城中村用電增容解決方案及應用案例

張小明，喻 準

（1.海鴻電氣有限公司，廣東 開平 529328；2.湖南省計量檢測研究院，湖南 長沙 410014）

1 城中村用電增容解決方案

針對噪音和輻射的問題，為了不影響居民的正常生活，需要設計一種噪音低，輻射小的電力設備。針對變壓器長期過載的問題，有2個解決方案：第一個方案是設計的變壓器本身過載能力強，第二個方案，就是選用與城中村負荷匹配容量的變壓器，變壓器需要滿足小體積、大容量的要求。針對變壓器漏油爆炸的風險，宜采用敞開式干式變壓器，徹底解決變壓器漏油及由于漏油帶來的安全隱患。針對電壓偏低的情況，電力設備可采用箱式變電站，占地較小，建造周期短，且可以深入到電力負荷中心進行集中供電，減少了供電半徑，提高用戶末端的供電電能質量。針對普通方案的變電設備尺寸較大的問題，設計的變電設備在小尺寸的同時，可以考慮雙層布置的設計方案，可以大大減少電力設備的占地面積。針對新增電力設備運輸受限的問題，目前有2種解決方案。方案一：將電力設備拆分成若干個小模塊，將小模塊分別運輸到目的地后，再進行組裝，該方案簡單，但是需要較多的人工，且停電安裝和調試時間較長。方案二：電力設備采用雙層布置結構，這樣占地面積和體積都大大減少[4]。

綜合上述方案分析，針對城中村電力設備的問題，解決方案是設計一種低噪音小型化雙層預裝式變電站。

2 關鍵點設計

2.1 變壓器設計

變壓器設計要求：低噪音、低輻射、輕小型結構。

2.1.1 變壓器低噪音設計

變壓器噪音是變電站種最主要的噪聲來源，而變壓器噪聲其主要原因來自變壓器的鐵芯振動，設計立體卷鐵芯結構采用3個相同尺寸和結構的單框組成。每個單框是由非晶或硅鋼帶材自動連續卷繞形成一個無接縫的閉口結構，由于是自動連續卷繞，所以帶材之間接觸緊密，不存在搭接和氣隙的情況，所以磁路連貫，工作時振動小，比疊鐵芯變壓器降低10～25dB(A)。

2.1.2 變壓器低輻射設計

預裝式變電站的輻射大部分來自變壓器，將變壓器設計成立體卷鐵芯結構，由于閉口式立體卷鐵芯的鐵芯材料高導磁方向與磁路方向完全一致，磁路中無接縫、結構緊湊、對稱的線圈結構可大大降低變壓器周圍的雜散磁場。空間漏磁小，僅為傳統結構變壓器的一半，減少周邊電場磁場強度，所以對周圍環境的輻射降低了50%。

2.1.3 變壓器鐵芯設計

鐵芯可采用立體卷鐵芯或疊片鐵芯設計[6]，兩者的重量對比如表1所示。

從表1中可以看出，立體卷鐵芯比疊片鐵芯重量平均下降18%，由于疊片鐵芯在生產過程中需要沖掉上下鐵軛及芯柱部分的三角形廢料，約占疊鐵芯總重的5%，綜合起來，立體卷鐵芯結構比疊片鐵芯結構重量平均降低了23%。

2.1.4 變壓器線圈設計[7]

傳統的干式變壓器通常將線圈設計多餅結構以降低餅間電壓，并且采取拉開餅間距離的方式，以滿足電氣強度的要求，但是電壓越高，需要的線圈餅數越多，所以餅間間距總和也就越大，所以干式變壓器線圈的整體高度升高，變壓器的體積增大。為了設計小型變壓器，首先設計的餅式線圈的內層線圈與外層線圈通過隔開，形成氣道，相鄰的兩餅餅式線圈的內層線圈通過第二分隔塊隔開，形成氣道，兩種氣道協同作用，使得餅式線圈再工作時產生的熱量能夠有效迅速地失散，與傳統的干式變壓器線圈相比，餅間電壓大大降低，從而使得干式變壓器整體高度降低，達到小型的目的，如圖1所示。

表1 兩種容量變壓器立體卷鐵芯與疊片卷鐵芯對比

綜合分析，將變壓器設計成立體卷鐵芯敞開式干式變壓器對比疊鐵芯干式變壓器，重量減少30%以上，體積平均減少1m3以上，對比表如表2所示。

圖1 餅式線圈結構設計圖

2.2 外箱設計

外箱設計要求：低噪音、小型結構。

2.2.1 外箱低噪音設計

外箱的低噪音設計主要是隔音，即阻斷噪音從變電站中傳到箱外。隔音設計包括加裝隔音罩風機、門板加裝吸音棉、門板加裝隔音板。

2.2.2 外箱小型化結構設計

外箱小型化結構設計方案是采用雙層結構，首先需要將預裝式變電站外殼內的設備分為3個模塊：高壓柜、變壓器、低壓柜。將這3個模塊雙層布置，有兩種方案。雙層結構方案一如圖2所示：第一層布置變壓器和低壓柜，將高壓柜布置在第二層，這樣方便操作變壓器和低壓柜，高壓柜操作配置單獨的操作梯，由于高壓柜的維護較頻繁，且實際手動操作高壓柜時需要較大的力量才能操作成功，所以雙層結構方案一在實際運行維護時不方便。雙層結構方案二如圖3所示：第一層布置低壓柜和高壓柜，第二層布置變壓器，這樣方便操作高壓柜和低壓柜，在變壓器維護時需要配置操作梯，由于變壓器維護頻率較高低壓柜開關低很多（變壓器運維在大部分時間僅須測量搭接處銅排的溫度，極少次數需要去調節變壓器的擋位），所以方案二在實際運行維護較方案一方便，且針對有水浸的地區，把變壓器放在第二層，可以大大減少變壓器被水浸的機會，大大降低水浸帶來的經濟損失。

圖2 雙層結構方案一

3 城中村用電增容應用案例

工程名稱：廣州市某城中村配電增容改造項目

案例情況：該工程位于廣州城中村人流密集區，用電負荷大，需要新增1600kVA容量的配電設備，考慮到前期規劃的的配電設備基礎成T字型，沒有足夠的空間擺放一臺1600kVA單層預裝式變電站，通過應用方案設計對比，對比表如表3所示。

表2 立體卷鐵芯敞開式干式變壓器與疊鐵芯干式變壓器體積對比

圖3 雙層結構方案二

表3 城中村項目應用方案設計對比表

從表3的對比方案可知：如果選用1臺1600kVA容量的預裝式變電站的占地面積比2臺800kVA容量的預裝式變電站還多14%，占地面積超出規劃面積范圍，無法安裝，且在預裝式變電站的運輸過程中，需要通過一條2m寬的小巷子，1600kVA容量的預裝式變電站本身寬度已有2.1m（超出2m寬），所以無法直接通過狹窄的小巷，需要將變電站拆裝成幾個模塊：包括變壓器、高壓柜、低壓柜及外殼（外殼模塊拆分成：門板、立柱、底座、橫梁、頂蓋），如此需要耗費較多的人工，安裝停電時間較長。通過表3的對比，設計方案二是最優方案：即選用2臺800kVA小型化雙層預裝式變電站（配置SGB11-RL-800/10立體卷鐵芯敞開式干變），才能實現項目改造期間供電方案的優化布局。

4 結束語

通過低噪音小型化雙層預裝式變電站的安全掛網運行，證明了城中村用電增容解決方案是切實可行的。由于產品噪音低，輻射低，占地面積小，體積小，為城中村電力設備問題提供可參考的解決方案。