箱式变电站设计方案研究

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摘要：城乡电网建设中要求高压直接接入用电负荷中心，形成变压器降低的供电格局。供配电要求向用地节约化，智能化方向发展。随着箱式变电站广泛应用，传统箱式变电站已经无法满足智能电网建设的发展需求。本文针对箱式变电站技术特点、设计生产等环节进行阐述，设计箱式变电站布局，分析变电站外壳材料特点，对内部数据采集数据终端设备进行设计，从室内无线温湿度监控器等方面进行设计。通过智能箱式变电站设计制造，验证设计的合理性。

关键词：箱式变电站；设计方案；优化

箱式变电站分为美式与欧式。组合式变电站将变压器等元件放在变电器油箱内，用变压器作为相间的绝缘介质，元器件体积得到缩小，箱式安装有仪器仪表，如压力释放阀等监测装置。欧式箱式变电站是将高压开关设备与低压配电装置布置不同隔室内，通常箱式变电站高压侧额定电压3.6kV-40.5kV，我国箱式变电站统称为高低压预装式箱式变电站，随着智能电网建设加快，传统变配电产品不能满足电网建设需求，智能化变电站成为市场青睐的产品。

1箱式变电站概述

箱式变电站因其具有组合灵活，便于迁移，施工周期短，占地面积小，免维护等优点广泛受到重视。被广泛应用于10-110kV中小型变电所的建设中。因其易于深入负荷中心，适用于农村电网改造。箱式变电站主要形式有拼装式，组合装置型与一体型。拼装式是将高低压成套装置装入金属箱体，配电装置间有操作走廊，因其体积较大现已少用。组合装置型的高低压配电装置将高低压控制设备直接接入箱内，总体设计按免维护考虑，可以减小箱式变的体积，是目前普遍采用的形式。一体型是美式箱变，是在简化高低压控制装置基础上，将高低压配电装置与变压器装入变压器油箱，箱式变体积小，仅为同容量欧式箱变体积的1/3。箱式变电站的特点是技术先进安全，自动化程度高，工厂预制化，组合方式灵活。箱式变电站应用中应部分采用国内先进技术，框架采用集装箱标准材料，具有良好的防腐性能。内封板采用铝合金扣板，设备运行不受外界污染影响。箱体内一次设备采用单元真空开关柜，干式互感器等国内技术先进设备，产品为全绝缘结构，全站可实现无油化运行。全站智能化设计，采用综合自动化装置，每个单元具有独立的运行功能，控制箱内温湿度。设计箱式变电站仅需根据变电站实际要求作出主接线的设计，设备在工厂一次安装合格，现场安装仅需进行箱体定位，出现电缆连接，传动试验等工作，变电站安装到投运仅需5天时间。箱式变电站结构紧凑，可以全部采用箱式，采用35kV设备室外安装，10kV设备箱内安装，适用于农网改造旧所改造，安装10kV开关箱即可达到无人值守要求。美式变电站较同规模综合自变电站减少投资45%，选用箱式变电站无房建工程量，符合国家节约土地资源政策。

2箱式变电站的发展

箱式变电站是60年代欧美国家推出的成套变电所变电设备，设备在工厂安装检验完成，具有占空少，工期短等优点，受到电力企业的重视。目前美国电力公司研制的自动箱式变电站，具有监控与数据采集，负荷控制及波形测量等功能，具有结构紧凑等优点。智能箱式变电站在发达国家配电领域中占据重要地位。欧洲发达国家占配电设的70%，成为美国配电网自动化中的重要设备。90年代中期，中国开始应用简易变电站，电力部制定相应的标准，90年代末期，农网改造工程后，箱式变电站被广泛应用于10-110kV变电站，因易于深入负荷中心，适用于农村电网改造，可用于住宅等用地紧张地区中。随着智能电网建设加快，未来箱式变电站发展为采用体化智能开关柜，将一次断路器，电子式流动电压互感器与电网质量管理设备等集为一体，向模块化，操作方便，低成本等方向发展，实现自适应，支持动态在线整定，状态检修等。箱式变电站向智能化方向发展，应急移动式智能变电站诞生，变电站采用模块化制作，具有结构紧凑，装备完善等特点，随着我国经济高速发展，智能电网建设规划要求用电设备安全可靠，对智能箱式变电站市场需求扩大。

