預(yù)裝式箱式變電站設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)分析

上海電力設(shè)計(jì)院有限公司 毛姝旻

預(yù)裝式箱式變電站是一種小型的配電設(shè)備，其將高電壓受電開關(guān)設(shè)備、低壓配電設(shè)備和配電變壓器按照特定的接線方法組合在一起。該裝置具有線損小、自動(dòng)化和集成化程度高以及送電周期短等諸多特點(diǎn)，其能使居民社區(qū)、鄉(xiāng)村變電所的施工起到很好的效果。

1 箱式變電站的功能

1.1 技術(shù)具有較高的可靠性和安全性

在箱式變電所的殼體上，大部分是使用國內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)和制造方法制造而成，殼體以鍍鋁鋅鋼板為主體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是按照標(biāo)準(zhǔn)化的容器結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程來實(shí)現(xiàn)的，使得箱式變電站的整體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的耐腐蝕性；箱內(nèi)封面板采用鋁合金搭扣材質(zhì)，中間層采用阻燃隔熱材料。箱內(nèi)裝有可自行調(diào)整的空氣調(diào)節(jié)及除濕設(shè)備。避免客觀環(huán)境對(duì)箱體造成損傷，確保在-40℃～+40℃環(huán)境下，箱式變電站的安全性、穩(wěn)定性和節(jié)能性[1]。變電站箱內(nèi)，主要由各種設(shè)備構(gòu)成，如單元真空開關(guān)、干電壓互感器和真空斷路器等。而且各種設(shè)備都進(jìn)行了絕緣處理，無外露的帶電部件，完全符合國內(nèi)“零過電”要求。這樣整個(gè)電廠都能達(dá)到無油自動(dòng)操作的功效，并且兩套裝置的一體化、自動(dòng)化程度也更高。應(yīng)用自動(dòng)化和集成化功能能夠明顯減少變電設(shè)備的維護(hù)工作量，從而實(shí)現(xiàn)無人值守的效果。

1.2 箱式變電站組合靈活

由于箱式變電所的內(nèi)部構(gòu)造比較緊密，并且每個(gè)間隔都是單獨(dú)的一體化的設(shè)計(jì)，因此，在使用過程中，箱式變電所能夠根據(jù)具體的條件靈活地進(jìn)行組合[2]。設(shè)計(jì)人員可以將高壓側(cè)和低壓側(cè)全部設(shè)置在箱體內(nèi)部，從而組裝成全部密封的變電站，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也可以結(jié)合實(shí)際需求將高壓側(cè)安裝到外部。

1.3 箱變輻射小

箱式變電站中變壓器放置在金屬箱內(nèi)部，箱體可以實(shí)現(xiàn)輻射隔離的效果，圖1所示的箱式變電站金屬箱能夠有效隔離電磁輻射。而且現(xiàn)代歐式箱變本身具有豐富的功能，在建筑用電和鐵路設(shè)計(jì)中，歐式箱變已經(jīng)成為首選設(shè)備。

圖1 箱式變電站金屬箱

2 箱式變電站內(nèi)部元件選型的技術(shù)要點(diǎn)

在箱變裝置的選用上，應(yīng)該重點(diǎn)考慮高壓端受電裝置和低壓配電網(wǎng)，在高壓受電裝置的選用上，可以使用高壓負(fù)荷開關(guān)和熔斷器結(jié)合電氣的方法來代替常規(guī)的高壓斷路器，這種方法可以顯著提高企業(yè)的整體投資效率[3]。在低壓配電部分的選取上，應(yīng)當(dāng)將配電柜、聯(lián)絡(luò)柜和補(bǔ)償柜等單獨(dú)地進(jìn)行組合，現(xiàn)在國內(nèi)的箱式變電所的內(nèi)部一體化程度比較高，其配電網(wǎng)絡(luò)通常是星形的，若將其直接接入到電網(wǎng)中，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨之改變，就會(huì)引起繼電保護(hù)的失效。從實(shí)際使用情況來看，采用三段式過流保護(hù)無法對(duì)線路中的短路電流進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，造成線路誤動(dòng)或拒動(dòng)。此外，電網(wǎng)中的繼電保護(hù)設(shè)備極易產(chǎn)生“孤島”效應(yīng)，當(dāng)電網(wǎng)短路時(shí)，可能會(huì)造成電網(wǎng)的自停，從而對(duì)負(fù)荷造成影響。

3 箱式變電站的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 高壓受電設(shè)備的選擇要點(diǎn)

中小規(guī)模容量的電力用戶占我國比重較大，在設(shè)計(jì)10kV 箱式變電站時(shí)，選擇高電壓負(fù)荷開關(guān)加熔型復(fù)合電器作為替代，可以有效提高整體投入效率。高電壓負(fù)荷開關(guān)的作用是開斷正常的負(fù)載電流，以降低出現(xiàn)開斷短路電流的可能性。同時(shí)，熔絲能夠高效阻斷電網(wǎng)短路電流，解決電網(wǎng)穩(wěn)定性和安全性的問題。

