箱式變電站在路燈供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

北京市城市照明管理中心 李凌郁

1 引言

在技術(shù)人員的不斷努力下，我國(guó)電力行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新不斷取得新成果、設(shè)備創(chuàng)新不斷迎來(lái)新契機(jī)，箱式變電站是比較具有代表性的設(shè)備之一，主要可以分成高壓開關(guān)、變壓器和低壓配電裝置三部分，所有的生產(chǎn)加工都在加工廠進(jìn)行，具有應(yīng)用效率高、使用便捷性突出的特點(diǎn)。將箱式變電站應(yīng)用到路燈供配電系統(tǒng)當(dāng)中去，能夠有效優(yōu)化路燈供配電的效果、保證路燈的使用穩(wěn)定性，在這種情況下對(duì)本課題進(jìn)行研究，明顯具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 箱式變電站概述

我國(guó)箱式變電站的起步時(shí)間比較晚，直到20世紀(jì)九十年代才開始投入實(shí)際應(yīng)用，但是在技術(shù)人員的不懈努力下，目前我國(guó)的箱式變電站及其配套技術(shù)已經(jīng)十分成熟，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等配套系統(tǒng)越來(lái)越完善，箱式變電站所具有的維修簡(jiǎn)單、便于安裝與運(yùn)輸、體積小、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)作用得以發(fā)揮，為社會(huì)生產(chǎn)生活提供了巨大的支持與便利。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，箱式變電站主要可以分成低壓配電裝置、高壓開關(guān)設(shè)備、變壓器等幾個(gè)部分，在工作人員遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用的情況下，箱式變電站能夠有效提升用電器的供電效率和電壓質(zhì)量，確保用電器長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行[1]。結(jié)合具體情況來(lái)看，箱式變電站具備以下應(yīng)用特點(diǎn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能箱變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

一是性能十分穩(wěn)定。箱式變電站的外殼材料為金屬材料，具有強(qiáng)度、硬度等方面的優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)過(guò)全面防腐處理的情況下，其更是能夠在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境下保持穩(wěn)定，即使是在－40～+40℃的惡劣環(huán)境中依然可以正常使用，這使得箱式變電站的應(yīng)用區(qū)域幾乎覆蓋了我國(guó)全部地區(qū)。

二是自動(dòng)化程度高。箱式變電站的一次設(shè)備都具有比較穩(wěn)定的性能，其本身又是明顯的封閉性結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)運(yùn)行故障的可能性非常小，在自動(dòng)化控制設(shè)備的支持下，其還具有十分可觀的自動(dòng)化功能，因而得到了越來(lái)越多的認(rèn)可。

三是工廠預(yù)制化。箱式變電站具有一體化結(jié)構(gòu)特征，其各個(gè)部分都可以通過(guò)工廠預(yù)制的方式進(jìn)行生產(chǎn)，這極大地縮短了現(xiàn)場(chǎng)安裝所需要的時(shí)間，確保了箱式變電站的應(yīng)用效率。不難看出，箱式變電站本身具有十分可觀的優(yōu)越性，將箱式變電站應(yīng)用到路燈供配電系統(tǒng)中去，顯然能提高路燈運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

3 箱式變電站在路燈供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 箱式變電站的安裝

目前最常用的箱式變電站基本高度在2.5m 左右，有一定的安裝難度，工作人員應(yīng)對(duì)其安裝過(guò)程進(jìn)行全流程優(yōu)化，嚴(yán)格根據(jù)路燈供配電系統(tǒng)施工標(biāo)準(zhǔn)和流程，對(duì)箱式變電站進(jìn)行有效安裝。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)將箱式變電站的高度設(shè)置在超過(guò)地面1～1.5m 范圍內(nèi)，否則其可能給人們的正常視線造成影響[2]。另外，要對(duì)箱式變電站的絕緣設(shè)備、散熱裝置進(jìn)行妥善安裝，比如用于散熱的風(fēng)機(jī)就是比較常見(jiàn)的配套設(shè)備之一，工作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定風(fēng)機(jī)安裝方案，使之在箱式變電站的變壓器柜中發(fā)揮作用，同時(shí)對(duì)其配套的溫控器及自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行安裝，以便于在箱式變電站溫度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)以后風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行降溫，為箱式變電站的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。

