談?wù)勵A(yù)裝式變電站設(shè)計及應(yīng)用

王勇

(中國質(zhì)量認證中心沈陽分中心，遼寧 沈陽 110013)

1 概述

預(yù)裝式變電站(亦稱箱式變電站，簡稱箱變)是一種把高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組成一體的工廠預(yù)制型戶內(nèi)外緊湊式配電設(shè)備，即將高壓引入、變壓器降壓、低壓配電等功能有機的組合在一起。具有成套性強、體積小、占地少、提高供電質(zhì)量、減少損耗、送電周期短、選址靈活、對環(huán)境適應(yīng)性強、安裝使用方便，運行安全可靠，投資少見效快及外形美觀、適應(yīng)優(yōu)化環(huán)境等一系列特點。

箱式變電站用途很廣，可裝在人行道旁，綠化區(qū)、道路交叉口、生活小區(qū)、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)中心、生產(chǎn)場地、高層建筑、農(nóng)村灌溉、礦山、油田、高速公路等處。也可作為移動式變電站，適用于流動作業(yè)場所。因其易于深入負荷中心，減少供電半徑，提高末端電壓質(zhì)量，被譽為21世紀變電所建設(shè)的目標模式。

2 箱式變電站的特點和種類

目前，箱式變電站主要有10kV級以下末端變電站、35kV首端變電站兩種。

2.1 10kV及以下末端變電站

10kV及以下末端變電站又可分為普通型、智能型、緊湊型、埋地型等種類。智能型即安裝了自動化裝置監(jiān)控終端RTU及通信控制器CCU，可實現(xiàn)遙控、遙信遙測及自動抄表等功能。緊湊型采用了美式箱變的設(shè)計特點，有別于傳統(tǒng)歐變，該產(chǎn)品高壓設(shè)備采用XGN15-12或HXGN17A-12環(huán)網(wǎng)柜，變壓器采用波紋油箱，高壓套管、分接開關(guān)、油位指示、壓力釋放閥等均裝在變壓器油箱側(cè)板上。使結(jié)構(gòu)更加緊湊，適用于出線回路較少的方案。埋地型箱變開關(guān)室與變壓器采用上下疊加布置方式，變壓器室埋入地下，縮小了占地面積及變壓器運行噪聲。又稱寧靜式箱變，大大增加了箱變的運行安全。

10kV箱變一般主要有:高壓室－變壓器室－低壓室，成目字形排列或品字形排列兩種結(jié)構(gòu)，帶操作走廊或不帶操作走廊兩種形式。供電方式有環(huán)網(wǎng)供電、終端供電、雙電源供電。進線方式一般可采用電纜或架空線。

歐式箱變節(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，易與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，保護性能完善，符合IEC標準，方案齊全，適應(yīng)性強，高壓可同時實現(xiàn)變配電功能，低壓可滿足客戶出現(xiàn)回路多，多回路計量及無功補償?shù)囊蟆５跹b、運輸方便。所有非導(dǎo)電的金屬隔板均可靠接地，保證檢修維護操作人員的安全。

2.2 35kV箱式變電站

35kV箱式變電站實現(xiàn)了大型變電站的工廠預(yù)制化。具有成套性強、占地少、送電周期短、投資少見效快及外形美觀等一系列特點。適用于高壓35kV、低壓10kV或6kV單母線或單母線分段系統(tǒng)，通常的總體布局:35kV進出線開關(guān)、35kVPT、35kV站用變組裝于高壓箱體，主變露天安裝，10kV開關(guān)設(shè)備、10kV無功補償裝置、交直流屏及控制通訊保護裝置組裝于低壓箱體;進線可采用電纜或架空進線。高壓開關(guān)設(shè)備可配用XGN箱型固定金屬封閉式開關(guān)柜及KYN鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)設(shè)備。如為了經(jīng)濟性還可選用35kV、10kV電器間隔。

組合方式靈活，35kV、10kV設(shè)備可全部箱內(nèi)安裝，也可以僅用10kV開關(guān)箱，35kV設(shè)備選用室外設(shè)備，這種組合特別適用于農(nóng)網(wǎng)改造中的舊站改造，即原有的35kV設(shè)備不動，僅一個10kV開關(guān)箱即可達到無人值守的目的。

二次控制采用微機綜合自動化系統(tǒng)，可實現(xiàn)“四遙”功能。該變電站真正實現(xiàn)了變電站建設(shè)工廠化，現(xiàn)場僅需箱體定位，箱體間電纜聯(lián)絡(luò)，出線電纜連接，保護定值校驗，傳動試驗及其他調(diào)試工作，整個變電站從安裝到投運只需5～8天時間。

以35kV單主變4000kVA規(guī)模計算，該變電站建設(shè)周期短，與土建站相比可提前3個月投運;占地面積小，約為土建站的1/5，同時可免除用戶申報基建項目，減少審批手續(xù);投資省，可節(jié)約40%。

