關于箱式變電站在城市軌道交通中的實際應用

劉見娜 崔 哲

山東省產品質量檢驗研究院 山東 濟南 250102

城市軌道交通對提高城市居民出行效率和緩解地面交通壓力等方面具有重要作用與意義，考慮到傳統變電所占地面積大、結構復雜、容易受到環境因素影響和制約，故城市軌道交通建設中必須采用先進的箱式變電站。

1 箱式變電站主要特點

箱式變電站（以下簡稱“箱變”）包含諸多電氣單元，所有電氣單元均安裝于鋼結構箱體當中，真正實現了機電一體化，且采用全封閉運行模式。箱變的特點主要包含以下幾點。

（1）技術先進且安全可靠。箱變的箱體引入了國內先進技術，外殼通常為鍍鋁鋅鋼板，框架按照集裝箱標準進行制作，防腐能力強，能實現20年不發生銹蝕，以鋁合金扣板為內封板，并設置防火保溫夾層，在箱體中設置空調裝置與除濕裝置，在運行過程中能防止自然氣候環境的干擾及影響，在相對惡劣的條件下依然可以正常運行。另外，箱體中的所有一次設備均為當前最先進的設備，成套產品，沒有直接外露的帶電體，是一個全封閉且絕緣的整體結構，能有效防止觸電事故發生。由于采用無油化運行模式，所以還有很高的安全性，二次設備運行實現高效自動化，無需人員值守[1]。

（2）有較高的自動化程度。整個箱變均按照智能化原則進行設計，以綜合自動化系統作為箱體保護系統，并進行分散安裝，以此實現四遙，所有單元均支持獨立運行，有齊全的繼保功能，能遠方設置和監控各項運行參數，并能對箱體中的溫濕度實施控制報警，達到無人值守基本要求；此外，按照實際需要，還能采用圖像的模式進行遠程監控。

（3）可實現工廠預制化。在設計過程中，一般只需要相關設計人員一般變電站具體運行要求為依據，在編制一次設備主接線圖的同時對箱外設備進行設計，采用由廠家提供的成品箱變，任何設備都能在工廠中進行安裝與調試，使變電站建設達到工廠化的目標，縮短箱變的設計與制造工期。在現場安裝過程中只需要對箱體進行定位、在箱體之間進行電纜聯絡、對保護定值進行校驗，工作量少，從安裝開始到正式投運的時間不超過5-8d。

（4）組合方式十分靈活。因箱變的結構較為緊湊，每個箱體都能形成獨立運行的系統，這樣會使組合方式變得十分靈活。箱變組合模式不固定，不同使用單位可結合實際情況進行自由組合，從而實現安全運行目標[2]。

（5）投資少、見效快。與其它相同規模的普通變電站相比，采用箱變能減少四到五成的投資。另外，在運行方面，因箱變采用的是先進設備，尤其是無油設備，所以能從本質上解決傳統變電站存在的滲漏等實際問題，還能對變電站進行狀態檢查，切實減少維護方面的工作量，經預估，每年可減少約10萬元的維護費用，有著顯著的經濟效益。

（6）占地面積較小。采用箱變無需進行大規模土建施工，相同規模條件下，箱變占地面積只有普通變電所的10%左右，而且還能充分利用局部空間，與國家節地政策相符。

（7）箱變外形美觀。如前所述，箱體外殼為鍍鋁鋅鋼板，并按照集裝箱標準進行制造，整體外形十分美觀，在能使供電達到可靠的基礎上，可選擇不同的外殼顏色，以此和周圍環境達到協調，在城市建設中尤其適用。在城市軌道交通系統中，采用箱變除了能作為一種固定式變電所，還能作為移動式，起到對環境進行點綴與美化的重要作用[3]。

2 城市軌道交通箱式變電站安裝運行

在城市軌道交通系統中安裝與運行箱變應注意以下各項要點：

（1）箱變的箱殼門應采用外開的方式，將把手、鎖與暗閂配置齊全，同時要對暗閂與鎖進行防銹處理。變壓器室的通風采用自然通風方式，箱內溫度與變壓器處理要有關系關系。按照實際需要在變壓器室中安裝溫度監控裝置與具備自啟動功能的通風裝置，確保變壓器可以在既定環境條件下滿負荷運行。變壓器應可以從側門和頂部兩個部分實現進出。箱變運行時的噪音水平不能超過要求。無論箱體外殼采用的是金屬材料還是非金屬，都要對金屬框架進行良好接地，并設置好接地端子，將接地符號標注清除[4]。

