地下式變壓器的發展前景

順特電氣設備有限公司 鄒壽華

地下式變壓器是一種安裝在地下的配電變壓器或組合式變壓器，產品整體采用全絕緣、全密封設計，產品在一定時期內可在水面以下安全運行，可有效抵御洪澇災害，最大程度的保證供電可靠性，是真正意義上的地下式變電站（簡稱地埋變），它演繹了中國配電領域發展過程中從室內配電房已逐步被室外預裝式變電站（或稱“箱式變電站”，簡稱箱變）所替代，再發展成從室外變電站逐步蛻變到地下式變電站的過程。隨著技術的提升和工藝的改進、節能環保和環境生態的需求，地下式變壓器越來越被電力市場所融入，相得益彰。

1 地下式變壓器的特點和優勢

隨著中國城鎮化的快速發展，城網現代化改造建設的不斷加快，城鄉用電量的不斷增加，科學技術日新月異，輸電和配電領域也在不斷創新發展一些新型電站形式，真正意義上的“地下配電設備”從中發揮出了其特殊的作用，具有一般變電站所沒有的特點和優勢：

地下式變壓器不占用地表有效空間，不影響視覺效果，令供電設備和周圍環境和諧統一。可避免遭受外界的無意或者惡意破壞，對設備周邊環境和人員的影響可減少到最低程度；產品整體采用全絕緣、全密封結構設計，在一定時期內可在水面以下安全運行，可運行抵御洪澇災害，最大程度的保證供電可靠性；產品箱體和散熱器采用特殊的低錳合金結構鋼或不銹鋼制造，并采用先進配套技術，能有效提高油箱的防腐防銹能力、整體剛性和耐候性。另散熱器結構獨特，保證了散熱器的機械強度、耐腐蝕性和散熱能力；城市的建設倒逼改善街景市貌、美化環境，傳統的箱式變電站錯落無序地擠占鬧市的黃金地面，箱變外殼易被貼面廣告“牛皮癬”。傳統馬路邊柱上油變“星羅棋布”，漏油、漏電現象時有發生，阻礙交通比比皆是，與優美的城市環境逐漸顯得很不和諧。地下式變電站產品對這些瑕疵進行了徹底革新，提高了城市“軟實力”，對創建文明城市、衛生城市添磚加瓦；地埋變產品采用專用高低壓元器件，技術成熟，性能可靠，方案靈活組合，可廣泛應用于城市道路照明、居民用電、高速公路、橋梁、隧道、機場、城市廣場、城市地下綜合管廊和公共設施的建設。

在歐、美、日等發達國家，已按照城市生態設計和建設理念，逐步將變壓器埋入地下安裝或建立地下配電室。地下式變壓器就是為了滿足上述領域的要求而引進、設計、開發的全新的一種電力成套設備，近幾年正以其獨特技術、綜合經濟優勢和社會效益逐漸被我國配電市場所接受。

2 地埋變的市場應用

2.1 城市綜合管廊用地埋變

城市綜合管廊即是在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通信，燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。2015年7月的國務院常務會議上確定部署推進城市地下綜合管廊建設，國家開始密集出臺與城市綜合管廊相關的政策文件，從政策、資金等方面對綜合管廊建設給予大力支持，我國進入城市綜合管廊的高速發展時期。

面對地下綜合管廊建設的需要，保證管廊建設施工效果，需要配置合理的供電方案。城市綜合管廊工程技術規范要求綜合管廊內電氣設備應符合規定：電氣設備防護等級應適應地下環境的使用要求，應采取防水防潮措施，防護等級不應低于IP54。地埋變正好滿足了其技術要求，電源從市政公用電網引入，電壓為10kV，每條管廊根據線路長度的不同設置不同的工作井，一般沿線每隔1～2km左右設置一座箱式變電站，每個變電站所負責本供電區域內綜合管廊的用電負荷。每座變電站一般設置兩臺變壓器，可同時使用互為備用；或采用分路器形式設置變壓器并聯環網運行，即某臺變壓器需要退出停電檢修也不影響其它變壓器正常運行，確保為管廊基礎進行供電施工、二級負荷供電（主要有系統、電力監控、消防應急照明、火災自動報警等）和三級負荷供電（主要有照明、排水泵、排風機、檢修插座等），其中“高壓分路器”箱體實質上是配置有全密封全絕緣油浸式10kV環網負荷開關，體積小。

考慮到管廊地埋變均放置在惡劣環境中且長期無人值守，因此需選配自動化測控裝置與后臺監控系統連接，實現遙測、搖信、遙控、遙視、遙調等“五遙”功能，通過匯集圖表及數據快速掌握電站運行情況，其有效的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警等確保了管廊供電系統的安全和穩定運行。

