淺談地埋式變電站的應(yīng)用

雷明海（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院， 湖北 武漢 400023）

1 概述

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，城市人均用電量和總用電量也日益提高，負(fù)荷密度在迅速增長(zhǎng)，城市配網(wǎng)線路上的電能損耗相當(dāng)嚴(yán)重。

在10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，10kV線路損耗、變壓器損耗和0.4kV線路的損耗構(gòu)成了配網(wǎng)線路損耗的三部分。10kV線路的損耗由于電壓較高，損耗較少。近幾年來(lái)，供電部門在變壓器節(jié)能方面都著重推廣低損耗變壓器產(chǎn)品，目前正積極推廣實(shí)用11系列節(jié)能變壓器，部分發(fā)達(dá)地區(qū)還推廣空載損耗更低的非晶合金變壓器。

然而，0.4kV線路損耗是十分巨大的，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求低壓供電半徑控制在250m左右，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前城市配電受限于電房位置的影響，供電半徑多數(shù)都超出250m。采用預(yù)裝式地下箱式變壓器則可有限解決電力設(shè)備的占地與環(huán)境協(xié)調(diào)問(wèn)題，通過(guò)分散供電半徑方式使低壓供電半徑減小到100m以內(nèi)，極大的降低了低壓線路的損耗。

1.1 預(yù)裝地下式箱式變壓器的結(jié)構(gòu)形式

預(yù)裝式地下箱式變壓器由地下式變壓器、預(yù)制地坑以及戶外（地上）高/低壓配電柜共同組成，在工廠內(nèi)預(yù)先裝配完成的成套設(shè)備。其安裝示意圖如下：

圖1 預(yù)裝地下式箱式變壓器安裝示意圖

1.2 地埋式箱式變壓器一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決

1）通風(fēng)散熱

（1）地下式變壓器主體的溫升控制：選用地下式變壓器為11系列低損耗產(chǎn)品。與GB6451-1999相比，空載損耗低20%，負(fù)載損耗低26%，變壓器主體溫升比國(guó)標(biāo)低10K。

（2）地下式變壓器主體線圈絕緣材料采用B絕緣或以上材料，相比普通變壓器，加強(qiáng)了過(guò)負(fù)荷能力。

（3）地下式變壓器的油箱散熱片采用平板式設(shè)計(jì)，有效增強(qiáng)輻射散熱能力。

（4）為了使地坑內(nèi)部具有良好的通風(fēng)環(huán)境，采用擴(kuò)展式的地坑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在配電柜與基礎(chǔ)地坑之間、廣告燈箱內(nèi)設(shè)置通風(fēng)散熱口。同時(shí)設(shè)置進(jìn)風(fēng)及出風(fēng)風(fēng)機(jī)，當(dāng)油箱上油管外壁溫度達(dá)到75℃時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇強(qiáng)制送排風(fēng)降溫。

2）地坑基礎(chǔ)的防水、排水和變壓器的防浸水

（1）變壓器高壓電纜終端頭采用全密封、全絕緣EDPM肘形電纜插頭或全密封、全絕緣LSR硅橡膠預(yù)制式電纜頭；低壓采用防水密封膠包裹并外套進(jìn)口防水熱縮管。

（2）基坑整體采用全鋼板及加強(qiáng)用槽鋼焊接結(jié)構(gòu)，整體熱鍍鋅并噴防腐面漆處理；基礎(chǔ)地坑頂部采用全密封的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)蓋板；蓋板與地坑基礎(chǔ)之間采用橡膠密封條進(jìn)行防腐處理，確保地表水及地下水不能進(jìn)入地坑內(nèi)。

（3）地坑內(nèi)設(shè)置進(jìn)口潛水泵，安裝自動(dòng)排水系統(tǒng)。當(dāng)因暴雨、洪澇等意外情況而引起坑內(nèi)部進(jìn)水時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排水系統(tǒng)進(jìn)行排水。

3）戶外燈箱式配電柜的防護(hù)

燈箱外殼內(nèi)的配電柜采用雙層門結(jié)構(gòu)，確保一旦燈箱式外殼被破壞，低壓柜仍然能達(dá)到一個(gè)完整獨(dú)立的戶外低壓產(chǎn)品的保護(hù)水平，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP34。

4）電纜的連接

由于變壓器有可能在長(zhǎng)期浸水的狀態(tài)下運(yùn)行，因此，電纜連接處的密封性一定要非常好。地埋式變壓器的高壓電纜終端頭采用進(jìn)口全密封、全絕緣EDPM肘形電纜插頭；低壓采用進(jìn)口防水密封膠包裹并外套進(jìn)口防水熱縮管。可滿足在水下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的要求。

1.3 預(yù)裝地下式箱式變壓器的優(yōu)點(diǎn)

1）占地面積小

傳統(tǒng)的箱式變壓器占地面積大，尤其是道路照明所用箱式變壓器，經(jīng)常占據(jù)人行道的位置，見圖2。

當(dāng)在小區(qū)或工廠內(nèi)時(shí)，通常需要建設(shè)單獨(dú)的建筑設(shè)置開閉所。采用箱式變壓器至少需要10～20m2，當(dāng)設(shè)置單獨(dú)的開閉所時(shí)，則所需面積更大，通常為100～200 m2，而且常常需要占用建筑空間。

