箱式变电站浅析.docx

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箱式变电站浅析

箱式变电站浅析

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赛尔电气应用　时间：

2010-06-13　

1概述　

上世纪八十年代中期起，我国陆续从法国和德国等欧洲国家进口了部分预装箱式变电站（俗称“欧式箱变”），1995年又从美国引入组合式变压器（即“台置式变压器”，俗称“美式箱变”）。

在产品进口和技术引进之后，经各地推广应用，总结改进，自行研发，经过十几年的改进和国产化之后，陆续生产出各种符合我国供用电法规要求的箱式变电站，完全适合我国的国情，使其既具有进口产品的先进技术性能，又符合我国有有关规范和法规的规定。

由于箱式变电站作为变配电设施具有占地面积小、建设周期短、操作方便等优点，广泛应用于景观照明、道路照明、住宅小区、工地、机场、码头、车站、广场、工矿企业、体育场馆临时用供电等户外场所，发展迅猛，已经成为我国变配电设备的主流产品之一。

为了使箱式变电站得到正确选择和合理地应用，有必要对其做全面的了解。

2箱式变电站的定义

　　箱式变电站被定义为经过型式试验的，用来从高压系统向低压系统输送电能的设备。

它包括装在外壳内的变压器、高压和低压开关设备、电能计量设备和无功补偿设备、连接线和辅助设备。

该类型的变电站安装在公众易于接近的地点，应依照规定的使用条件来保证人身安全和用电安全。

为此，箱式变电站除了规定的特性、额定值和相关的试验程序外，还特别注意到对人身保护的规定。

这种保护由采用通过型式试验的元件以及合理设计和外壳的结构来保证。

　　箱式变电站，在国家标准（GB/T17467-1998）中的正式名称是“高压/低压预装式变电站”，在国家电力行业标准（DL/T537-2002）中称为“高压/低压预装箱式变电站”（简称“箱式变电站”）。

　　3箱式变电站的组成与使用条件

　　3.1组成与功能

　　箱式变电站是由高压开关设备、电力变压器、低压开关设备、电能计量设备、无功补偿设备、辅助设备和联结件等元件组成的成套配电设备，这些元件在工厂内被预先组装在一个或几个箱壳内，用来从高压系统向低压系统输送电能。

