箱式變電站在鐵路供電系統中的應用

楊 林 黎文生

（西安鐵路局綏德供電管理所，陜西 綏德 718000）

箱式變電站在鐵路供電系統中的應用

楊 林 黎文生

（西安鐵路局綏德供電管理所，陜西 綏德 718000）

箱式變電站是終端變電站，是將高壓一次設備、變壓器、低壓一次設備和二次儀表等集中在一個箱體中，進行供配電的小型變電站。文章對其相關技術進行了研究，并結合工程實際，設計出一種應用于鐵路變電系統的35KV箱式變電站，對其智能監控系統進行了相應的介紹。

箱式變電站；鐵路供電；智能監控

箱式變電站又稱戶外成套變電站、預裝式變電站，發展于20世紀60年代至70年代歐美等西方發達國家。由于其具有組合靈活，便于運輸、遷移、安裝方便，施工周期短、運行費用低、無污染、免維護等優點，受到世界各國電力工作者的重視。進入20世紀90年代中期，我國開始出現簡易箱式變電站，并得到了迅速發展，在鐵路供電系統中廣泛應用。

1 箱式變電站的類型

1.1 箱式變電站的主要類型

箱式變電站主要有美式箱式變電站、歐式箱式變電站和國產緊湊型變電站。美式預裝式變電站在我國叫做“預裝式變電站”或“美式箱變”，以區別歐式預裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負荷開關、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內，構成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對地的絕緣介質。同時，安裝有齊全的運行檢視儀器儀表，如壓力計，壓力釋放閥，油位計，油溫表等。歐式預裝式變電站以前在我國習慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個不同的隔室內，通過電纜或母線來實現電氣連接。國產緊湊型變電站結合了美式變電站和歐式變電站的優點，在國內也具有廣泛的應用。在西安鐵路局供電系統中，主要采用美式預裝箱式變電站。

1.2 美式預裝式變電站的結構型式

1型：變壓器和負荷開關、熔斷器共用一個油箱；

2型：變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內；

3型：變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內。

其中1型為美式箱變的原結構，它的特點是結構緊縮、簡潔、體積小、重量輕。2型和3型為1的變形。這種變型的理論根據是：開關操作和熔斷器的動作造成的游離碳會影響整個箱變的壽命。由于采用普通油和難燃油作為絕燃介質，使之既可用于戶外，又可用于戶內，適用于住宅小區、工礦企業及各種公共場所，如機場、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等，由于鐵路供電系統一般遠離負荷中心，且距離長、工況條件差，使用箱式變電站具有積極的意義。

2 箱式變電站電氣部分設計

在具體的安裝過程中，特別是針對預裝變電站應設計成能夠安全正常使用，為達到方便檢查和維護的目的，應該從以下幾個方面著重考慮：

2.1 接地

除按 GB/T11022，還應符合以下規定：應提供一條連接預裝式變電站的每個元件的接地導體。接地導體的電流密度，如用銅導體，當額定短路持續時間為 1s時不應超過200A/mm2，當額定短路持續時間為3s時不應超過125A/mm2；但其截面積不應小于30mm2。它的端部應有合適的接線端子，以便和裝置的接地系統連接。

2.2 輔助設備

對于預裝式變電站內的低壓裝置(例如照明、輔助電源等)，適用時，按GB/T14821.1或GB7251.1防護等級：防止人員觸及危險部件、并防止外來物體進入和水分浸入設備的保護是必需的。

2.3 主接線設計與一次設備選型

預裝式變電站外殼的防護等級應不低于 GB4208—1993中的IP23D更高的防護等級可以按GB4208予以規定。箱式變電站總體布置如圖1所示。

圖1 箱式變電站總體布置圖

2.4 操作通道

預裝式變電站內部的操作通道的寬度應適應于進行任何操作和維護。該通道的寬度應為0.8m或更大些。預裝式變電站內部的快關設備和控制設備的門應朝出口方向關閉，或者是轉動的，這樣不致減少通道的寬度。門在任一開啟位置或開關設備和控制設備突出的機械傳動裝置不應將通道的寬度減少到0.5m。

2.5 預裝式變電站的選用

對于給定的運行方式，選用預裝式變電站時，要按正常負荷條件和故障情況的要求來選擇各元件的額定值。外殼級別的選擇取決于周圍溫度和變壓器的負荷系數。對某一額定外殼等級，變壓器的負荷系數取決于變電站安裝處的周圍溫度。對變動的負荷，可按GB/T17211，采用一個修正系數。

2.6 主變壓器與箱體之間應滿足最小防火凈距

《35～110kV變電站設計規范》中規定，耐火等級為二級的建筑物與變壓器(油浸)之間最小防火凈距為 10m。其面對變壓器、可燃介質電容器等電器設備的外墻(符合防火墻要求)，在設備總高加3m及兩側各3m的范圍內不設門窗不開孔洞時，則該墻與設備之間的防火凈距可不受限制；如在上述范圍內雖不開一般門窗，但設有防火門時，則該墻與設備之間的防火凈距應等于或大于5m。配電裝置的最低耐火等級為二級，箱式配電站箱體內部一次系統采用單元真空開關柜結構，每個單元均采用特制鋁型材裝飾的大門結構，每個間隔后部均設有雙層防護板，即可打開的外門，在設計工作中，主變與箱體之間最小防火凈距建議采用 10m，以確保變電所安全運行。

