箱式變電站設計方案的優化與實現

王中杰

摘要：城鄉電網建設中要求高壓直接接入用電負荷中心，形成變壓器降低的供電格局。供配電要求向用地節約化，智能化方向發展。隨著箱式變電站廣泛應用，傳統箱式變電站已經無法滿足智能電網建設的發展需求。本文針對箱式變電站技術特點、設計生產等環節進行闡述，設計箱式變電站布局，分析變電站外殼材料特點，對內部數據采集數據終端設備進行設計，從室內無線溫濕度監控器等方面進行設計。通過智能箱式變電站設計制造，驗證設計的合理性。

Abstract： In the construction of urban and rural power grids， high voltage is required to directly access the power load center to form a power supply pattern with reduced transformers. The power supply and distribution requirements are moving towards land use and intelligent development. With the widespread application of box substations， traditional box substations have been unable to meet the development needs of smart grid construction. This paper expounds the technical characteristics， design and production of box substation， designs the layout of box-type substation， analyzes the characteristics of the substation shell material， designs the internal data acquisition data terminal equipment， and designs from the indoor wireless temperature and humidity monitor. Through the design and manufacture of smart box substation， the rationality of the design is verified.

關鍵詞：箱式變電站;設計方案;優化

Key words： box substation;design;optimization

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0111-02

0? 引言

箱式變電站分為美式與歐式。組合式變電站將變壓器等元件放在變電器油箱內，用變壓器作為相間的絕緣介質，元器件體積得到縮小，箱式安裝有儀器儀表，如壓力釋放閥等監測裝置。歐式箱式變電站是將高壓開關設備與低壓配電裝置布置不同隔室內，通常箱式變電站高壓側額定電壓3.6kV-40.5kV，我國箱式變電站統稱為高低壓預裝式箱式變電站，隨著智能電網建設加快，傳統變配電產品不能滿足電網建設需求，智能化變電站成為市場青睞的產品。

1? 箱式變電站概述

箱式變電站因其具有組合靈活，便于遷移，施工周期短，占地面積小，免維護等優點廣泛受到重視。被廣泛應用于10-110kV中小型變電所的建設中。因其易于深入負荷中心，適用于農村電網改造。

箱式變電站主要形式有拼裝式，組合裝置型與一體型。拼裝式是將高低壓成套裝置裝入金屬箱體，配電裝置間有操作走廊，因其體積較大現已少用。組合裝置型的高低壓配電裝置將高低壓控制設備直接接入箱內，總體設計按免維護考慮，可以減小箱式變的體積，是目前普遍采用的形式。一體型是美式箱變，是在簡化高低壓控制裝置基礎上，將高低壓配電裝置與變壓器裝入變壓器油箱，箱式變體積小，僅為同容量歐式箱變體積的1/3。

箱式變電站的特點是技術先進安全，自動化程度高，工廠預制化，組合方式靈活。箱式變電站應用中應部分采用國內先進技術，框架采用集裝箱標準材料，具有良好的防腐性能。內封板采用鋁合金扣板，設備運行不受外界污染影響。箱體內一次設備采用單元真空開關柜，干式互感器等國內技術先進設備，產品為全絕緣結構，全站可實現無油化運行。

全站智能化設計，采用綜合自動化裝置，每個單元具有獨立的運行功能，控制箱內溫濕度。設計箱式變電站僅需根據變電站實際要求作出主接線的設計，設備在工廠一次安裝合格，現場安裝僅需進行箱體定位，出現電纜連接，傳動試驗等工作，變電站安裝到投運僅需5天時間。

箱式變電站結構緊湊，可以全部采用箱式，采用35kV設備室外安裝，10kV設備箱內安裝，適用于農網改造舊所改造，安裝10kV開關箱即可達到無人值守要求。美式變電站較同規模綜合自變電站減少投資45%，選用箱式變電站無房建工程量，符合國家節約土地資源政策。

2? 箱式變電站的發展

箱式變電站是60年代歐美國家推出的成套變電所變電設備，設備在工廠安裝檢驗完成，具有占空少，工期短等優點，受到電力企業的重視。目前美國電力公司研制的自動箱式變電站，具有監控與數據采集，負荷控制及波形測量等功能，具有結構緊湊等優點。智能箱式變電站在發達國家配電領域中占據重要地位。歐洲發達國家占配電設的70%，成為美國配電網自動化中的重要設備。

90年代中期，中國開始應用簡易變電站，電力部制定相應的標準，90年代末期，農網改造工程后，箱式變電站被廣泛應用于10-110kV變電站，因易于深入負荷中心，適用于農村電網改造，可用于住宅等用地緊張地區中。

隨著智能電網建設加快，未來箱式變電站發展為采用一體化智能開關柜，將一次斷路器，電子式流動電壓互感器與電網質量管理設備等集為一體，向模塊化，操作方便，低成本等方向發展，實現自適應，支持動態在線整定，狀態檢修等。箱式變電站向智能化方向發展，應急移動式智能變電站誕生，變電站采用模塊化制作，具有結構緊湊，裝備完善等特點，隨著我國經濟高速發展，智能電網建設規劃要求用電設備安全可靠，對智能箱式變電站市場需求擴大。

3? 智能箱式變電站設計

3.1 箱式變電站結構設計

箱式變電站結構分為品字型與目字型排列，其外殼材質分為金屬與非金屬，設計選用GRC玻璃纖維增加工非金屬外殼，具有耐腐蝕性強，使用年期長等優點。歐式箱式變電站結構分為變壓器室，高低壓室，主要由底座，隔板門等部分組成，底座與頂蓋骨架由角鋼焊接成。