2.2 景觀式地埋變（廣告燈箱地埋變）

景觀式地埋變是一種低碳、節能、環保、綠色的整體配電設備，是朝著30、60碳達峰、碳中和的國家戰略奮力前行，建設節約型國家和環境友好型的兩型的國策，著力打造成為清潔能源、新能源領域的標桿產品，為城市配電提供了整體解決方案。

景觀式地埋變的供電方案是在傳統箱變供電方案基礎上進行了多項的技術革新與突破，使供電產品與城市、道路交通、綠化帶等人文文化環境融合。更為重要的是，采用該設備的供電方案能節省大量的低壓電纜投資成本和運行損耗成本，形成可觀的節能減排效果，并為用戶每年節省低壓電纜產生的損耗發生電費值。此外，傳統箱變占地空間較大，擠占繁華地區道路狹窄空間；設備在地面以上易遭偷盜破壞；噪音大；美觀性差；易成為小廣告載體，“牛皮癬”礙眼產物，成為影響城市環境的視覺“污染源”。因此在城市建設中傳統箱變已不能適應社會發展和城市環境建設需求，迫切需要一種新型的路燈配電設備，即廣告燈箱地埋變。以下是景觀式地埋變主要特點：

占地面積小，地表面以上部分不到3m2（地下部分不到6m2），傳統箱變至少要占地10～20m2，配電房更可能占70～100m2，相比傳統箱變的土地及土建費用大為減少，變壓器本體安裝于地下預制地坑內，降低變壓器的噪音、減少業主對變壓器電磁輻射的恐懼心理；對四周的環境起到美化和協調作用。外形靚麗，亮化、美化環境，能就近安裝于草坪或綠化帶中，充分發揮廣告資源收益的優勢，支持廣告這一第三產業的發展；節能。把高低壓開關柜分別安裝在地面上高低壓室內，低壓柜具有動力柜和配電屏的功能，把變壓器直接靠近用電單位安裝，電能經低壓開關柜直接分配到用電設備上，貼近負荷中心安裝、分散供電。此供電方案雖增加了高壓電纜的走線，但使低壓電纜投資成本大量縮減并節約了電能損耗，變壓器根據用戶需求選用S13系列、SBH15系列等低損耗變壓器。

供電可靠。景觀式地埋箱變采用低溫升、B級絕緣、45#純環烷基油、雙重密封等技術，具有免維護、抗澇害等特點。尤其對于城市地區，易受大暴雨和爆水管等突發事件影響而產生水浸街現象，而景觀式地埋箱變的變壓器可浸水運行，景觀箱體內的開關帶電部分均離地1米以上（特殊地點可采用全密封設計），故可提高設備在災害情況下的供電的可靠性。地下式變壓器可15年免維護，而傳統箱變則不具備以上特點；景觀式地埋變把變壓器埋在地面以下，有效減少了變壓器的噪聲、尤其是對夜深人靜時的變壓器空載噪聲，避免了對居民的噪聲滋擾，消除了人們生理上和心理上的影響。臨近地埋變周邊的樓盤易產生附加值并提升小區品位，景觀外殼可發布公益或宣傳廣告，帶來附加收益。

景觀式地埋變的發展方向需裝備GPRS無線網絡技術的綜合測控裝置，對燈箱外殼設置聲光報警裝置，向管理人員報告地下式變壓器和高低壓開關設備的運行狀況，極大地方便對變電站的操控和使用。

2.3 高速公路、隧道和橋梁用地埋變

高速公路、隧道、大型橋梁的供配電有一個共同的特點是配電線路長、負荷點多、負荷小且較恒定。供配電基本以線狀分布在兩側或一側。常規供配電方案是在1km左右設置一個變電站，用0.4kV低壓輸送500～600m；遇到大型橋梁、隧道時按這一傳統方案，通常解決的辦法是增大0.4kV電纜截面，延長0.4kV低壓輸送距離，因而增大了一次性設備投資，同時供配電可靠性下降，運行管理也不方便。為了解決這一問題，目前的做法是采用埋地式變壓器供電方案。

從管理中心變電所開關柜上開關輸出的10kV電纜出線，按負荷地點、負荷容量配置了1臺埋地式變壓器作為變配電設備，將電能供給就近安裝的低壓配電箱，構成了一個完整的輸配電系統。地埋變高壓采用環網供電、深入負荷中心，電壓質量能夠得到充分保證，不會產生用電未端電壓達不到質量要求。同時可利用電纜設備的容量使饋電線路多分隔小區段，而不必要引入多個電源接入點，減少了外線數量，克服了取電困難，提高了負荷的互倒能力及供電的可靠性，而且也降低了建設難度。地埋變的高壓負荷開關、高壓熔絲與調壓機構裝于變壓器頂蓋，便于運行人員維護檢修，必要時增加旁路“高壓分路器”。