（2）箱變冷卻方式主要為自然風循環?；诖耍⒁庀渥冎車荒芏逊烹s物，特別是要注意防止室門不能被堵塞，經常性清理通風孔附著的雜物，避免電氣設備溫度超標。在低壓斷路器發生跳閘后，立即通過檢查確定導致跳閘的具體原因，加以解決后進行試送。若試送不成功，應進一步排除潛在的故障，然后開始送電，避免事故擴大。在箱變的高壓配電室當中應安裝氧化鋅避雷器，所用安裝方法應方便后續試驗與拆除更換。

（3）箱變的接地與零線共用同一個接地網，接地網需要在基礎四角設置接地樁，以此形成一個整體。箱變和接地網之間要有不少于兩處相連。在箱變正式投入運行后，應對接地連接部位進行經常性的檢查，不能存在松動與銹蝕。定期對接地電阻進行測量，要求接地電阻不超過4Ω。對于箱變所用高壓配電裝置，應做好定期巡視，并根據巡視的結果及時維護，進而發現潛在的缺陷，并立即整修。如果箱變的停用時間達到3個月以上，則需在再次投運之前做好各項預防性試驗工作。對開斷能力失效的高壓熔斷器進行更換，停止變壓器的供電，在操作過程中應解除既有的機械連鎖，同時要用絕緣操作棒進行操作。箱變的每個電纜孔都要做好封堵，避免小動物進入引起事故[5]。

（4）箱變應在相對較高的位置進行安裝，不能安裝于低洼處，否則可能引起雨水倒灌，對箱變中的設備運行造成影響。在澆筑混凝土平臺的過程中，應在高低壓側預留一定空檔，為電纜進出線正常敷設創造便利條件。在開挖地基的過程中，若地面上堆積大量垃圾與腐殖土，應開挖到實土，然后采用土質良好的土體進行回填并夯實，最后還要回填一層三合土，以保證基礎達到穩固。

（5）變壓器運行：①當在額定條件下運行時，可長時間按照定容量的方式進行；②變壓器上層油溫應始終控制在85℃以下，其溫升不能超過60℃；③變壓器任意繞組的負荷都能超出額定要求；④如果三相負荷未能達到平衡，則要對最大電流項對應的負荷進行實時監控；⑤變壓器可采取以下幾種運行方式：第一，外加一次電壓可高于額定電壓，但不能超過運行分接頭自身額定電壓1/20；第二，在變壓器運行過程中，瓦斯繼保必須投入信號并接入跳閘；第三，在變壓器正式投運開始前，應做好檢查，確定變壓器是否完好，有良好的帶電運行條件；第四，在大修、搶修與換油完成后，建議靜止48h的時間，在油中的所有氣泡均消除之后即可開始投入到運行狀態；第五，壓力釋放器正常運行過程中如果產生異常壓力，則釋放器立即自動釋放，在油箱的壓力恢復正常狀態后，閥蓋封閉。當釋放器動作時，閥蓋將指示桿向上頂起，此時應采用手動的方式壓復位，使微動開關發生動作，通過搬動扳手實現機械復位，為下次動作做好準備[6]。

（6）當變壓器出現以下情況時應立即停止運行：內部出現異常響聲且響聲分布不均勻，同時伴有明顯的電擊聲與爆裂聲；油溫達到105℃以上；當負荷與冷卻裝置均正常運行時溫度異常上升；變壓器出現嚴重的漏油現象，使油液表面快速下降；壓力釋放器產生信號；套管出現嚴重的開裂、破壞及放電。

（7）斷路器運行：①對分合閘的具體位置進行觀察，確認是否正確，整個機構的動作是否保持正常，同時做好相關記錄；②觀察斷路器中是否存在異常響聲與嚴重發熱，若發現問題，應立即查明其產生原因，并在必要的情況下及時要求調度將運行退出，并做好清查與檢修；③運行過程中斷路器機構箱不可隨意打開，充分利用停電的時間做好清掃、檢查，并對檢查發現的缺陷進行處理，所有維護項目都應認真做好記錄；④儲能機構結束儲能后，應立即斷開開關，儲能只能在本次合閘中使用，在下次合閘之前應重新儲能。如果停電，應檢修試驗合閘，必要時可采用手動方式進行儲能[7]。

