預裝式箱式變電站設計技術要點分析

上海電力設計院有限公司 毛姝旻

預裝式箱式變電站是一種小型的配電設備，其將高電壓受電開關設備、低壓配電設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、自動化和集成化程度高以及送電周期短等諸多特點，其能使居民社區、鄉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，大部分是使用國內最先進的技術和制造方法制造而成，殼體以鍍鋁鋅鋼板為主體，內部結構是按照標準化的容器結構和生產流程來實現的，使得箱式變電站的整體結構具有較強的耐腐蝕性；箱內封面板采用鋁合金搭扣材質，中間層采用阻燃隔熱材料。箱內裝有可自行調整的空氣調節及除濕設備。避免客觀環境對箱體造成損傷，確保在-40℃～+40℃環境下，箱式變電站的安全性、穩定性和節能性[1]。變電站箱內，主要由各種設備構成，如單元真空開關、干電壓互感器和真空斷路器等。而且各種設備都進行了絕緣處理，無外露的帶電部件，完全符合國內“零過電”要求。這樣整個電廠都能達到無油自動操作的功效，并且兩套裝置的一體化、自動化程度也更高。應用自動化和集成化功能能夠明顯減少變電設備的維護工作量，從而實現無人值守的效果。

1.2 箱式變電站組合靈活

由于箱式變電所的內部構造比較緊密，并且每個間隔都是單獨的一體化的設計，因此，在使用過程中，箱式變電所能夠根據具體的條件靈活地進行組合[2]。設計人員可以將高壓側和低壓側全部設置在箱體內部，從而組裝成全部密封的變電站，同時，設計人員也可以結合實際需求將高壓側安裝到外部。

1.3 箱變輻射小

箱式變電站中變壓器放置在金屬箱內部，箱體可以實現輻射隔離的效果，圖1所示的箱式變電站金屬箱能夠有效隔離電磁輻射。而且現代歐式箱變本身具有豐富的功能，在建筑用電和鐵路設計中，歐式箱變已經成為首選設備。

圖1 箱式變電站金屬箱

2 箱式變電站內部元件選型的技術要點

在箱變裝置的選用上，應該重點考慮高壓端受電裝置和低壓配電網，在高壓受電裝置的選用上，可以使用高壓負荷開關和熔斷器結合電氣的方法來代替常規的高壓斷路器，這種方法可以顯著提高企業的整體投資效率[3]。在低壓配電部分的選取上，應當將配電柜、聯絡柜和補償柜等單獨地進行組合，現在國內的箱式變電所的內部一體化程度比較高，其配電網絡通常是星形的，若將其直接接入到電網中，會導致網絡的拓撲結構隨之改變，就會引起繼電保護的失效。從實際使用情況來看，采用三段式過流保護無法對線路中的短路電流進行準確判斷，造成線路誤動或拒動。此外，電網中的繼電保護設備極易產生“孤島”效應，當電網短路時，可能會造成電網的自停，從而對負荷造成影響。

3 箱式變電站的技術要點

3.1 高壓受電設備的選擇要點

中小規模容量的電力用戶占我國比重較大，在設計10kV 箱式變電站時，選擇高電壓負荷開關加熔型復合電器作為替代，可以有效提高整體投入效率。高電壓負荷開關的作用是開斷正常的負載電流，以降低出現開斷短路電流的可能性。同時，熔絲能夠高效阻斷電網短路電流，解決電網穩定性和安全性的問題。

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

總之，高電壓負荷開關加熔型復合電器是一種有效的設計方案。其能夠完成對電網基礎負載電流的開斷，并能高效解決電網故障短路電流的問題。與高壓斷路器相比，高電壓負荷開關加熔型復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。在變電站設計中，應用高壓斷路器將會占用較大的空間，而且箱式變電站的內部結構本身緊湊，體積較大的高壓斷路器很容易對箱式變電站的內部結構造成明顯影響，因此在箱式變電站中，采用高電壓負荷開關+熔斷器的組合電氣裝置是一種較好的選擇。

3.2 低壓配電的技術要點

配電房是保障箱式變電站穩定發揮功能的重要媒介，從目前配電房的設備結構來看，普通配電房的低壓配電柜多數采用單獨組合布置方式，并按低壓分配的功能模塊分別設置，因此在獨立的結構中還需將聯絡柜、饋線柜和補償柜等連接起來[5]。但是，箱式變電所的內部一體化水平很高，簡單的一次電路可以簡化連接方式，其內部構造包含了進線、出線以及補償功能。

從我國電力配備情況來看，箱式變電站是一種電力設備，通常安裝在城市或工業區供應所需電能。然而，使用箱式變電站也存在一些問題。

箱式變電站經常出現保險絲燒斷的情況。當保險絲燒斷時，會導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。為了解決這個問題，需要修復或更換燒斷的保險絲，這可能會耗費時間和精力。故障發生時，箱式變電站需要重新關閉，意味著在故障修復期間，用戶將無法獲得電力供應，會導致供電恢復時間較長，這對用戶的正常使用體驗造成了影響。為了提供持續的電力供應，必須加快解決箱式變電站的故障，并進行高效的維修與恢復工作。