金屬材料外殼通常有普通鋼板等，金屬外殼采用槽鋼結構，殼體采用GG型雙面鋼板，鋼板中間填充隔熱材料，減少太陽輻射對變電站內溫度影響。很多高檔別墅區等在金屬外殼外部裝飾木板，使其與周圍環境高度協調，頂蓋通常為斜面設計，頂蓋下四周設計百葉型通風孔，達到散熱目的。廢金屬外殼采用新型復合材料，GRC復合材料是70年代發明的材料，用玻璃纖維為增強材料，采用噴射工藝加工制造。具有強度高，耐腐蝕等優點，新型復合材料制造非金屬外殼具有殼體兼顧，抗暴曬，隔熱性能好等優點。材料具有使用壽命長，經濟美觀等優點。在不同環境中通過不同形狀瓷磚品走出不同圖案。

3.2 箱式變電站智能終端設備設計

2010年電網公司提出建設智能電網規劃，總體發展目標是建設特高壓電網骨干網絡購進，具有信息化，互動化特征的國際領先智能電網。全面覆蓋傳統電力系統所有領域。箱式變電站智能化是未來發展目標，箱式變電站實現信息共享，設備信息可實現網絡化，未來將大力發展清潔能源，變電站智能化成為發展趨勢。

智能箱式變電站總體功能主要由過程設備與終端設備組成，變壓器等監控模塊將采集數據通過局域網傳輸到通信管理機，按后臺制定規約將數據傳輸給管理站，管理站分析數據后作出響應判斷，變壓器非法打開時可通知管理人員，管理人員可第一時間處理變壓器故障。

設計提供變壓器溫控器有三路溫度傳感器，溫控器帶有RS485通信結構，實現變壓器狀態的遠程在線監測，可通過短信報警功能通知管理人員變壓器故障，變壓器內部溫控器利用監測變壓器小室內溫濕度，變電站內溫度較高時，啟動風機散熱，濕度較大時啟動除濕裝置。

箱式變電站產品安裝在戶外，高壓操作電源通常由電壓互感器提供，但因其輸出額定容量較小受限，設計采用安裝在箱式變電站外殼頂部的太陽能板發電。采用太陽能電源與PT電源自動切換供給操作電源。原理是逆變器將電池直流電逆變為交流電，白天太陽光強烈時多余電為蓄電池充電，太陽能控制逆變器控制光伏電池將太陽能轉化為電腦，蓄電池通過逆變器將直流電轉化為交流電。

3.3 配電監控系統設計

智能箱式變電站內部設計裝配電監控終端，終端設備采集數據通過網絡傳輸數據，管理站可通過監控管理平臺監控箱式變電站電流，變壓器運行情況，變電站內溫濕度等。開關量變化時可通過手機短路平臺通知管理員。

配電監控系統可幫助用戶實時了解設備運行情況，有利于提高電設備異常后的反應速度，節約維護成本，系統由智能采集單元，交互機，遠程服務器等組成，系統客戶端支持多賬戶同時使用，用戶可通過手機短信手機數據采集器開關量報警情況。

配電監控系統硬件由數據集中通訊器，管理站計算機組成。數據采集器采用STM32系列CPU芯片做中央處理器，ADM2483系列芯片做收發器，配合無線通信模塊傳輸數據，配電監控系統由硬件數據采集器與軟件平臺組成。監控系統由收發設備與軟件管理平臺組成，數據收發設備主要是數據傳輸模塊，由STM32系列CPU，LD03-10B05開關電源模塊等組成，外部AC220電源通過LD03電源模塊變換，外部輸入的RS-485信號通過無線通信模塊，通過移動網絡傳輸數據。

4? 箱式變電站設計中注意問題

箱式變電站在農網建設中廣泛應用，如某新建終端變電所采用三相雙繞組調壓力變壓器，35kV架空進線一回，采用35kV真空負荷隔離開關與快速熔斷器配合使用，降低造價，缺相運行時實現聯動分閘，1電纜出線6回，35kV母線采用單線部分段接線形式，電壓等級為35±5%/0.4kV。

改進后箱式變電站結構簡單，方便使用，設備成本低。增加電風扇，利于散熱，在潮濕天氣對箱體內空氣加熱，器件工作狀態由單片機自動控制，依據溫濕度傳感器信息發出控制指令。增設工作狀態指示燈，使檢修人員快速了解變電站內部電氣回路工作狀態。

《變電站設計規范》規定，二級耐火建筑物防火凈距離為10m，其面對變壓器等電氣設備外墻，在設備總高加3m的范圍內布設門窗時，墻與設備防火凈距離不受限制。墻與設備防火凈距離應大于5m。箱內一次系統采用單元真空開關，采用鋁型裝飾大門結構，間隔后設雙層防護板，建議主變與箱體最小防火凈距離采用10m。

5? 結語

箱式變電站具有運行操作靈活，分區設備更換維修方便，安裝快捷，噪音小，占地面積小等優點。實現電力生產運行全方位監控，造價較低，隨著城市配電網改造深入，將為用戶帶來更大的經濟價值。近年來箱式變電站是農網建設的主要方向，其經濟適用的優點被廣泛推廣應用，目前設計建設中存在檢修空間較小等問題，其不足問題在未來發展中有待完善。

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