2.7 35kV電纜出線應穿鋼管敷設

為求美觀，變電所內35kV箱式配電站箱體四圍一般均設計為水泥路面，35kV線路終端桿一般在變電所圍墻外10m處。如果將電纜直埋，引至線路終端桿，將給檢修帶來很大不便。因此35kV電纜出線應穿鋼管敷設，以方便維護檢修。如35kV線路終端桿距離變電所較遠，則箱體至變電所圍墻段的35kV電纜出線必須穿鋼管敷設。在電纜出線末端的線路終端桿上裝設新型過電壓保護器，以防止過電壓。

3 箱式變電站內部電器設備選定

3.1 箱式變電站高壓配電裝置接線應盡量簡單

高壓配電裝置的接線應該既有終端變電站接線，也應有適應環網供電的接線。高壓配電裝置宜采用符合開關加熔斷器組合結構，油浸式變壓器容量在800kVA及以上時，應采用能切斷電源的裝置與變壓器瓦斯保護相配合。高壓配電裝置

應具有防止誤拉、合開關設備，帶負荷拉、合刀閘，帶電掛地線，帶地線合閘和工作人員誤入帶電間隔的五防措施。負荷開關和熔斷器之間也應有可靠的連鎖。箱體門內側應附有主回路線路圖、控制線路圖、操作程序及注意事項。母線宜采用絕緣導線(或絕緣母線)。高壓進出線應考慮電纜的安裝位置和便于進行試驗。

3.2 變壓器應采用損耗低、體積小、適合箱體內安裝的結構

根據具體的工作要求，可以采用油浸式、干式或氣體絕緣式、無載調壓式或有載調壓式。變壓器如有油枕，其油標應便于監視。變壓器的銘牌應面向箱門一側。容量 315kVA及以上變壓器，宜裝設電接點溫度計，以監測變壓器上層油溫(或氣體溫度)和啟動通風冷卻裝置。

4 箱式變電站智能監控系統設計

預裝式變電站和傳統的供電所相比，雖然有著明顯的優勢，但仍存在一些不足之處，比如沒有變壓器故障監控，無防環境影響的保護控制等。傳統的保護只在高壓側配置負荷開關和熔斷器，變壓器有的裝有專用溫度控制器，低壓室出線一般設有空氣開關和塑殼開關。鑒于這種情況，對箱式變電站智能監控采用預裝式變電站智能監控單元。它集中采集了預裝式變電站所有有用的信息，包括電參量、環境溫濕度、變壓器溫度等信息。通過對這些信息的綜合分析作出對應動作，確保變電站的經濟、安全運行，延長使用壽命。箱變的監控內容主要有以下幾個方面：

4.1 電參量監測與保護

實時在線監測高壓側三相入口電壓/出口電流，低壓側各輸出端口電流，記錄運行時的電壓，電流，功率，功率因數，供上位機調用或本地監測；實時監測預裝式變電站三相高壓端出口電流故障，根據故障狀態及時分斷負荷開關或向上位機發送故障狀態信號。

4.2 防凝露保護

預裝式變電站一般用于戶外，對高壓室，低壓室實時在線監測溫濕度信號，根據當前溫濕度值及時啟停除濕，升溫設備，破壞凝露的生成，有效防止高壓開關和低壓開關設備因表面出現凝露而發生閃絡放電事故。

4.3 變壓器室溫度保護

變壓器在運行過程中由于負荷及各種原因的影響，溫度容易升高，若不及時對其降溫，或在溫度急聚上升時做出相應地處理，將影響變壓器出力甚至設備故障或永久損壞。通過實時監測變壓器繞組溫度或變壓器油溫，當監測溫度超過設定值時，可啟動風扇，強迫排風散熱。

4.4 參數在線數字化顯示和設定

使用8位LED循環顯示高壓側入口三相電壓和出口三相電流、低壓側各輸出端口電壓高壓側低壓室溫濕度和變壓器室溫度，通過按“顯示”鍵可顯示高壓側最新出口故障電流。故障電流地整定值和各路溫濕度的上小限設置值均可通過鍵盤設置修改，或通過上位機下發命令而設置修高故障電流整定值和溫濕度上下限值。

4.5 系統組網與集中化管理

預裝式變電站無人值守的特點，使得系統組網成為必然?，F場總線通信RS485/422人機通信接口能方便地通過電力線載波、無線電信道、通信電纜與縣調或地調進行可靠通信，符合部頒通信規約標準，從而全面支持“四遙”功能。

5 結束語

箱式變電站在鐵路供電系統中具有及其重要的作用，采用預裝式箱式變電站具有設備緊湊、重量輕、體積小，且可移動等優點，尤其是在戶外工作環境下具有不可比擬的作用。再配以智能監控系統，能夠確保變電站安全、穩定、經濟的運行。該設計方案也可以應用于其他領域的變電站設計。

[1] 張文,張蘭英.變電站的運行和自動化技術[J].大眾科技,2010(05).

[2] 包建偉.35KV箱式變電站在農網改造與建設中的應用 [J].農村科技,2010(02).

[3] 翁雙安.供配電工程設計指導[M].北京:機械工業出版社,2008.

[4] 肖艷萍.發電廠變電站電氣設備[M].北京:中國電力出版社,2010.

TM633

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1008-1151(2011)08-0132-02

2011-04-26

楊林（1978－），男，陜西扶風人，西安鐵路局綏德供電管理所助理工程師，從事電氣設備的設計、安裝與維護工作。