3 10kV及以下箱變元器件及部件選擇

3.1 高壓設(shè)備

3.1.1 高壓開關(guān)裝置的選擇

高壓開關(guān)設(shè)備可配用高壓側(cè)環(huán)網(wǎng)柜或斷路器柜，應(yīng)具有全面的防誤操作連鎖功能。

高壓斷路器在電力系統(tǒng)中主要起到兩方面的作用:開斷正常負荷電流和斷開短路電流，而電力系統(tǒng)終端用戶，特別是10kV中小容量用戶的高壓負荷開關(guān)經(jīng)常為開斷正常負荷電流，開斷短路電流的情況很少，因此10kV及以下箱變通常采用高壓負荷開關(guān)加熔斷器組合電器取代高壓斷路器。由高壓負荷開關(guān)實現(xiàn)開斷正常負荷電流，由熔斷器實現(xiàn)開斷短路電流，還可實現(xiàn)隔離開關(guān)的功能。高壓斷路器與高壓負荷開關(guān)加熔斷器組合電器相比，外形尺寸大、造價高，不適合箱變要求，因此95%以上的箱變高壓設(shè)備均采用高壓負荷開關(guān)。

目前常用的高壓負荷開關(guān)有壓氣式負荷開關(guān)、真空負荷開關(guān)、SF6負荷開關(guān)等幾種，表1列出各種負荷開關(guān)的性能比較。

表1

3.1.2 變壓器

箱變的變壓器一般有干式變壓器和油浸式變壓器。干式變壓器價格要貴一些，但其體積小，使變電站實現(xiàn)了無油化，有利于環(huán)保，如在高層建筑、商業(yè)中心、劇院等場合更適合一些。干式變壓器通常是SCB9、SCB10系列，常規(guī)帶溫控裝置，變壓器不帶風(fēng)機;油浸式變壓器通常有S9、S10、S11系列，常規(guī)為全密封型，絕緣介質(zhì)為25號礦物油。

變壓器容量應(yīng)根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行選擇，一般單臺容量不宜大于1250kVA，若負荷容量更大，建議選用雙變壓器方案。

3.2 低壓設(shè)備

普通配電房用低壓柜(GGD、GCL、MNS等)是按照低壓功能單元單獨設(shè)計組合布置的，如進線柜、補償柜、聯(lián)絡(luò)柜、出線柜等，而箱變電路設(shè)計較為簡單，一般只有進線、出線、補償功能，因此箱變專用柜，應(yīng)將低壓電器布置更優(yōu)化，減少低壓柜占用尺寸。通常箱變采用的GGD柜是改進型式設(shè)計的箱變專用低壓柜。箱變采用GGD專用低壓柜可維護性高，以正面檢修為主，該柜根據(jù)元件可靠性和操作性，合理布置低壓元件:低壓斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器等易損元件均布置在柜正面，并能很方便的從正面檢修、維護;銅母排、絕緣子的可靠性很高的元件布置在柜后，一般不需檢修、維護。

3.3 附加功能

為保證變壓器安全運行，箱變用干式變壓器可置溫控器，在變壓器過負荷嚴重、線圈溫度上升到規(guī)定值時，溫控器發(fā)出跳閘信號給低壓開關(guān)的脫扣線圈，使低壓開關(guān)跳閘甩掉低壓負荷保護變壓器。

根據(jù)環(huán)境條件要求可考慮加裝防凝露控制系統(tǒng)，根據(jù)箱變使用場所(如路燈照明等)考慮加裝時光控制裝置。

3.4 箱變外殼的選擇

箱變外殼可采用復(fù)合夾芯彩鋼板、敷鋁鋅板、不銹鋼板及鋁合金板制作，設(shè)有隔熱層;也可采用玻纖水泥預(yù)制板的非金屬箱體。變壓器室和低壓室具有專用排風(fēng)道，并可配有“溫控器”的自動排風(fēng)系統(tǒng)，還可設(shè)置防凝露措施。殼體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有優(yōu)良的耐久性、抗腐性和抵抗內(nèi)部故障電弧的影響。一般環(huán)境條件下可采用普通彩鋼板，易腐蝕、銹蝕的環(huán)境可選用敷鋁鋅板、鋁板及不銹鋼板，10kV末端變電站500kVA以下建議優(yōu)先選用非金屬殼體，經(jīng)濟適用。

表2示出幾種箱變外殼的性能對比。

表2

4 結(jié)束語

近年來，箱式變電站是農(nóng)網(wǎng)建設(shè)(改造)和今后變電站建設(shè)的主要方向，其靈活的組合方式、工廠預(yù)制化、美觀大方的外形越來越受到歡迎，希望通過本文的介紹能對廣大電氣設(shè)計人員和電氣工作人員有所幫助。