此外，箱式變電站的維護工作較為復雜和困難，且需要專業的人員進行維護和檢修，因為箱式變電站包含多種電力設備并涉及復雜的電路連接。為了確保箱式變電站的正常運行，定期的維護和檢修工作是必不可少的。這需要投入相應的人力和物力資源，增加了維護成本和難度。箱式變電站所占地面積較大，不利于城市空間規劃和利用。隨著城市的不斷發展和新增用地的稀缺，尋找適合建設箱式變電站的合適土地變得越發困難。這可能導致變電站的建設受到限制，給城市電力供應帶來不便。

而箱式變電站本身具有復雜的系統，因此，高壓熔斷器在系統發生故障后很難對多個系統進行統一的保護。此外，單一的高壓熔斷器很容易形成“孤島”效應，并網之后的短路很容易導致母線出現自動切斷的現象，導致其他負載處于非均衡狀態。

3.3 變壓器的選擇要點

變壓器是一種靜止的機電設備，其可以通過電磁感應的方式，將電壓、電流的交流電轉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生各種形式的變換，因此，變壓器是將電能進行轉換、分配和使用的一種非常關鍵的電力裝置。在綠色發展理念和可持續性發展戰略的指導下，節能型干式配電變壓器已經成為箱式變電站的首選設備。與此同時，為避免火災和電擊事故的發生，我們需要注意以下三點。第一，我們應該控制變壓器的負載率，確保其在適當的范圍內，以避免過載和設備損壞。第二，為保證變壓器的正常運行，我們需要定期對其進行維護和檢修工作，以確保其性能和安全性。雖然變壓器的使用壽命通常較長，但是經過長時間使用，可能會出現損壞或老化，這時工作人員需要進行更換或修復。最后，選擇和使用變壓器應根據具體的需求和要求進行，確保其能夠滿足電力系統的需求，并提供穩定可靠的電力供應。通過把握這些關鍵點，我們可以降低火災和電擊事故的風險，并保障電力系統的正常運行。

例如用戶終端變電站主要指由10kV 降到380V 的末級變電站，這類變電站變壓器一般在630～1000kV，因此，在安全防火距離設計中可以按照有關防火間距的規定執行，預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用中可以省去檢查油位、油溫以及油質等，其工作原理如圖2所示，技術人員在干式變壓器安裝中可以忽略這類參數，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定性和安全性，總的來說，在箱式變電站中選擇變壓器應當科學匹配變壓器的特點和箱式變電站功能的基本需求，通過變壓器型號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揮作用。

圖2 干式變壓器工作原理

3.4 箱變設計方案

箱變設計是箱式變電站安裝的重要環節，在箱變設計中應著重關注影響箱變的各種參數。

例如在路燈箱變設計中應該將容量控制在30～500kVA，照明類箱變容量一般不會較小，而且箱式變電站一般設置在道路兩側，因此在箱式變電站安裝中要求應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計－形式一致性、多種用途、計量形式選擇和機箱設計。

密封方法在施工及使用過程中起著關鍵作用。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計使油在變壓器內循環，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，在變壓器內部使用干燥的氣體作為絕緣介質，避免油的使用。兩種方法各有優缺點，可根據實際需求靈活選擇。路燈箱變是一種常見的電器裝置，其特征設計應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構統一的重要特征。通過精心設計，路燈箱變可以具有各種形式，以適應不同的使用場景。此外，通過控制裝置的靈活運用，路燈箱變可以實現多種用途，提高其使用效率。

在箱式變的計量中，供電與計量的形式選擇多樣。最常見的形式是高供高計和高供低計。這取決于不同的用電需求和供電方式。對于高供高計的形式，變壓器的供電電壓和計量電壓需保持一致，適用于對供電質量要求較高的場景。而對于高供低計的形式，變壓器的供電電壓較高，計量電壓較低，適用于對供電質量要求較低的場景。機箱是路燈箱變的重要方面之一，其設計應簡潔、直觀，并要科學地應用“品”字形進行設計，簡潔直觀的設計可以提高工作效率和使用便捷性。采用“品”字形進行科學設計可以使各個功能區域相互獨立且合理布局，提高整體結構的穩定性和可靠性。

總的來說，在我國科學技術創新發展的背景下，我國的制造研發水平得到了明顯提升，箱式變電站的可靠性、經濟性以及集成自動化程度得到了明顯提升。同時箱式變電站具有結構緊湊、動作可靠以及電能轉換效率高等現代化特點，因此，該裝置在城市建設和農村變電工程建設中一定能得到用戶的認可，為提升智能供配電的安全性和經濟性奠定基礎。