箱式變電所在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用與改進(jìn)研究

王佩霞

摘要：箱式變電所具有供電質(zhì)量好、減少損耗、投資較少、施工時(shí)期短、占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行安全可靠、選址靈活等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于港口碼頭、居民樓房、城市廣場(chǎng)、建筑工地等地區(qū)。文章介紹了箱式變電所的結(jié)構(gòu)以及電氣主接線，通過(guò)分析箱式變電設(shè)備的選擇方法，探究了箱式變電所在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用與改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：箱式變電所；配電系統(tǒng)；供電質(zhì)量；電力系統(tǒng)；電氣主接線 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.014

1 箱式變電所

箱式變電所是一種把高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置按照合理的接線方案排成一體的工廠預(yù)測(cè)戶(hù)外、戶(hù)內(nèi)、緊湊式配電設(shè)備，它的另一種叫法是預(yù)裝式變電所，分為拼裝式、一體式和組合式三種布置形式。箱式變電所將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等功能有機(jī)地組合在一起，采用全封閉式運(yùn)行的模式，是新崛起的變電站，很適用于城鄉(xiāng)建設(shè)與改造，被廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)之中，如礦山、工廠企業(yè)、油氣田和風(fēng)力發(fā)電站的配電系統(tǒng)中就使用了箱式變電所，如圖1所示：

2 箱式變電所在城區(qū)配電系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

箱式變電所與土建變電站之間存在很大的不同之處，主要有如下兩個(gè)方面：（1）箱式變電所在被使用之前需要經(jīng)過(guò)規(guī)定的形式試驗(yàn)考核；（2）箱式變電所是在制造廠完成設(shè)計(jì)、制造并安裝，并完成內(nèi)部電氣接線，這樣大大地減少了工作量，工作人員可以節(jié)約大量時(shí)間從事其他的工作，提高工作效率，然后經(jīng)過(guò)出廠試驗(yàn)的驗(yàn)證，保證了箱式變電所的質(zhì)量。

箱式變電所的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在它的配套系統(tǒng)完善，體積小，占地面積少，送電速度迅速，適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，安裝工程簡(jiǎn)單方便，降低對(duì)工作人員的要求，它可以長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行，耗費(fèi)資金少，并且見(jiàn)效較快。在繁華市區(qū)安裝箱式變電所，它的占用面積沒(méi)有配電房的一半，甚至只有配電房的十分之一，工作人員可以減少勞動(dòng)力的耗費(fèi)。具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：（1）對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。既可以用于環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，又適用于終端供電和雙線供電方式，而且三種供電方式之間互換性很好，適用于電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)的發(fā)展也極其有利；（2）嚴(yán)格隔離箱體內(nèi)部各室間，它的內(nèi)部采用金屬鋼板分隔為高壓開(kāi)關(guān)室、低壓開(kāi)關(guān)室和變壓器室；（3）箱式變電所具有防潮、易成形、隔熱效果好、防凍、防裂、防燃等優(yōu)點(diǎn)，它的外部材料是由非金屬玻纖增強(qiáng)特種水泥制成，具有美觀的外形，并與附近的建筑形成一體；（4）高壓室的設(shè)計(jì)完善緊湊，可以防止操作失誤，性能安全，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便；（5）供電迅速穩(wěn)定，常規(guī)變電站可以開(kāi)始供電需要六個(gè)月以上的時(shí)間，而箱式變電所只需要預(yù)先做好基礎(chǔ)，安裝好就可以正常供電。

3 箱式變電所的缺點(diǎn)

3.1 存在火災(zāi)隱患

箱式變電所是密封性的自動(dòng)運(yùn)行，箱體存在火災(zāi)隱患，無(wú)人值守，監(jiān)測(cè)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如果發(fā)生火災(zāi)，通風(fēng)性差，不利于撲救火災(zāi)。

3.2 擴(kuò)展程度小

因?yàn)橄涫阶冸娝捏w積較小，出線間隔的擴(kuò)展程度小，假如需要再增加出線間隔難度較大，需要增加箱體才可以做到。

3.3 檢修難度大

箱式變電所由于考慮到制作成本以及箱變體積，在設(shè)計(jì)箱變時(shí)縮小了箱式變電所的檢修空間，因此工作人員在進(jìn)行設(shè)備檢修或者事故搶修時(shí)，增加了檢修難度。