相比之下，與“高壓負(fù)荷開關(guān)+熔斷器”相比，高壓斷路器的組合電氣設(shè)備成本更高、體積更大[4]。因此，在10kV 箱式變電站設(shè)計(jì)中，選擇高電壓負(fù)荷開關(guān)加熔型復(fù)合電器，不僅可以提高投入效率，還可以降低成本和減小設(shè)備體積。這種設(shè)計(jì)可以更好地滿足電網(wǎng)的運(yùn)行需求，并保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

總之，高電壓負(fù)荷開關(guān)加熔型復(fù)合電器是一種有效的設(shè)計(jì)方案。其能夠完成對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)負(fù)載電流的開斷，并能高效解決電網(wǎng)故障短路電流的問題。與高壓斷路器相比，高電壓負(fù)荷開關(guān)加熔型復(fù)合電器具有更低的成本和更小的體積，且更適合在10kV箱式變電站中使用，從而提高整體的投入效率。在變電站設(shè)計(jì)中，應(yīng)用高壓斷路器將會(huì)占用較大的空間，而且箱式變電站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身緊湊，體積較大的高壓斷路器很容易對(duì)箱式變電站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成明顯影響，因此在箱式變電站中，采用高電壓負(fù)荷開關(guān)+熔斷器的組合電氣裝置是一種較好的選擇。

3.2 低壓配電的技術(shù)要點(diǎn)

配電房是保障箱式變電站穩(wěn)定發(fā)揮功能的重要媒介，從目前配電房的設(shè)備結(jié)構(gòu)來看，普通配電房的低壓配電柜多數(shù)采用單獨(dú)組合布置方式，并按低壓分配的功能模塊分別設(shè)置，因此在獨(dú)立的結(jié)構(gòu)中還需將聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜和補(bǔ)償柜等連接起來[5]。但是，箱式變電所的內(nèi)部一體化水平很高，簡單的一次電路可以簡化連接方式，其內(nèi)部構(gòu)造包含了進(jìn)線、出線以及補(bǔ)償功能。

從我國電力配備情況來看，箱式變電站是一種電力設(shè)備，通常安裝在城市或工業(yè)區(qū)供應(yīng)所需電能。然而，使用箱式變電站也存在一些問題。

箱式變電站經(jīng)常出現(xiàn)保險(xiǎn)絲燒斷的情況。當(dāng)保險(xiǎn)絲燒斷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓下降甚至停電，給用戶的電力使用帶來困擾。這可能是由于電流過大或其他故障引起的。為了解決這個(gè)問題，需要修復(fù)或更換燒斷的保險(xiǎn)絲，這可能會(huì)耗費(fèi)時(shí)間和精力。故障發(fā)生時(shí)，箱式變電站需要重新關(guān)閉，意味著在故障修復(fù)期間，用戶將無法獲得電力供應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致供電恢復(fù)時(shí)間較長，這對(duì)用戶的正常使用體驗(yàn)造成了影響。為了提供持續(xù)的電力供應(yīng)，必須加快解決箱式變電站的故障，并進(jìn)行高效的維修與恢復(fù)工作。

此外，箱式變電站的維護(hù)工作較為復(fù)雜和困難，且需要專業(yè)的人員進(jìn)行維護(hù)和檢修，因?yàn)橄涫阶冸娬景喾N電力設(shè)備并涉及復(fù)雜的電路連接。為了確保箱式變電站的正常運(yùn)行，定期的維護(hù)和檢修工作是必不可少的。這需要投入相應(yīng)的人力和物力資源，增加了維護(hù)成本和難度。箱式變電站所占地面積較大，不利于城市空間規(guī)劃和利用。隨著城市的不斷發(fā)展和新增用地的稀缺，尋找適合建設(shè)箱式變電站的合適土地變得越發(fā)困難。這可能導(dǎo)致變電站的建設(shè)受到限制，給城市電力供應(yīng)帶來不便。

而箱式變電站本身具有復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，高壓熔斷器在系統(tǒng)發(fā)生故障后很難對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的保護(hù)。此外，單一的高壓熔斷器很容易形成“孤島”效應(yīng)，并網(wǎng)之后的短路很容易導(dǎo)致母線出現(xiàn)自動(dòng)切斷的現(xiàn)象，導(dǎo)致其他負(fù)載處于非均衡狀態(tài)。

3.3 變壓器的選擇要點(diǎn)