3智能箱式变电站设计

3.1箱式变电站结构设计。箱式变电站结构分为品字型与目字型排列，其外壳材质分为金属与非金属，设计选用GRC玻璃纤维增加工非金属外壳，具有耐腐蚀性强，使用年期长等优点。欧式箱式变电站结构分为变压器室，高低压室，主要由底座，隔板门等部分组成，底座与顶盖骨架由角钢焊接成。金属材料外壳通常有普通钢板等，金属外壳采用槽钢结构，壳体采用GG型双面钢板，钢板中间填充隔热材料，减少太阳辐射对变电站内温度影响。很多高档别墅区等在金属外壳外部装饰木板，使其与周围环境高度协调，顶盖通常为斜面设计，顶盖下四周设计百叶型通风孔，达到散热目的。废金属外壳采用新型复合材料，GRC复合材料是70年明的材料，用玻璃纤维为增强材料，采用喷射工艺加工制造。具有强度高，耐腐蚀等优点，新型复合材料制造非金属外壳具有壳体兼顾，抗暴晒，隔热性能好等优点。材料具有使用寿命长，经济美观等优点。在不同环境中通过不同形状瓷砖品走出不同图案。3.2箱式变电站智能终端设备设计。2010年电网公司提出建设智能电网规划，总体发展目标是建设特高压电网骨干网络购进，具有信息化，互动化特征的国际领先智能电网。全面覆盖传统电力系统所有领域。箱式变电站智能化是未来发展目标，箱式变电站实现信息共享，设备信息可实现网络化，未来将大力发展清洁能源，变电站智能化成为发展趋势。智能箱式变电站总体功能主要由过程设备与终端设备组成，变压器等监控模块将采集数据通过局域网传输到通信管理机，按后台制定规约将数据传输给管理站，管理站分析数据后作出响应判断，变压器非法打开时可通知管理人员，管理人员可第一时间处理变压器故障。设计提供变压器温控器有三路温度传感器，温控器带有RS485通信结构，实现变压器状态的远程在线监测，可通过短信报警功能通知管理人员变压器故障，变压器内部温控器利用监测变压器小室内温湿度，变电站内温度较高时，启动风机散热，湿度较大时启动除湿装置。箱式变电站产品安装在户外，高压操作电源通常由电压互感器提供，但因其输出额定容量较小受限，设计采用安装在箱式变电站外壳顶部的太阳能板发电。采用太阳能电源与PT电源自动切换供给操作电源。原理是逆变器将电池直流电逆变为交流电，白天太阳光强烈时多余电为蓄电池充电，太阳能控制逆变器控制光伏电池将太阳能转化为电脑，蓄电池通过逆变器将直流电转化为交流电。3.3配电监控系统设计。智能箱式变电站内部设计装配电监控终端，终端设备采集数据通过网络传输数据，管理站可通过监控管理平台监控箱式变电站电流，变压器运行情况，变电站内温湿度等。开关量变化时可通过手机短路平台通知管理员。配电监控系统可帮助用户实时了解设备运行情况，有利于提高电设备异常后的反应速度，节约维护成本，系统由智能采集单元，交互机，远程服务器等组成，系统客户端支持多账户同时使用，用户可通过手机短信手机数据采集器开关量报警情况。配电监控系统硬件由数据集中通讯器，管理站计算机组成。数据采集器采用STM32系列CPU芯片做中央处理器，ADM2483系列芯片做收发器，配合无线通信模块传输数据，配电监控系统由硬件数据采集器与软件平台组成。监控系统由收发设备与软件管理平台组成，数据收发设备主要是数据传输模块，由STM32系列CPU，LD03-10B05开关电源模块等组成，外部AC220电源通过LD03电源模块变换，外部输入的RS-485信号通过无线通信模块，通过移动网络传输数据。

4箱式变电站设计中注意问题

箱式变电站在农网建设中广泛应用，如某新建终端变电所采用三相双绕组调压力变压器，35kV架空进线一回，采用35kV真空负荷隔离开关与快速熔断器配合使用，降低造价，缺相运行时实现联动分闸，1电缆出线6回，35kV母线采用单线部分段接线形式，电压等级为35±5%/0.4kV。改进后箱式变电站结构简单，方便使用，设备成本低。增加电风扇，利于散热，在潮湿天气对箱体内空气加热，器件工作状态由单片机自动控制，依据温湿度传感器信息发出控制指令。增设工作状态指示灯，使检修人员快速了解变电站内部电气回路工作状态。《变电站设计规范》规定，二级耐火建筑物防火净距离为10m，其面对变压器等电气设备外墙，在设备总高加3m的范围内布设门窗时，墙与设备防火净距离不受限制。墙与设备防火净距离应大于5m。箱内一次系统采用单元真空开关，采用铝型装饰大门结构，间隔后设双层防护板，建议主变与箱体最小防火净距离采用10m。

5结语

箱式变电站具有运行操作灵活，分区设备更换维修方便，安装快捷，噪音小，占地面积小等优点。实现电力生产运行全方位监控，造价较低，随着城市配电网改造深入，将为用户带来更大的经济价值。近年来箱式变电站是农网建设的主要方向，其经济适用的优点被广泛推广应用，目前设计建设中存在检修空间较小等问题，其不足问题在未来发展中有待完善。

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作者:王中杰 单位:国网山西省电力公司设备管理