4 箱式變電所電氣設(shè)備的選擇

4.1 選擇合適的變壓器

在應(yīng)用箱式變電所的過(guò)程中，選擇合適的變壓器是最重要的一步，通常情況下箱式變電所應(yīng)用的變電器是降壓變壓器，可以把10kV降到220V或者370V。不過(guò)對(duì)變壓器的容量的要求并不嚴(yán)格，容量范圍在50～1600kVA即可。我國(guó)大部分城區(qū)配電系統(tǒng)對(duì)變壓器的容量范圍的要求在80～630kVA之間。變壓器的密封性要好，S11變壓器的密封性與其他變壓器相比，它的密封性比較好，工作人員會(huì)選擇這種變壓器，也可以選擇其他的變壓器，但要注意它的密封性，在運(yùn)行的過(guò)程中噪音不能過(guò)大，質(zhì)量好不需要經(jīng)常進(jìn)行維修，總之，整體性?xún)r(jià)比要高。當(dāng)選擇兩臺(tái)進(jìn)行箱式配電時(shí)，即使一臺(tái)配變發(fā)生故障需要維修時(shí)，而另一臺(tái)配變?nèi)钥梢员ＷC對(duì)用戶(hù)正常供電。

在電力系統(tǒng)中提供電能的發(fā)電機(jī)是需要按要求設(shè)計(jì)額定電壓和額定電流的，電流和電壓在發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中不可以超過(guò)規(guī)定值，否則會(huì)損壞發(fā)電機(jī)或者縮短其使用壽命。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是通過(guò)額定電流與額定電壓之積定額的，即當(dāng)其接入負(fù)載為電阻時(shí)，理論上發(fā)電機(jī)得到完全的利用，因?yàn)镻=U*I*cosΦ中的cosΦ=1，但是當(dāng)負(fù)載為干性或容性時(shí)，cosΦ<1，發(fā)電機(jī)就沒(méi)有得到充分利用。必須提高其功率因數(shù)，才能最大程度利用發(fā)電機(jī)的容量。電力系統(tǒng)中的輸電部分輸電線上的損耗：Pl=RI*I，負(fù)載吸收的平均功率：P.=V*I*cosΦ，因?yàn)镮=P./V/cosΦ，所以Pl=R*P./V/cosΦ（V是負(fù)載端電壓的有效值）。從上式可以看出，在V和P都不變的情況下，提高功率因數(shù)cosΦ會(huì)降低輸電線上的功率損耗。

4.2 幾種配變經(jīng)濟(jì)分析比較

選擇美式箱變后，箱式變電所配變的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)整個(gè)低壓電網(wǎng)的電壓質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性都有舉足輕重的影響。S9系列變壓器和SH非晶態(tài)系列變壓器在S7系列變壓器被國(guó)家明令淘汰后是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)最新的節(jié)能變壓器，S9變壓器與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6451-1995的規(guī)定值相比，總損耗下降了15%～25%，而國(guó)產(chǎn)SH非晶態(tài)合金變壓器的空載損耗與現(xiàn)行國(guó)家國(guó)標(biāo)GB/T 10228-1997規(guī)定數(shù)值相比降低了3/4，僅為S9同容量變壓器的20%。由于居民用電較少，所以輕載運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，年空載損耗占變壓器總損耗比重較大，SH型非晶態(tài)合金變壓器與居民的用電特點(diǎn)相符合，節(jié)能效果顯著。

綜合上述分析，SH型非晶態(tài)合金變壓器比S9型變壓器節(jié)能效果更好，盡管SH型變壓器前期投資較大，但是因?yàn)楣?jié)能效果好，所以可以在3～6年內(nèi)回收投資差額，在11～12年即可收回變壓器成本費(fèi)，因此SH型非晶態(tài)合金變壓器為最優(yōu)選擇。

5 箱式變電所的生活應(yīng)用

5.1 箱式變電所的使用環(huán)境

箱式變電所的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，它正常運(yùn)行的環(huán)境滿足以下要求即可：海拔高度不超過(guò)1000m；空氣相對(duì)濕度不超過(guò)90%；戶(hù)外風(fēng)速不超過(guò)35/s；沒(méi)有火災(zāi)或化學(xué)腐蝕的現(xiàn)狀。

