預裝式變電站箱體防雨功能結構設計

張啟蒙 呂 達 吳 敏 龔曉濱 袁榮杰

（1.寧波天元電氣集團有限公司，浙江 寧波 315700；2.寧波象山縣供電局，浙江 寧波 315700）

預裝式變電站，又稱戶外成套變電站、箱式變電站、組合式變電站，簡稱箱變，它是將變壓器、高壓開關設備和控制設備、低壓開關設備和控制設備、內部接線（電纜、母排等）、計量、補償、避雷器等設備配置于一個公用外殼－箱體內，并按國家標準通過型式試驗的成套電器設備。因具有獨特的功能優點，受到世界各國電力工作者重視，在配電領域中占有較重要的地位，在城市電網建設改造工程中，已被廣泛應用，其電氣設計的功能也隨著科技的步伐越來越強，新材料、新工藝的應用也日趨成熟，具有特強防銹性能的鋁合金箱體、非金屬彩鋼板箱體、滿足環保要求的非金屬水泥箱體等結構的箱變也不斷的涌現。然而，其在防火問題、擴容問題、檢修問題、安全問題等等方面，特別是在安全問題上還存在著嚴重的功能不足。主要表現在箱體在防雨功能結構的設計上存在一定的功能性缺陷，無法全面符合國家標準GB17467《高壓/低壓預裝式變電站》所規定的要求，雖然一般在型式試驗時因為對樣機進行特殊加工過后能馬虎過關。此外，箱體結構設計的防雨功能的好壞也將直接影響箱變的使用壽命，經調核，至少不小于80%的箱變的電氣事故及設備因腐蝕問題而使設備的使用壽命達不到預期的是因箱變箱體的防雨功能弱而造成的，在實際使用過程中，不難發現，雨天剛過后就打開箱變外門，可明顯的發現門內、箱變底板都積存大量的水跡，甚至水流和水蕩等；內部結構金屬件，特別是箱變的底板、底架等，因雨濕而生銹腐蝕現象也較嚴重，更嚴重的是箱變在使用2～3年后就發現底板和圍板的底部已污蝕至輕則銹跡斑斑，重則污蝕至穿孔的現象。典型的實例照片如圖1所示。

因此實施箱變箱體防雨功能的論證、探討和結構性的重新設計對于減小及至避免電氣事故的發生、增長設備的使用壽命等有著重要意義。

1 箱體的防雨功能結構現狀及其缺點

圖1

目前箱變箱體在防雨功能的設計上主要有以下幾類的結構特征和改進設計的經過事例：20世紀90年代以前，由于國內市場上未出現有汽車行業內使用的小9型門縫嵌條及玻璃膠等現代密封膠產品，箱變的生產制造企業不是很多，企業的規模一般都是以一些小型企業為主，生產技術裝備差，設計技術落后，所以，當時箱變門縫的防雨功能一般都是采用橡膠條帶用百德膠膠水粘貼于門框內頁上的；有良好工藝水平的企業，還能加用一些螺釘固定。這時箱變的防雨功能是不可想象的，其橡膠條帶一般都是很硬的，在門關閉時，不存在壓縮狀態，最多只起到減小門縫間隙，只能是降低雨水及水流浸入箱變內腔而已，且其橡膠條帶由于膠水粘性及粘力壽命問題很容易脫落。直至九十年代以后，工藝的改進，新工藝，新材料、新技術的應用，才逐步采用現在的小9型或D型汽車門縫嵌條，按理說，利用這嵌條的內腔空隙，確保嵌條有很大的欲度彈性，在門板關閉時，保證使得嵌條的內腔空隙有一定的壓縮變形，與門框側面間形成致密狀，可有效的避免雨水及灰塵進入。典型的理想的防雨功能結構狀態圖如圖2和圖3所示。但是，事實上這種結構無法達到預期的效果，其實際存在的缺點有：①因為由于實用價值、使用特征、制造成本等原因，決定了箱變的門板不可能采用象汽車門一樣進行整體的模具壓制技術，并實施有效的加強加工工藝，制成一個剛性，硬性、平整挺刮的門板，也就是說，箱變門板在剛性，硬性、平整挺刮等方面是不能與汽車的車門相比的，是不佳的，這就決定了在其關閉時是無法實現與汽車門一樣的密封性的。因此不能起到真正的防雨功能；②在門板關閉時，必須確保嵌條有一定的壓縮變形量，與門框側面間形成致密狀，方可有效的避免雨水，因此，門板關閉和開起的難度大、不靈活，也就是工藝難度大、要求高；③雨水會長期積存在門縫間隙內和圍板及門板與底座的間隙內，從而引起加速箱體的銹蝕，箱變的使用壽命就得不到預期。

2 一種新型的箱體防雨功能結構

2.1 設計思路

新型箱體在防雨功能結構設計原理上的主要思路是：不使得淋打在箱殼側面板、圍板上的雨水及自上而下在門頂板表面流向門板表面和地面的雨水進入門縫的間隙和圍板或門板與箱體底架間的縫隙內，以至達到防雨水進入箱體內腔的功能要求。