3.2适用场所与使用条件

3.2.1适用场所

　　箱式变电站的电压等级为高压6～35kV，低压220/380V，三相交流，50Hz。

额定容量为30～1600kVA。

箱式变电站中的变压器分干式和油浸两种。

大多箱式变电站安装在室外，也可以安装在室内。

箱式变电站是既可用于高压环网供电，也可以用于高压终端供电的变电站，便于深入负荷中心，提高供电质量。

箱式变电站具有成套性强、体积小占地少、安装方便、投资省、建设周期短等优点。

最近十几年，箱变在我国发展迅猛，被广泛应用在城市电网改造、住宅小区、工矿企业、宾馆、医院、机场、公园、公路及铁路等户外场所。

3.2.2使用条件

（1）海拔高度不超过1000m。

（2）环境温度：

最高温度40℃，最高日平均气温不超过35℃。

最低气温-25℃。

　　（3）相对湿度：

25℃时，日平均值不超过95%，月平均值不超过90%。

（4）户外风速不超过35m/s。

（5）地面倾斜度不大于3º。

　　（6）阳光辐射不得超过1000W/m2。

　　（7）安装地点无爆炸危险、火灾、化学腐蚀及剧烈振动。

当与上述正常使用条件不同时，由用户与制造厂协商解决。

（8）地震烈度8º。

　　3.3设计与选型引用的主要标准

工程设计和选用产品应遵循的主要标准见表1

　　表1设计和选用箱变应遵循的主要标准

　　4箱式变电站的类型与特性

　　4.1箱式变电站的分类

　　箱式变电站按结构型式分为“组合箱式变电站”和“预装箱式变电站”两大类。

国产的“组合箱式变电站”与“美式箱变”在结构型式上比较接近，国产的“预装箱式变电站”与“欧式箱变”在结构型式上比较接近，但彼此都有不同之处。

　　4.2组合箱式变电站

　　组合箱式变电站以下简称“组合式箱变”就是我国机械行业标准JB/T10217规定的“组合式变压器”。

该标准定义组合式变压器是将变压器器身、开关设备、熔断器、分接开关及相应辅助设备进行组合的变压器。

组合箱式变电站是我国吸收“美式箱变”技术，并进行多项重大技术改进后自行开发的系列产品。

4.2.1主要技术特性

（1）组合式箱变将变压器器身、高压负荷开关、高压熔断器等电器元件安装在密封的变压器油箱体内，利用变压器油（矿物油、难燃油）作为整个产品的绝缘介质和散热介质。

既具有变压器外壳在大气中直接散热，充分发挥油浸自冷式变压器的优点，又有结构紧凑、体积比预装箱式变电站小、安装方便的优点。

（2）组合式箱变的箱体是由密封的油箱与封闭的高、低压室所组成的组合体。

其高、低压室是借助于油箱壁，采用钢板将高、低压电缆接线和电器元件的操作、控制部分封闭起来的空间。

高压室与低压室之间采用金属隔板隔开。

　　组合式箱变的结构分为前、后两个部分，前部为高压室、低压室，后部为油箱，呈“品”字形。

高压室设有高压端子、负荷开关、无载分接开关、插入式熔断器、压力释放阀、油温计、油位计、放油阀及接地排。

低压室设有低压端子、低压主开关及少量支路开关。

油箱中有变压器、高压负荷开关、保护用熔断器、无载分接开关的转换触点。

　　（3）由于组合式箱变的高、低压室内不放置成套高、低压开关柜和无功补偿柜，箱体不存在“铁柜子套铁柜子”的现象，因此具有结构紧凑，体积小占地少的明显优点。

但由于低压室较小，只能安装4～6路出线开关，这也是组合式箱变的不足之处。

现在有的生产厂对其低压室进行适当扩大，以满足客户对增多出线开关、加装无功补偿和电能计量装置的要求。

使组合式箱变的结构型式除有“品”字形外，也有“目”字形，有逐渐向预装式箱变演变的趋势。

　　（4）箱体为密封结构，充分考虑了防水、耐磨、防紫外线照射、安全性和操作方便的要求。

高、低压室防护门之间设有机械联锁，只有当低压室的门打开之后，才能打开高压室的门。

（5）高压端子配有套管，用于连接具有负荷开断能力的肘型电缆插头，套管与肘型电缆插头相接，将带电部分密封在绝缘体内，形成全绝缘结构，端子表面不带电（地电位），能可靠保证人身安全。