5.2 箱式變電所安裝地點(diǎn)的確定

為了不影響周邊建筑和街道的美觀，箱式變電所應(yīng)該安裝在樓房中間的地面上比較好，同時(shí)為了防止積雨水，箱式變電所需要高出地面0.3m左右。

6 供電系統(tǒng)運(yùn)行需要注意的問(wèn)題以及改造方案

6.1 供電系統(tǒng)運(yùn)行需要注意的問(wèn)題

國(guó)外已普遍使用箱式變電所，我國(guó)也在逐步使用它。我國(guó)的人口數(shù)量龐大，所以我國(guó)的箱變市場(chǎng)廣闊，但應(yīng)用箱式變電所需要解決好以下問(wèn)題：在普通地區(qū)可以采用價(jià)格比較便宜的空氣絕緣箱式站，但是對(duì)于氣候條件和地理?xiàng)l件特殊的地方并且有特殊安全可靠的場(chǎng)所則要采用SF6絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備。必須解決好環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的封閉式電纜插接件問(wèn)題，著重注意高壓室和低壓室的凝露問(wèn)題，防止閃絡(luò)放電；要防止變壓器室因?yàn)榘l(fā)熱而影響變壓器出力；考慮在殼體上安裝故障電弧限制器、防爆膜盒、電力開(kāi)關(guān)系統(tǒng)和電子智能保護(hù)系統(tǒng)，以便防止因內(nèi)部故障而引發(fā)殼體爆炸；對(duì)于SF6絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備還要逐步加裝“氣體監(jiān)測(cè)裝置”。注意選擇使用整體性能好并且安全度高的元件，比如高壓開(kāi)關(guān)、變壓器和低壓開(kāi)關(guān)這些元件，必須選擇質(zhì)量和性能都好的產(chǎn)品，這樣的智能箱變可靠性才會(huì)提高。

6.2 供電系統(tǒng)運(yùn)行改造方案

6.2.1 部分采用箱變的地區(qū)交通不太方便或者建設(shè)箱式變電所的空間較小，因此在設(shè)計(jì)箱變時(shí)不能忽視運(yùn)輸條件。假如常規(guī)產(chǎn)品不符合運(yùn)輸要求時(shí)，可以設(shè)計(jì)新箱變模式，比如可以采用拼裝式（組合式）箱變模式。

6.2.2 配裝煙霧報(bào)警系統(tǒng)，把報(bào)警信號(hào)上傳到調(diào)度所，實(shí)行二十四小時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)對(duì)低壓斷路器的智能化研究，使其實(shí)現(xiàn)觸頭溫度監(jiān)測(cè)、觸頭損壞自動(dòng)報(bào)警和狀態(tài)檢修。

6.2.3 采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)箱式變電所的情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱式變電所更加直觀的了解和監(jiān)控，可以及時(shí)檢修變電站的故障，減少損失。

6.2.4 把大的主設(shè)備元器件設(shè)計(jì)成抽出式，有利于設(shè)備的維修，依據(jù)國(guó)家的箱變?cè)O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通道的寬度要大于800mm，對(duì)于低壓箱變或者小型箱變可以將它設(shè)計(jì)成箱外檢修箱內(nèi)操作的模式。

6.2.5 在設(shè)計(jì)箱式變電所時(shí)，應(yīng)該充分考慮用戶(hù)二期設(shè)備施工的方便性，在箱式變電所內(nèi)預(yù)留二期裝備位置。

6.2.6 可以采用“回水沿”和對(duì)接蓋板的相互重疊原理的結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，在箱體頂部對(duì)接處和測(cè)立柱對(duì)接處分別采用不同的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行鎖接，在此部分需要進(jìn)行防銹處理，以此保證對(duì)接處的防水要求，同時(shí)可以在箱體頂部對(duì)接蓋板處和箱體對(duì)接立柱處采用“神馬”專(zhuān)用密封條進(jìn)行鑲邊、壓接后進(jìn)行鎖接。

7 結(jié)語(yǔ)

雖然箱式變電所行業(yè)在我國(guó)產(chǎn)生的時(shí)間較久，但是箱式變電所行業(yè)的發(fā)展仍然不樂(lè)觀，箱變的利用率很低，與發(fā)達(dá)國(guó)家的70%～91%相比相差甚遠(yuǎn)，箱變的應(yīng)用率不足配變的6%，對(duì)此我國(guó)箱變行業(yè)應(yīng)該注重技術(shù)的研究和創(chuàng)新，提高箱變的利用率，節(jié)約能源。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城鄉(xiāng)用地逐漸變得緊張，能源短缺，電的負(fù)荷密度越來(lái)越大，電網(wǎng)也由架空變?yōu)殡娎|，舊的配電變壓器已經(jīng)不能很好地滿足人們生活的需求，因此配電系統(tǒng)應(yīng)采用小型化和環(huán)保型箱變，既滿足了供電需求，又可以節(jié)約能源，美化環(huán)境。

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