我們在理論設計時，門板與門框之間的間隙一般設計成4mm以下。大家都知道，雨水在無風時是垂直向下做自由落體運動的，當有風時，就做斜線下落，而傾斜的相位和斜度是隨風向和風力的，按自然規律，傾斜的雨水方向與門縫的直縫重合的機率是基本不存在的，所以，門板的直縫不必特別考慮其防雨水的結構設計，主要考慮門頂橫縫上的防雨結構設計就可。我們在結構設計時，從嚴密的角度（強風狀態下）考慮，規定雨水傾斜的角度為與水平線成30°。另外還觀測了流水經過門縫時的事實流動線路—對液體流動特征進行剖析：物體分子之間有一種相互吸引力的作用，小水滴能在垂直的板面上粘接而不下掉，就是這個道理，當水滴重量集聚到大于其吸引（附）力時，就下掉了。

具體的雨水運動方向和水流的流動路徑經門頂橫縫上的防雨功能剖析如圖2與圖4所示。

具體的雨水運動方向和水流的流動路徑經門板的下端和圍板的下端的防雨功能剖析如圖3與圖5所示。

圖2 箱體門板橫縫的防雨功能結構狀態圖

圖3 箱體圍板及門板底部的防雨功能結構狀態圖

圖4 新型箱體門板橫縫的防雨功能結構狀態圖

圖5 新型箱體圍板及門板底部的防雨功能結構狀態圖

注：圖2至圖5表示的水流路徑是在水的流量不是特別大的情況下，由于物體之間具有吸應（附）力的作用下所產生的現象，當水流量達到一定值后，水流的方向會基本處于垂直向下的狀態。

2.2 結構性能分析

為了能更透徹地了解新型箱體設計結構的特性，將新型箱體機械結構圖示例于圖6至圖11，將改進前典型箱體機械結構圖示例于圖12至圖17。

圖6 新型箱體機械結構

圖7 示意圖I處的放大圖

圖8 示意圖Ⅱ處的放大圖

圖9 示意圖Ⅲ處的放大圖

圖10 示意圖Ⅳ處的放大圖

圖11 示意圖Ⅴ處的放大圖

圖12 改進前箱體機械結構

圖13 示意圖I處的放大圖

圖14 示意圖Ⅱ處的放大圖

圖15 示意圖Ⅲ處的放大圖

圖16 示意圖Ⅳ處的放大圖

圖17 示意圖Ⅴ處的放大圖

參照圖16至圖17，箱體結構包括圍板1、左門板2、門鎖裝置3、頂蓋4、門頂板裝置5、右門板6、門鉸鏈7、底架8、頂支架9、小9型或D型密封嵌條10、底封板11、門下檔12。

新型箱體的結構設計主要在于門頂板裝置5結構、左門板2和右門板6結構、圍板1和左門板2和/或右門板6與底架8間的組合結構的設計改進來實現的：

門頂板裝置5由改進前箱體使用一張金屬板經均為通過90°折彎形成的結構改進為由兩張金屬板經折彎后用鉚釘或螺釘組合而成，其中內里的一張板在與門板的接近部位與直角處均約20mm的地方通過兩個 45°向里折彎來代替原來的 90°彎所形成的門框凸頁，而另一張外貼的板直接延伸至門縫的間隙位置，這樣通過組合后，形成一個有一定截面約20mm×20mm的三角形空腔；左門板2和右門板6的上端與門頂板裝置5接近處同樣把改進前箱體通過 90°折彎形成的結構，改進為與直角間約20mm的范圍內向里折成約45°的方式，使得其空出一個有一定截面約20mm×20mm的三角形空腔；這樣所達到的作用是：從頂面板裝置5上向下流的雨水及所有斜打的雨水等均不可能流入門板與頂面板裝置5的間隙內，直向下流入地面，如圖1和圖3所示的對比圖示例。

同樣，把圍板1、左門板2和右門板6與底架之間的接合方式將改進前箱體通過水平面接合的結構形式改進為新型箱體所示的通過垂直面接合的結構形式，所達到的作用是：所有從圍板1上和門板上的向下流的雨水、所有斜打的雨水等均不可能流入底架平面內，直向下流入地面，如圖2和圖4所示的對比圖示例。

新型箱體結構的優點在于：①雨水和水流不會進入箱體的門縫的間隙內，也不會進入箱體的圍板與箱體的底架間的縫隙和箱體的門板與箱體的底架間的間隙內，確保了防雨的可靠性；②避免了因雨水長期結存于箱體間隙和縫隙內引起的或者說加速設備的生銹、腐蝕現象；③同樣具備小9型或D型密封嵌條所具有的箱體防塵密封功能；④因小9型或D型密封嵌條的使用不需有防雨功能而使得箱體門板的安裝要求簡單、方便、省時。缺點是：極小量增加幾枚螺釘等材料費和多幾刀工藝折彎所需的工時費等只有幾元錢/每套的費用。

3 結論

新型箱體結構的設計與實現，能確保預裝式變電站設備的內腔及所有縫隙始終處于干燥狀態，使得箱變內的電氣設備完全處于國家標準 GB17467《高壓/低壓預裝式變電站》所規定的滿足GB/T11022的正常戶內條件的環境下工作，避免了因污染、潮氣、灰塵等引起的絕緣故障產生的內部擊穿電弧等電氣事故的發生，也就徹底解決了箱變運行必須考慮的安全問題，同時增強了電氣設備和箱體等的使用壽命。在實際投用中，通過多方論證考核，該箱體結構完全符合設計要求。

[1] 肖敏英，鄧永輝.淺談高壓/低壓預裝箱式變電站技術與應用[J].電控配電, 2006(2):2.

[2] 國家標準.GB17467-2010《高壓/低壓預裝式變電站》.