頭、脫扣裝置和操作機(jī)構(gòu)的靈活性。⑤按照電業(yè)局的要求定期校驗(yàn)電能計(jì)量單元。⑥在高低壓配電系統(tǒng)中，必須要對(duì)帶電裸露部分采取有效的隔離防護(hù)措施，防止發(fā)生人身觸電和設(shè)備事故。另外，所有的進(jìn)出線電纜孔洞安裝完畢后都要用防火包封堵，防止小動(dòng)物誤闖入而引發(fā)事故。⑦檢查設(shè)備外殼是否有效接地，測(cè)量絕緣電阻、接地電阻，保證接地電阻不大于4 Ω。⑧設(shè)備的操作和維護(hù)工作應(yīng)由專業(yè)人員執(zhí)行。

4 未來發(fā)展

為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展需要，不僅要求箱式變電站的運(yùn)行要安全、可靠，還要求箱式變電站環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)信息能遠(yuǎn)程顯示在工程師站，能自動(dòng)定位故障區(qū)段，切除故障，轉(zhuǎn)帶自動(dòng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證在1 min左右恢復(fù)供電等。相信隨著科技的發(fā)展，高壓環(huán)網(wǎng)、雙電源供電的自動(dòng)化、低壓網(wǎng)自動(dòng)投切、遠(yuǎn)程采集數(shù)字信息化裝置和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都將被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。

5 結(jié)束語

箱式變電站在城市高層建筑、工廠、市政設(shè)施、礦山、公路和油田等建設(shè)中發(fā)揮了非常重要的作用。隨著箱式變電站技術(shù)的日漸成熟和自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，智能箱式變電站和地埋式箱式變電站有很大的發(fā)展?jié)摿Γ@也是我們今后努力的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]西安高壓電器研究所，中國電力科學(xué)研究院高壓開關(guān)研究所，上海電氣輸配電試驗(yàn)中心有限公司，等.GB 17467—2010 高壓/低壓預(yù)裝式變電站[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版.北京：中國電力出版社，2005.

〔編輯：白潔〕