3.2 預(yù)防性檢測(cè)

在路燈供配電系統(tǒng)中，箱式變電站發(fā)揮著極其重要的作用，為保證箱式變電站穩(wěn)定運(yùn)行，工作人員需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次預(yù)防性檢測(cè)，確定箱式變電站的設(shè)備和零件是否能夠正常運(yùn)行、是否存在質(zhì)量隱患。預(yù)防性檢測(cè)中，工作人員需要檢查的設(shè)備包括隔離開關(guān)設(shè)備、斷路器等主要元件以及線路及接頭、儀表設(shè)備等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路、接頭脫落松動(dòng)問(wèn)題，并對(duì)儀表設(shè)備的示數(shù)是否準(zhǔn)確進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)其中存在的問(wèn)題進(jìn)行處理，保證箱式變電站能夠正常運(yùn)行。除此之外，變壓器也是箱式變電站的重要組成部分之一，在進(jìn)行預(yù)防性檢測(cè)的過(guò)程中，工作人員應(yīng)對(duì)箱式變電站變壓器進(jìn)行著重檢查，具體的檢查內(nèi)容如下。

一是對(duì)變壓器的表面情況進(jìn)行檢查，對(duì)其表面存在的油污和腐蝕進(jìn)行清理，并對(duì)造成油漬問(wèn)題的變壓器滲漏問(wèn)題進(jìn)行處理，通過(guò)補(bǔ)焊等方式保證變壓器運(yùn)行效果。

二是對(duì)變壓器的噪聲進(jìn)行檢查，記錄變壓器在正常運(yùn)行條件下的噪聲水平，在噪聲水平遠(yuǎn)超正常規(guī)定值的情況下，對(duì)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)運(yùn)行故障的部分進(jìn)行更換和維修，使變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行。

三是對(duì)變壓器內(nèi)部的各個(gè)零件進(jìn)行逐一檢查，特別是套管、接頭、母線等更是檢查的重點(diǎn)對(duì)象，對(duì)出現(xiàn)變色、燒傷痕跡的零部件進(jìn)行替換，同時(shí)檢查變壓器冷卻裝置并進(jìn)行維修，避免不必要的質(zhì)量及安全問(wèn)題。

四是對(duì)變壓器內(nèi)部的絕緣電阻和接地電阻進(jìn)行測(cè)定，確定其是否維持在正常范圍內(nèi)，并對(duì)變壓器零部件進(jìn)行清理，使之在后續(xù)的使用中繼續(xù)發(fā)揮作用，維持箱式變電站的穩(wěn)定性[3]。特別需要提到的是，路燈供配電系統(tǒng)中的箱式變電站往往在極為惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，在強(qiáng)降雨、暴雪、臺(tái)風(fēng)等極端天氣條件的影響下，箱式變電站出現(xiàn)故障的概率將會(huì)成倍增長(zhǎng)，因此在進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)和預(yù)防性檢測(cè)的過(guò)程中，工作人員除了要定期進(jìn)行檢查之外，還需要在特殊天氣下進(jìn)行箱式變電站檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因特殊環(huán)境導(dǎo)致的設(shè)備故障并進(jìn)行修復(fù)，從而保證箱式變電站的正常使用。