地埋變供電采用了低壓電纜井室與地埋變地坑分開的設計方案，低壓配電柜可配置低壓自動無功補償裝置及綜合測控裝置，如電力儀表、溫度傳感器及濕度感知系統等，發展方向是使得地埋變擁有完整的“自主知覺”，通過傳感元件連接至主控網路，在管理中心變電所后臺對地埋變的運行情況了如指掌。

2.4 全地埋箱變產品

隨著城市建設的迅猛發展地價越來越貴，對有限的土地利用和城市美化的要求越來越高，如何解決用電與人居環境的矛盾已成為城市規劃、電力系統等相關部門的關注點。無論歐式箱變還是美式箱變都只是解決了很多供配電方便性問題，但畢竟占用地表、影響視覺效果；地埋變解決了供電設備和周圍環境和諧統一，但也只滿足于某些特殊需求的地方，供電方案比較單一，難于大面積推廣以及難于緩解供電急劇增加，為解決這些矛盾2010年市場上成功開發出“全地埋箱變”，即把常規預裝式變電站箱變填埋在地下，電氣方案沒有改變，變壓器容量至2500kVA，這一重要創舉不僅填補了國內此領域的技術空白，更是給電力用戶多了一個選擇，為城市提供一個全新的新型配電裝置，和歐美發達國家也“接軌”。

全地埋箱變有效解決了節約土地、節能、美化環境和安裝便捷等問題，是一種理想的城市供配電解決方案，但制造過程需解決和考慮的問題較多且復雜，初期投資相對成本高，但全地埋箱變具有非常好的社會效益和經濟效益，在廣東珠海華發世紀城高檔住宅小區采用全地埋變供電模式，已成功安全運行5年多了，全地埋變上是個休閑觀光小廣場，提高土地利用率、提升人居環境，是配電“標桿”工程。

綜上，隨著國內經濟的高速發展、城網改造的大規模進行、先進技術工藝的不斷推陳出新，擁有眾多顯著優點的地下式變壓器迎來新的發展。產品今后發展趨勢將主要體現在高可靠性、少維護、智能化、小型緊湊化和節能等方面。

高可靠性：可靠性對電力產品來說重要性不言而喻，對客戶來講也往往是放在首位。運行環境相對惡劣的地下式變壓器，尤其要提高產品的耐腐蝕性及其防銹能力，并保證產品的機械強度和提高其散熱能力；少維護：從目前的地下式變壓器系列產品使用來看，還難以真正做到免維護，但盡可能地少維護是完全有可能的。如：變壓器身采用真空干燥真空注油，變壓器油選擇45#環烷基油，其傾點或凝點低，氧化安定性較好、產生油泥少，由此在產品壽命期內基本上不需要更換和進行油介損檢查，節省人力物力；智能化：隨著電力系統的自動化，具備遠端后臺開關分合閘功能，電動操作，全電量檢測，無線溫度測量，局部放電測量，弧光監測，箱變內視頻監控、遠程視頻實現等。三遙、四遙和五遙的應用即5G技術的應用將漸漸廣泛，對變電站行業是一次更新換代。智能化不僅將人大大的解放出來，且對產品可靠性將帶來巨大的幫助。

小型緊湊化：傳統的變電站功能齊全、高低壓多種多樣方案可供選擇，但體積還是偏大，而地埋變集中控制將向分散性控制方向發展，體積減少、能深入負荷中心，應用于地下小型化變電站帶來了更多的可能。此外寸土寸金的城市高價地皮，也迫使地下式變電站向小型緊湊化方向發展；節能：凡是地下式變壓器，在設計壽命周期內可探討投資采用何種節能型變壓器更經濟，畢竟節能是我國的基本國策。GB 20052-2020《電力變壓器能效限定值及能效等級》標準的修訂工作2021年6月1日正式實施，其能耗水平總體上保持了與歐盟最新標準的一致。

目前，地埋變系列產品因其使用環境和安裝操作維護等方面與常規箱式變電站變產品存在差別，供電部門、設計院和用戶對該系列產品也不甚了解，推廣應用還不普及。但隨著該系列產品的技術、工藝的不斷完善、改進和創新，其應用場景不斷豐富和成熟，必將有長足的發展空間，市場需求潛力巨大。