光伏發電用華式箱式變電站不同布置方案對比分析

摘 要：【目的】在落實“碳達峰、碳中和”目標任務的大背景下，光伏發電的市場前景廣闊。光伏發電用的升壓華式箱式變電站，根據油浸式變壓器高低壓端子位置的不同，設計兩種不同結構形式的布置方案，分別為品字形布置和L形布置。不同廠家設計的布置方案不同，為了確定最優的布置方案，有必要對這兩種布置方案進行分析。【方法】針對華式箱式變電站的兩種布置方式，使用Creo4.0軟件1：1詳細繪制出兩種方案的三維模型，分別從布置方案、重量成本、銅排成本、外形成本、起吊方式、運輸方案等方面進行詳細的對比分析。【結果】根據不同維度的對比分析，確定新能源光伏華式箱式變電站品字形布置在外形成本、起吊方式和運輸方案等方面有優勢，L形在銅排成本方面有優勢。【結論】綜合來講，采用品字形布置方案可以有效地降低光伏華式箱式變電站的成本。

關鍵詞：光伏發電；華式箱變；品字形布置；L形布置；對比分析

中圖分類號：TM615" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2024）14-0011-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.002

Comparison and Analysis of Different Layout Schemes Photovoltaic Power Generation Chinese Pre-Fabricated Substation

Abstract： [Purposes] In the context of“Peak carbon”and “Carbon neutrality”， photovoltaic power generation still has a bright future. According to the difference of high voltage and low voltage terminals of oil-immersed type transformer， two kinds of Chinese Pre-Fabricated substation structure are designed， which are character-type and L-type. The layout schemes designed by different manufacturers are different. In order to determine the optimal layout scheme， it is necessary to analyze these two layout schemes.[Methods] According to the two arrangement modes of Chinese Pre-Fabricated substation，the three-dimensional model of the two schemes was drawn in detail by using Creo4.0 software at 1：1，the detailed comparative analysis was carried out from the appearance cost， lifting mode and transportation scheme， and L-type has advantages in copper row cost.[Findings] According to the comparative analysis of different dimensions， it is determined that the font layout of new energy photovoltaic Huabian products has advantages in reducing the photovoltaic Pre-Fabricated substation cost.[Conclusions] Generally speaking， the use of the character layout scheme can effectively aspects of arrangement scheme weight cost， copper bar cost， shape cost， lifting mode and transportation scheme.

Keywords： photovoltaic power generation; Chinese pre-fabricated substation; character-type layout;L-type layout;comparison and analysis

0 引言

華式箱變是介于傳統美式與歐式箱變之間的一種箱式變電站，由中國獨創［1］。美式箱變將負荷開關、熔斷器裝在變壓器油箱里，如果出現短路故障，當負荷開關動作，熔斷器熔斷時會瞬間分解變壓器油，產生瓦斯氣體，易污染變壓器油和絕緣材料，從而縮短變壓器的使用壽命，但致命的缺點是美式箱變高壓側無明顯可見斷點，不利于檢修和維護。歐式箱變體積龐大、成本高，影響整個項目的建站成本，不利于新能源行業的發展。

隨著光伏發電項目的推廣［2］，箱式變電站在光伏發電［3］項目中的應用體量龐大。華式箱式變電站集美式與歐式箱變優點于一身，因此華式箱變在光伏發電市場應用較多［4］，此種箱變主要分為高壓室、低壓室及變壓器。變壓器油箱和散熱器安裝于箱變外側，變壓器散熱好、過負荷能力強、運維成本低，可保證自然通風條件下長期運行。高壓室安裝斷路器（或負荷開關熔斷器）、隔離開關、接地開關、避雷器等元件。高壓室的雙層門具有完善的五防聯鎖。同時，內門安裝觀察窗，可直接觀察開關設備的分合閘狀態。低壓室內部安裝低壓柜，低壓柜安裝框架斷路器、塑殼斷路器等元件。考慮到新能源發電的不穩定性，低壓側還需要加強絕緣措施，保證箱變的安全運行，主要包括增加絕緣距離、母線流化、安裝保護盒等措施。

從運用場景來看，相較于歐式箱變，華式箱變的成本明顯偏低，并且同樣的容量，華式箱變要比歐式箱變的過負荷能力強；相較于美式箱變，華式箱變更加安全，特別是運用于4 000 KV·A以上容量，美式箱變由于熔斷器的緣故無法把容量提上去。因此，素有“緊湊形歐式箱變”美名的華式箱變［5］在保證安全的前提下，可有效降低整個項目建站成本，受到廣大發電集團的青睞。

鑒于華式箱變龐大的市場需求，有必要對華式箱變的布置結構做定向研究，根據油浸式變壓器高低壓端子的布置方向，將華式箱變高壓室和低壓室設置在不同的方向，形成了品字形或L形布置方式，布置方式的不同對成本、起吊和運輸各個方面均有影響。