3.3 濕度腐蝕防護(hù)處理

箱式變電站是否能夠正常運(yùn)行，決定了路燈供配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因此工作人員必須結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)箱式變電站進(jìn)行防腐蝕處理，從而讓箱式變電站的柜體及相關(guān)電氣設(shè)備能夠始終維持穩(wěn)定性。特別是在降雨季節(jié)到來(lái)之前，工作人員更是需要對(duì)箱式變電站的電纜溝、開關(guān)柜空洞進(jìn)行防水、防潮處理，對(duì)箱體及配套設(shè)施的孔洞進(jìn)行封堵，避免雨水滲透到箱式變電站高壓室及電纜溝內(nèi)。另外，在箱式變電站防潮防腐蝕處理中，還需要考慮以下問(wèn)題。

一是合理使用聚酰亞胺防護(hù)用料。箱式變電站的防水處理十分重要，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際防水需求，選擇更具防水性能的材料進(jìn)行替換，比如NOMEX 絕緣紙、聚酰亞胺等材料，就能在進(jìn)一步優(yōu)化箱式變電站防潮能力的基礎(chǔ)上，保證箱式變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。其中，聚酰亞胺材料能夠在相對(duì)濕度為95%的環(huán)境中保證干燥時(shí)90%的介電強(qiáng)度，得到了廣大工作人員的一致認(rèn)可。

二是合理應(yīng)用卷鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了更進(jìn)一步優(yōu)化箱式變電站運(yùn)行效果，工作人員需要從設(shè)計(jì)階段入手，優(yōu)化調(diào)整變壓器結(jié)構(gòu)，通過(guò)立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法解決鐵芯絕緣性差的問(wèn)題，保證其在潮濕條件下仍能穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

三是合理應(yīng)用餅式線圈結(jié)構(gòu)。餅式線圈結(jié)構(gòu)的特殊性在于，其使用了“紙絕緣-空氣-紙絕緣”的混合式絕緣結(jié)構(gòu)，讓線圈內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大幅度下降，解決了潮濕環(huán)境下變壓器受嚴(yán)重影響的問(wèn)題，使箱式變電站在潮濕環(huán)境下仍具有絕緣能力。

四是妥善應(yīng)用真空浸漆工藝。真空浸漆工藝具有絕緣效果十分突出的特征，在進(jìn)行真空浸漆處理以后，箱式變電站的鐵芯和線圈將具有更加突出的防水性能，即使直接浸泡在水中，其仍然能保持應(yīng)有的絕緣電阻值，這無(wú)疑能夠從根本上提升箱式變電站的穩(wěn)定性。

3.4 散熱處理

箱式變電站在路燈供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效提升路燈供配電的穩(wěn)定性，但是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，其產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫度不斷上升，最終導(dǎo)致箱式變電站無(wú)法繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，而對(duì)箱式變電站進(jìn)行散熱處理，無(wú)疑是必然選擇。

第一，箱式變電站內(nèi)部包含不同的零部件，其運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量不可能完全一致，這導(dǎo)致其不同部位的溫度存在一定的差異，在進(jìn)行散熱處理的過(guò)程中，工作人員應(yīng)考慮最低額定溫度值的零部件的需求，確保其他部位的溫度都小于絕緣材料的額定溫度值，從而保證箱式變電站正常運(yùn)行。從實(shí)際情況來(lái)看，箱式變電站變壓器的運(yùn)行熱量主要來(lái)自熱傳導(dǎo)、熱輻射及對(duì)流等形式，在進(jìn)行散熱處理的時(shí)候，也需要有針對(duì)性地從這些方面入手，將箱式變電站變壓器運(yùn)行環(huán)境溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。比如，干式變壓器繞組溫度升限值在100K，需要利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)散熱，使其運(yùn)行溫度維持在安全范圍內(nèi)，避免溫度過(guò)高影響其運(yùn)行效果，為整個(gè)箱式變電站提供有力保障。另外，從結(jié)構(gòu)入手對(duì)變壓器溫度升限值進(jìn)行控制，也是目前比較常見(jiàn)的散熱處理方法，技術(shù)人員可將其改造為雙層通道式結(jié)構(gòu)，綜合應(yīng)用自然對(duì)流、排風(fēng)裝置等，實(shí)現(xiàn)箱式變電站的有效散熱。