變壓器是一種靜止的機(jī)電設(shè)備，其可以通過電磁感應(yīng)的方式，將電壓、電流的交流電轉(zhuǎn)化為具有同一頻率的各種電壓、電流的交流電，保證了電能在使用過程中能夠發(fā)生各種形式的變換，因此，變壓器是將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分配和使用的一種非常關(guān)鍵的電力裝置。在綠色發(fā)展理念和可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，節(jié)能型干式配電變壓器已經(jīng)成為箱式變電站的首選設(shè)備。與此同時(shí)，為避免火災(zāi)和電擊事故的發(fā)生，我們需要注意以下三點(diǎn)。第一，我們應(yīng)該控制變壓器的負(fù)載率，確保其在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以避免過載和設(shè)備損壞。第二，為保證變壓器的正常運(yùn)行，我們需要定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和檢修工作，以確保其性能和安全性。雖然變壓器的使用壽命通常較長，但是經(jīng)過長時(shí)間使用，可能會(huì)出現(xiàn)損壞或老化，這時(shí)工作人員需要進(jìn)行更換或修復(fù)。最后，選擇和使用變壓器應(yīng)根據(jù)具體的需求和要求進(jìn)行，確保其能夠滿足電力系統(tǒng)的需求，并提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。通過把握這些關(guān)鍵點(diǎn)，我們可以降低火災(zāi)和電擊事故的風(fēng)險(xiǎn)，并保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

例如用戶終端變電站主要指由10kV 降到380V 的末級(jí)變電站，這類變電站變壓器一般在630～1000kV，因此，在安全防火距離設(shè)計(jì)中可以按照有關(guān)防火間距的規(guī)定執(zhí)行，預(yù)裝式變電站主要分為干式和濕式兩種。

干式變壓器在箱式變電站應(yīng)用中可以省去檢查油位、油溫以及油質(zhì)等，其工作原理如圖2所示，技術(shù)人員在干式變壓器安裝中可以忽略這類參數(shù)，因此，這種類型的變壓器也稱作無維修變壓器。另外，干式變壓器還具有防火防爆等重要作用，在箱式變電站中安裝變壓器可以充分保障變電站的穩(wěn)定性和安全性，總的來說，在箱式變電站中選擇變壓器應(yīng)當(dāng)科學(xué)匹配變壓器的特點(diǎn)和箱式變電站功能的基本需求，通過變壓器型號(hào)和功能的綜合分析確定變壓器，確保變壓器在箱式變電站中充分發(fā)揮作用。

圖2 干式變壓器工作原理

3.4 箱變?cè)O(shè)計(jì)方案

箱變?cè)O(shè)計(jì)是箱式變電站安裝的重要環(huán)節(jié)，在箱變?cè)O(shè)計(jì)中應(yīng)著重關(guān)注影響箱變的各種參數(shù)。

例如在路燈箱變?cè)O(shè)計(jì)中應(yīng)該將容量控制在30～500kVA，照明類箱變?nèi)萘恳话悴粫?huì)較小，而且箱式變電站一般設(shè)置在道路兩側(cè)，因此在箱式變電站安裝中要求應(yīng)用體積和占地面積較小的箱式變電站，探討路燈箱變的特征設(shè)計(jì)－形式一致性、多種用途、計(jì)量形式選擇和機(jī)箱設(shè)計(jì)。

密封方法在施工及使用過程中起著關(guān)鍵作用。油變性和干式是兩種常見的密封方法。油變性方法通過完全密封的設(shè)計(jì)使油在變壓器內(nèi)循環(huán)，并保持其變性，從而有效抑制碳化物的生成。干式方法則通過完全密封，在變壓器內(nèi)部使用干燥的氣體作為絕緣介質(zhì)，避免油的使用。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。路燈箱變是一種常見的電器裝置，其特征設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其多種用途的可操作性。形式一致性是保持其外觀和結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的重要特征。通過精心設(shè)計(jì)，路燈箱變可以具有各種形式，以適應(yīng)不同的使用場(chǎng)景。此外，通過控制裝置的靈活運(yùn)用，路燈箱變可以實(shí)現(xiàn)多種用途，提高其使用效率。

在箱式變的計(jì)量中，供電與計(jì)量的形式選擇多樣。最常見的形式是高供高計(jì)和高供低計(jì)。這取決于不同的用電需求和供電方式。對(duì)于高供高計(jì)的形式，變壓器的供電電壓和計(jì)量電壓需保持一致，適用于對(duì)供電質(zhì)量要求較高的場(chǎng)景。而對(duì)于高供低計(jì)的形式，變壓器的供電電壓較高，計(jì)量電壓較低，適用于對(duì)供電質(zhì)量要求較低的場(chǎng)景。機(jī)箱是路燈箱變的重要方面之一，其設(shè)計(jì)應(yīng)簡潔、直觀，并要科學(xué)地應(yīng)用“品”字形進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡潔直觀的設(shè)計(jì)可以提高工作效率和使用便捷性。采用“品”字形進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)可以使各個(gè)功能區(qū)域相互獨(dú)立且合理布局，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

總的來說，在我國科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的背景下，我國的制造研發(fā)水平得到了明顯提升，箱式變電站的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及集成自動(dòng)化程度得到了明顯提升。同時(shí)箱式變電站具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作可靠以及電能轉(zhuǎn)換效率高等現(xiàn)代化特點(diǎn)，因此，該裝置在城市建設(shè)和農(nóng)村變電工程建設(shè)中一定能得到用戶的認(rèn)可，為提升智能供配電的安全性和經(jīng)濟(jì)性奠定基礎(chǔ)。