當(dāng)采用地埋箱式變壓器時(shí)，對(duì)于道路照明和小區(qū)出線回路不多的情況，其優(yōu)勢(shì)就相當(dāng)明顯，見圖3。

圖2 傳統(tǒng)箱式變壓器

圖3 地埋箱式變壓器

2）節(jié)能

在工廠、小區(qū)或商業(yè)中心等地方，采用地埋箱式變壓器時(shí)，因其安裝靈活，故可靠近負(fù)荷中心安裝。而采用開閉所，則無(wú)法達(dá)到這樣的效果。由于10kV線損小，低壓電纜線損大，當(dāng)由開閉所以放射式供電時(shí)，尤其是由于地理環(huán)境因素造成開閉所無(wú)法建在負(fù)荷中心時(shí)，其電纜的長(zhǎng)度將遠(yuǎn)超采用地埋變所需的電纜長(zhǎng)度，故其在低壓電纜上的損耗將比采用地埋變方式的損耗大得多。

3）造型美觀

普通箱式變壓器安裝于繁華街道或綠化帶處時(shí)，由于其面積較大，與周圍環(huán)境極不協(xié)調(diào)，尤其是在城市人行道或綠化帶以及公園內(nèi)，顯得很突兀，嚴(yán)重影響了美觀性。而地埋式變壓器埋在地下，配電柜安裝于地面，且安裝于地面上的配電箱均采用廣告燈箱的形式，特別是在夜間，能夠與周圍環(huán)境融為一體，形成一道城市靚麗的風(fēng)景。

4）設(shè)備免維護(hù)周期長(zhǎng)且維護(hù)方便

由于地埋式變壓器埋在地下，故其對(duì)密封性要求非常高，現(xiàn)在地埋式變壓器均采用免維護(hù)變壓器，其壽命一般可達(dá)到10年以上。變壓器電纜接頭一般都采用電纜插頭，不需要維護(hù)。低壓配電箱安裝于地面上，只需打開面板即可維護(hù)。在廣告燈箱側(cè)面預(yù)留抄表位，可方便抄表。

1.4 預(yù)裝地下式箱式變壓器的缺點(diǎn)

1）占用地下空間，管線多的情況下不適用

在城市道路中，由于地下管線較多，尤其是一些老的改造路段，而地埋式變壓器需要一個(gè)比較大的基坑，根據(jù)負(fù)荷容量的不同，其基坑尺寸約為1.5～2.0m寬，2.5～3.5m長(zhǎng)，在基坑內(nèi)管線無(wú)法走通，所以地埋式變電站并不適于管線太多的地方。

2）變壓器的散熱問(wèn)題

由于變壓器的散熱量非常大，而且埋設(shè)于地下時(shí)，自然通風(fēng)冷卻的效果很差，采用強(qiáng)制風(fēng)冷雖然可以達(dá)到一定的冷卻效果，但是并不如安裝于地面上的冷卻效果好。而且，由于安裝于地下，地下土壤會(huì)吸收變壓器的一部分散熱量，并儲(chǔ)存起來(lái)，不論是冬天還是夏天，土壤始終處于吸熱狀態(tài)，對(duì)周圍的植物會(huì)有一定的影響。

3）低壓出線回路不能過(guò)多

地埋式變電站的高低壓柜均安裝于地面上，安裝于廣告燈箱內(nèi)，故其長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，一般約為3m左右。按每臺(tái)柜體尺寸600mm寬計(jì)算，一共也才能安裝5面柜體。當(dāng)出線回路過(guò)多時(shí)，尤其是工廠和大的開閉所，采用地埋箱式變壓器顯然不合適。

2 地埋箱式變壓器的節(jié)能分析

按箱式變壓器最大容量不超過(guò)800kVA來(lái)統(tǒng)計(jì)，在道路照明或小區(qū)內(nèi)，當(dāng)用地埋式箱式變壓器替代小型開閉所時(shí)，地埋變可能涉及到的幾種變壓器容量，見表1。其出線電纜統(tǒng)一按50mm2計(jì)算，變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間以2500h進(jìn)行折算，根據(jù)供電部門對(duì)配電房低壓電纜每年線損的核算方式，得出以下結(jié)果：

表1 地埋式變壓器容量表

表2 地埋式變壓器線損核算表

附注：電纜的線損計(jì)算公式：△W=3I2RT,其中

ΔW—線路耗電量（kWh）；

I—線路電流（A）；

R—線路電阻（Ω）（R=電阻率×長(zhǎng)度/截面積，銅的電阻率為18.8mΩ·mm2/m）；

T—用電時(shí)間（h）。

以800A的箱式變壓器為例，每年節(jié)約的電費(fèi)約為31200×0.7=21840元。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于小型開閉所來(lái)說(shuō)，采用箱式變壓器是可以節(jié)省初步投資的，并且在將來(lái)的運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行費(fèi)用也將大大降低。而對(duì)于城市道路照明來(lái)說(shuō)，雖然其節(jié)能效果與普通箱式變壓器相同，但是其在占地面積與美觀耐用以及維護(hù)費(fèi)用方面則比普通箱式變壓器占有很大的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，地埋式箱式變壓器的應(yīng)用范圍還是相當(dāng)廣泛的，而且在滿足預(yù)埋式箱式變壓器安裝條件的情況下，值得推廣。

[1]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（3版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.