第二，箱式變電站散熱效果受多方面因素共同影響，比如其通風(fēng)效果和防塵效果都會(huì)影響箱式變電站散熱能力，因此在進(jìn)行散熱處理的過(guò)程中，工作人員應(yīng)通過(guò)增加排風(fēng)扇等方法提升其通風(fēng)效果，定期組織設(shè)備清理避免灰塵影響散熱效果，使箱式變電站能夠正常運(yùn)行。

第三，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)新型材料研發(fā)工作取得了前所未有的階段性成果，各種各樣的新材料開始在許多行業(yè)當(dāng)中發(fā)揮積極作用，比如反光材料就是比較具有代表性的新材料之一[5]。將反光材料噴涂在箱式變電站表面，能夠降低太陽(yáng)熱輻射，進(jìn)而避免箱式變電站溫度嚴(yán)重上升問(wèn)題。從實(shí)際情況來(lái)看，噴涂反光材料的同時(shí)加寬外殼與內(nèi)部設(shè)備之間的空間距離，也能在一定程度上優(yōu)化箱式變電站散熱效果，使之在路燈供配電系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。

3.5 防雷接地處理

為確保箱式變電站在路燈供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，工作人員還需要對(duì)箱式變電站進(jìn)行妥善地防雷接地處理。實(shí)際上，防雷接地處理是路燈供配電系統(tǒng)建設(shè)的重中之重，只有保證防雷接地效果，才能確保箱式變電站以及路燈供配電系統(tǒng)在雷電天氣中安全穩(wěn)定運(yùn)行。否則，雷電中蘊(yùn)含的巨大能量將會(huì)在與箱式變電站接觸的瞬間，將大量的熱能和機(jī)械力傳輸?shù)铰窡艄┡潆娤到y(tǒng)內(nèi)部的電氣設(shè)備上，并導(dǎo)致箱式變電站等設(shè)備損壞進(jìn)而無(wú)法運(yùn)行。比如傳導(dǎo)雷就是比較具有代表性的雷擊形式之一，雷電蘊(yùn)含的能量將會(huì)通過(guò)路燈供配電系統(tǒng)的輸電線路傳輸并給所有連接的電氣設(shè)備造成毀滅性影響，通過(guò)行之有效的防雷接地措施規(guī)避傳導(dǎo)雷，是保證箱式變電站在路燈供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果的必然選擇。

目前路燈供配電系統(tǒng)的防雷接地處理主要應(yīng)考慮以下兩方面。一方面是工作人員應(yīng)盡可能優(yōu)化路燈供配電系統(tǒng)中箱式變電站的防雷設(shè)計(jì)方案，根據(jù)相應(yīng)的成功案例總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)路燈供配電系統(tǒng)進(jìn)行整體性接地處理，確保路燈燈桿及其他外露金屬外殼接地，避免直擊雷和感應(yīng)雷等給箱式變電站造成嚴(yán)重破壞。另一方面是要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)接地電阻進(jìn)行控制，一般以10Ω 左右為宜，在設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中，工作人員需要對(duì)燈具、燈桿及其他金屬附件進(jìn)行等電位連接，從而控制電位差，使之在雷擊情況下盡可能維持穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

路燈供配電系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行，直接決定了城市地區(qū)夜間照明效果，自然也就影響著廣大人民群眾的居住生活體驗(yàn)。因此，技術(shù)人員必須合理應(yīng)用箱式變電站對(duì)路燈供配電系統(tǒng)進(jìn)行完善，同時(shí)對(duì)箱式變電站進(jìn)行妥善安裝，通過(guò)行之有效的預(yù)防性檢測(cè)、散熱處理、防潮防腐蝕處理、防雷處理等技術(shù)措施，確保箱式變電站能夠在路燈供配電系統(tǒng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用，為提升我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量作出努力。