（8）隔離開關運行：①對支持瓷瓶進行觀察，確認是否保持完整和潔凈，有無裂紋與破損情況產生；②對機械連鎖裝置進行檢查，確認是否保持完整與可靠；③檢查所有引線的連接是否可靠，同時不能存在斷裂、變色與氧化等情況；④如果隔離開關發生卡澀，則不可使用蠻力進行拉合，否則會使開關產生損傷，或導致接地連鎖裝置被損壞。

3 城市軌道交通箱式變電站使用要求

箱變主要由三部分構成，分別為高低壓室與變壓器室，屬于簡易變配電系統，在選擇具體變壓器部分時，可完全按照一般的通則進行處理，注意需將容量控制在1250kVA以內。

（1）在簡單照明條件下，在箱變的高壓接線當中無需進行高壓計量，只進行低壓計量，也可無計量。饋出回路數為4-6回，借助塑料斷路器進行控制與保護[8]。

（2）在動力照明條件下，需增加一定回路數量，一般為8-12回，同時還要提供無功補償。

（3）在特殊情況下，由于箱變的占地面積相對較小，所以可以在更多場所應用，能將高電壓供電順利延伸至負荷中心，以此縮短低壓供電半徑，進而減少電能損耗。另外，低壓供電線路相對較少，通常不超過4-6路，能極大的縮短工程施工周期，減少工程的投資。

箱變使用環境條件：（1）海拔高度不能超過1000m；（2）環境溫度應保持在-25℃～+40℃范圍內；（3）風速不能超過35m/s；（4）空氣相對濕度不能超過90%；（5）地震水平加速度不能超過0.4m/s，地震垂直加速度不能超過0.2m/s；（6）使用場所不能存在導電灰塵與可能腐蝕金屬和絕緣物的物質，也不能堆放危險物品；（7）箱變的安裝地點不能存在劇烈震動，且垂直斜度不能超過3°。

4 城市軌道交通箱式變電站檢查維修

對箱變進行安裝、驗收、試驗及運行維護過程中都應嚴格遵守電力部門提出的相關規定。此外還應注意下列事項：

（1）用戶在收貨的過程中應嚴格按照相關規定進行認真檢查，對不能立即安裝到位的產品，應存放在符合使用要求的場所。

（2）箱變產品的起吊應采用專門的吊具在底部進行。

（3）箱變產品應沿水平方向安防于處理完成的基礎，并在四角處安裝地腳螺栓，然后在基礎和箱變底座之間存在的縫隙使用水泥砂漿進行密封，防止雨水進入到箱體內部。

（4）在高低壓室底封板處連接高低壓電纜，并在電纜和穿管處做好密封防水。

（5）高壓側進線方式無論是架空或電纜，都要在變電站周圍增設斷口，確保操作人員可以確定變電站中是否帶電，保證人員安全，防止觸電事故發生[9]。

（6）將箱變安裝到位后應及時進行可靠接地，設于底座的主接地端子、變壓器中性點與外殼，以及避雷器下樁頭，都要由專門的安裝部門負責直接接地。每個接地需使用同一個接地裝置，接地電阻不能超過4Ω，從接地網開始引接到接地引線的數量應達到兩條以上。

箱變安裝結束或維修完成后，需在正式投運之前做好如下各項檢驗及試驗工作：

（1）檢查箱變的內部是否清潔；

（2）檢查箱變各操作機構的動作是否靈活；

（3）檢查箱變主要電器通斷是否靈活與可靠；

（4）檢查箱變電器輔助觸頭通斷是否準確與可靠；

（5）檢查箱變各表計與繼電器的動作是否準確；

（6）檢查箱變儀表與互感器變比和接線極性是否正常；

（7）檢查箱變每個電器的螺母是否完全擰緊，電氣安裝是否準確到位和牢固；

（8）檢查箱變母線連接狀況是否良好，支持絕緣子夾持件的安裝是否可靠；

（9）檢查箱變電器各項整定值能否達到相關要求，熔芯規格是否準確；

（10）檢查主電路和輔助電路之間的連接點能否滿足電氣原理圖提出的要求；

（11）檢查箱變內部保護接地實際電阻值是否符合要求，要求不超過0.01Ω；

（12）檢查各部分是否按照電壓等級要求實施耐壓試驗。

5 結語

綜上所述，軌道交通日趨成為當前大型城市主要公共交通方式，箱式變電站在城市軌道交通中的應用能從根本上解決采用常規變電所存在的占地和安全等方面的問題，以上對城市軌道交通中箱式變電站的具體應用要點進行分析與總結，旨在為實際的工程建設提供技術參考。