箱式變電站設計方案的優化與實現

楊吉龍

摘要：此文簡單介紹了箱式變電站的發展進程，詳細分析了智能箱式變電站的具體設計，并研究了設計中應該注意的問題。

關鍵詞：箱式變電站;設計方案;優化

引言

箱式變電站是一種比較緊密的成套配電設備。它是將高壓開關設備與低壓開關設備以及無功補償等設備通過相應的接線方案結合在一個或者幾個箱體里的緊密的成套配電設備。高壓側額定電壓適用于3.6kV-40.5kV，廣泛運用在住宅小區與城市公用變以及施工電源等方面。隨著智能電網建設加快，傳統變配電產品不能滿足電網建設需求，智能化變電站成為市場青睞的產品。

1箱式變電站的發展

箱式變電站屬于時代科技的物品，是20世紀90初從美國引入的，是土建變電站以后根據有關標準設計、研發的一種新型的配套裝置。其最明顯的優點就是運用可靠、節能、小巧、不需要維護等，其不但在城市電網改造上具有非常重要的作用，還為城市電網的創新提出了方向。

在20世紀90年代的時候，我國就已經在使用便捷式的變電站了，在接近21世紀的時候，在完成農網改造之后，箱式變電站就大量運用在了10-110kV變電站中，由于它容易進一步進入到負荷的中心，對于農村的電網改造有好處，而且可以使用在住宅等地面缺乏的地方。從箱式變電站研發使用到現在，其不斷發展。伴隨著我國現代化建設的不斷進步，城市電網也隨之創新改進，必將得到廣泛應用。箱式變電站在工廠定制、由工廠安裝檢驗完成，具有占地面積小，施工周期短，有效縮短供電半徑，應用前景廣泛等優點，受到越來越多電力企業的重視。目前美國電力公司研制的自動箱式變電站，具有監控與數據采集，負荷控制及波形測量等功能，具有結構緊湊等優點。隨著智能電網的發展，未來的箱式變電站會使用一體化智能開關柜。一體化智能開關柜能夠把一次斷路器、電子式電流、電壓互感器與電網質量管理設備等集成為一體，向模塊化、易操作、低成本等方向發展，最終具備自適應、能夠在線監測以及狀態檢修等[1]功能。緊急移動式智能變電站標志著箱變向智能化發展，變電站通過模塊化制作的方式，具有結構緊湊，裝備完善等特點。隨著我國經濟高速發展，智能電網需要安全可靠供電，對智能箱變的需求將不斷擴大。

2智能箱式變電站設計

2.1箱式變電站結構設計

箱式變電站的結構一般為品字型何目字型這兩種，其外殼材質分為金屬與非金屬，設計所使用的是GRC玻璃纖維，其具有耐腐蝕性強，使用時間長等好處。歐式箱式變電站的結構組成主要有變壓器室，高低壓室，通常由底座與隔板門等，底座與頂蓋的骨架是角鋼焊接在一起的。金屬材料外殼一般為常見鋼板等，金屬外殼使用的是槽鋼結構，殼體使用的是GG型雙面鋼板，鋼板間填充隔熱材料，以此來降低太陽輻射對變電站的溫度影響。大部分高檔別墅區等會在金屬外殼的外面裝上木板，使其與周圍環境高度協調，頂蓋一般會設計成斜面，頂蓋下面的附近設計成百葉型通風孔，達到散熱目的。廢金屬外殼采用新型復合材料，70年代研發的GRC復合材料，用玻璃纖維作為增強材料，運用噴射工藝加工生產。具有強度高，耐腐蝕等優點，新型復合材料在非金屬外殼制造的過程中可以同時做到殼體兼顧，抗暴曬，隔熱性能好等好處。材料具有使用壽命長，經濟美觀等好處。在不同環境中通過不同形狀瓷磚品走出不同圖案[2]。