1 布置方案

以下是某變電站品字形或L形布置方案，采用Creo4.0軟件1：1繪制，并根據需要轉化為PDF圖紙，如圖1和圖2所示。高壓室采用充氣柜，低壓柜18回。品字形指變壓器高低壓端子位于同一側，箱變變壓器在一側，高低壓室在另外一側的“品”字，品字形長度方向小，深度方向大；L形指變壓器高低壓端子位于兩側，高壓室和低壓室圍著變壓器，使高低壓室形成了L形，L形長度方向長，深度方向小。

品字形框架斷路器端子與變壓器端子位于不同側，銅排搭接路徑較長，銅排用量較多；L形框架斷路器端子與變壓器端子正對，直接連接，銅排用量較少。品字形華式箱變起吊時，主要起吊變壓器，箱變底座承重小，底座槽鋼可選用小形號的10#槽鋼；L形華式箱變起吊時，需要起吊箱變底座，底座槽鋼一般選用16#槽鋼。

2 成本分析

2.1 外形分析

品字形箱變底架外形2 300 mm×3 400 mm，L形箱變底架外形4 800 mm×2 100 mm，外形對比結果見表1。L形華式箱變的占地面積比品字形的占地面積多了2.26 m2，大了28.9%。品字形華式箱變占地面積較小，利于電站節省土地，節約成本。針對有些電站，劃撥土地時按圓形，此時，品字形更有利。

2.2 重量分析

品字形和L形華式箱變外殼如圖3和圖4所示。品字形華式箱變由于占地面積小和底座槽鋼小，品字形華式箱變外殼重量輕，外殼僅重1 305 kg；L形華式箱變由于占地面積較大和底座槽鋼較大，外殼較重，外殼重1 831 kg。品字形比L形重量少526 kg，按鋼板加表面處理每千克7元計算，品字形比L形材料成本少3 682元。

2.3 銅排分析

品字形華式箱變框架斷路器上端子與變壓器端子相距較遠，框架端子與變壓器端子位于兩個平面，需要轉接，銅排路徑較長，如圖5所示。上分支銅排重85.2 kg，按銅排每千克70.85元計算，上分支銅排成本6 036.42元。

L形華式箱變框架斷路器上分支銅排直接與變壓器端子連接，框架端子與變壓器端子位于同一個平面，路徑較短，如圖6所示。上分支銅排重43.08 kg，按銅排每千克70.85元計算，上分支銅排成本3 052.22元。

品字形華式箱變比L形銅排成本多2 984.2元。綜合外殼和銅排，品字形華式箱變比L形成本少697.8元。

3 運輸方案分析

新能源箱變通常使用板車進行運輸，17.5 m板車和13.75 m板車。由于光伏發電項目道路普遍修的比較窄，道路轉彎半徑小，最常用的是13.75 m的板車。品字形華式箱變和L形華式箱變的運輸方案如圖7和圖8所示。由于布置方案和變壓器的影響，結合前半部分計算的重量和對比分析，品字形華式箱變1臺重11 t，L形華式箱變1臺重12 t。

一輛13.75 m板車的承重極限是33 t，可以拉3臺品字形華式箱變，而L形華式箱變3臺總重36 t，3臺總長超板車1.15 m（后部會懸空），無論是從重量方面還是長度方面考慮，一輛車均可拉2臺L形華式箱變。針對運輸方案，品字形華式箱變更有優勢。

4 起吊方案

品字形華式箱變的起吊方式為4點起吊，使用4根短吊帶或2根長吊帶，起吊變壓器4個吊耳，吊具簡單。底座不承重起吊時整個箱變的重量，底座高度可以減小40%。品字形華式箱變起吊方案如圖9所示。

L形華式箱變起吊方案為5點起吊，使用吊梁1根、吊帶7根、D形扣4只，5個起吊點分別為變壓器2吊點、底座3吊點，吊具復雜，起吊方案復雜。底座需要承重整個變壓器，底座高度高L形華式箱變起吊方案如圖10所示。針對起吊方案，品字形華式箱變更有優勢。

5 結語

根據以上分析，從占地面積來說，品字形華式箱變占地面積小，有優勢；從成本方面來說，品字形外殼成本低，銅排成本高，綜合下來品字形成本低；從運輸來說，品字形華式箱變一輛車可運輸3臺，L形僅能運輸2臺，品字形運輸成本低；從起吊方案來說，品字形華式箱變起吊方案簡單，吊具簡潔，L形起吊方案復雜，吊具成本高，品字形起吊成本低。

從外形結構、成本、運輸和起吊方面來看，針對高壓側使用充氣柜的光伏華式箱變，品字形布置方案比L形布置方案更有利，采用品字形布置方案可有效降低光伏華式箱變成本。

參考文獻：

［1］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（4）：6-9.

［2］蘇中信. 適配北美光伏逆變市場的大容量一體式箱變開發 ［J］. 變壓器， 2023，60（9）：1-5.

［3］于建軍. 試論光伏箱變的應用和發展 ［J］. 機電信息，2017 （30）：132-133.

［4］趙長順， 陳靜雅，徐青亞，等. 箱式變壓器與能源網絡系統的設計［J］. 集成電路應用， 2023，40（2）：176-177.

［5］花植. 一種集成形智能變電站設計思路的探討［J］. 山西建筑， 2021，47（9）：20-21，26.