2.2箱式變電站智能終端設備設計

2010年電網公司研發建設智能電網規劃，整體的發展目的是建設特高壓電網骨干網絡購進，具有信息化，互動化特色的國際先進智能電網。包含以往電力系統的全部范圍。箱式變電站自動化是后期發展的主要目標，箱式變電站實現信息共享，設備信息能夠做到智能化，未來會大力研發清潔能源，變電站智能化成為發展趨勢。智能箱式變電站總體功能主要由過程設備與終端設備組成，變壓器等監控模塊把采集數據由局域網傳輸到通信管理機，根據后臺的相關規定把數據輸送到管理站，管理站分析數據后作出響應判斷，變壓器非法打開時可通知管理人員，管理人員可最先解決變壓器問題。設計提供變壓器溫控器有三路溫度傳感器，溫控器帶有RS485通信結構，完成變壓器狀態的遠程在線監測，能夠由短信報警告訴管理人員變壓器故障，變壓器內部溫控器利用監測變壓器小室內溫濕度，在變電站里的溫度較高的時候，就會開啟風機散熱器，在濕度較大的時候會開啟除濕裝置。箱式變電站產品安裝在戶外，高壓操作電源一般通過電壓互感器來提供，但是因為它的輸出額定的容量較小，在設計的過程中會使用安裝在箱式變電站外殼上面的太陽能板來發電。運用太陽能電源和PT電源自動切換提供電能。原理是逆變器把電池的直流電逆變轉換成交流電，在白天的時候通過太陽光給蓄電池充電，太陽能控制逆變器控制光伏電池把太陽能轉變成電能，蓄電池由逆變器把直流電轉變成交流電[3]。

2.3配電監控系統設計

智能箱式變電站的內部設計裝配電監控終端，終端設備收集數據由網絡輸送數據，管理站能夠由監控管理平臺監控電流，溫濕度等。開關量變化能夠由手機短信平臺告知管理員。配電監控系統能夠讓用戶隨時掌握設備運行的情況，其對提高設備的異常反應速度有好處，節約維護成本，系統通過智能采集單元與交互機以及遠程服務器等構成，系統客戶端可以同時允許多賬戶使用，用戶可通過手機采集開關量報警情況[4]。

3箱式變電站設計中注意問題

箱式變電站在電網建設中廣泛應用，如某新建終端變電所采用三相雙繞組調壓力變壓器，35kV架空進線一回，運用35kV真空負荷隔離開關與快速熔斷器一起使用，降低造價，缺相運行時完成聯動分閘，1電纜出線6回，35kV母線采用單線部分段接線形式，電壓等級是35±5%/0.4kV。改進后箱式變電站的結構簡單，使用簡單，設備投資小。增加電風扇，利于散熱，在潮濕天氣對箱體內空氣加熱，器件工作狀態通過單片機來自動控制，根據溫濕度傳感器信息所發出的控制指令。增加了工作狀態顯示燈，使檢修人員可以及時掌握變電站內部電氣回路的工作情況。《變電站設計規范》明確指出，二級耐火建筑防火凈距為10m，其面對變壓器等電氣設備外墻，在設備總高增加到3米的區域里布設門窗時，墻和設備防火間的距離沒有明確規定[5]。墻和設備防火間的距離應該比5米大。箱內一次系統使用的是單元真空開關，采用鋁型裝飾大門結構，間隔后設雙層防護板，最好使主變和箱體的最小防火間距保持在10米。

結束語

箱式變電站具有運行操作靈活，分區設備更換維修方便，安裝快捷，噪音小，占地面積小等優點。近年來箱式變電站是電網建設的常見趨勢，其經濟適用的好處被大量推廣應用，目前設計建設中存在檢修空間較小等問題，其問題在未來發展的過程中有待改進。隨著電網智能化要求的不斷提高，未來可通過開發智能化低壓斷路器以及完善視頻監控系統對箱式變電站進行進一步升級。

參考文獻：

[1]郭廷冬.箱式變電站溫升試驗方法研究[J].質量技術監督研究，2018（06）：41-44.

[2]王凱東，王寧，井永騰.基于熱-流耦合的箱式變電站變壓器室風路優化設計[J].變壓器，2018，55（10）：1-5.

[3]王七五.淺析箱式變電站的優勢及其生產設計中的要點[J].科學技術創新，2018（28）：162-163.

[4]鐘佳松，張榮鵬，張海文，馮杏常，李燚，邱金玲.基于互聯網通信的多功能箱式變電站終端[J].大眾科技，2018，20（08）：20-23.

[5]白亞軍，胡海志，宋立國.淺談光伏（風力）發電用華式箱式變電站的設計[J].變壓器，2018，55（04）：6-9.