肘型电缆插头可以在变压器满负荷情况下带电插拔，因此，肘型插头也可以作为负荷开关使用。

　　（6）组合式箱变由后备保护熔断器和插入式熔断器串联提供保护。

后备保护熔断器是限流熔断器，安装在箱体内部，只在箱体内部发生故障时才熔断，保护高压线路。

插入式熔断器是油浸式熔断器，在变压器低压侧发生短路故障、过负荷及油温过高时熔断，主要用来保护组合式变压器。

插入式熔断器熔断后，可以在观场很方便地更换熔丝。

　　（7）油浸式负荷开关是三相联动开关，带有弹簧操作机械，可以完成负荷开断和关合操作。

负荷开关分两位置和四位置两种，分别用于单路、双路和环网高压配电系统。

　　（8）可根据工程需要在箱变上安装肘型全绝缘金属氧化锌避雷器，可以插拔，安装方便。

　　（9）组合式箱变只能采用油浸变压器，不能采用干式变压器，这是与预装式箱变的显著区别。

组合式箱变一般采用S9-M型油浸变压器，其绕组和铁心与高压负荷开关、高压熔断器等器件共箱油浸或分箱油浸。

　　（10）组合式箱变按油箱结构一般可分为共箱式和分箱式：

　　①共箱式一般为高压电器元件与变压器器身共用一个变压器油箱。

　　②分箱式一般把负荷开关等高压电器元件单位独置于一个油箱，而其他高压电器元件与变压器器身置于另一个油箱，两个油箱间油路不通。

通常这两个油箱上下放置，前者为上油箱，后者为下油箱。

　　4.2.2对“美式箱变”的改进

组合式箱变（组合式变压器）是在吸收“美式箱变”技术的基础上，结合我国国情进行多项重大改进之后，自行开发出来的成套变电站设备。

现对“美式箱变”改进的必要性和改进的主要内容简述如下：

（1）“美式箱变”本身并不具备“变电站”的全部功能。

它的低压出线仅在低压室留有4个接线端子，不带低压开关回路，在美国实际应用时通常要在户内另配一个低压柜。

在我国是由国内生产厂在箱变的低压室加装出线开关，由于箱体空间有限，只能安装大约4个出线开关，这很难满足用户对出线回路数量的要求。

因此，“美式箱变”必须调整箱体空间，增设低压开关数量，以满足用户的工程需求。

（2）“美式箱变”不具备低压无功补偿功能和高压计量功能。

根据我国供用电规则和电力行业的规定，必须按实际工程需求加装无功补偿装置和高压或低压计量装置，才能投入电网运行。

加装时通常不是在箱变的外边另配一个无功补偿柜和计量柜，而是加装在箱变的高、低压室，这就要求相应扩大高、低压室的空间，改进高、低压室的设备布置。

（3）美国的10kV电网为中性点接地系统，变压器采用YNyn联结，铁心为三相五柱式;而我国的10kV电网一般为中性点不接地系统（目前北京市四环路以内的10kV级配电网已由消弧线圈接地改为10Ω电阻接地），变压器采用Dyn11、YynO联结。

因此，“美式箱变”必须进行改进，才能适用于我国10kV中性点不接地电网系统。

　　（4）“美式箱变”主要是GE和Cooper（固珀）产品，执行的是美国ANSI标准，与中国的GB标准和国际IEC标准存在一定的差异。

例如：

　　①ANSI标准中的10/0.4kV变压器标准容量（kVA）为75，112.5，150，225，300，500，750，1000，1500，2000，2500。

这与GB标准有差异，国内用户必须重新核算连接进口“美式箱变”的上级高压开关和下级低压开关的额定值和整定值。

　　②在变压器的阻抗电压（Uk）值方面，ANSI标准与GB标准也有较大差异，这使进口“美式箱变”只能单独用于终端变电站，不能与国产变压器并列运行。

　　③按ANSI标准生产的“美式箱变”，10kV高压侧工频耐压值为34kV，达不到GB标准规定的不小于35kV的要求。

　　（5）进口“美式箱变”的噪声水平为54～60dB，比国产油浸变压器高。

我国规定组合式变压器的噪声级不得大于55dB，“美式箱变”必须优化其结构才能满足我国的环境要求。

　　因此，进口的“美式箱变”不经过改进，在我国是不适用的，目前改进后的“美式箱变”结构已趋向欧式化。

实践证明，国产组合式箱变是完全适合我国国情的箱式变电站。

4.2.3产品技术资料

（1）产品型号

举例：

共箱组合式变压器、三相、低压采用铜箔式烧组、铁心采用非晶合金、一般变压器油、额定容量500kVA、高压接线方案为环网型、电压等级10kV、产品性能水平代号为10，该产品的产品型号为：

ZGSBH10—H—500/10。

（2）基本技术参数

　　组合箱式变电站的主要技术参数见表3

　　表3组合箱式变电站主要技术参数

　　（3）ZGS□—Z、ZGS□—H组合箱式变电站，共箱式有“品”字形与“目”字形布置方式。

一般“品”字形布置用于低压出线回路少的场所，“目”字形布置用于低压出线回路较多的场所。

他们都是将变压器铁心、高压负荷开关和熔断器等共箱布置，体积小，安装方便。

其高低压概略图、外形尺寸及布置图见图1、图3。

　　（4）ZGS□—Z、ZGS□—H改进型组合箱式变电站，分箱式由上油箱（高压负荷开关等电器）、下油箱（变压器器身及其他高压电器）、操作室、低压件组成。

体积小、造价低。

其高低压概略图、外形尺寸及布置图见图4、图5。

　　图1ZGS□-Z-□/10、ZGS□-H-□/10组合式箱变概略图

　　图2ZGS□-Z-□/10、ZGS□-H-□/10组合式箱变（品字形）外形布置图

　　图3ZGS□-Z-□/10、ZGS□-H-□/10组合式箱变（目字形）外形布置图

　　图4ZGS□-Z-□/10、ZGS□-H-□/10组合式箱变（改进型）概略图

　　图5ZGS□-Z-□/10、ZGS□-H-□/10组合式箱变（改进型）外形布置图

　　4.3预装箱式变电站

　　预装箱式变电站（以下简称“预装式箱变”），是在“欧式箱变”的基础上根据我国供用电规则对“欧式箱变”完善后的产品。

我国生产的预装式箱变，由于一开始就有供电部门参与，所以它符合我国国家标准GB/T17467-1998（等效采用IEC1330-1995）和电力行业标准DL/T537-2002的规定，完全适合我国的国情，除具有“欧式箱变”的功能外，计量、无功补偿、通风等功能亦样样具全。

实践证明，预装式箱变是具有变电站全部功能的理想箱变。

4.3.1主要技术特性

（1）预装式箱变的组成

　　预装式箱变是由高压开关设备、变压器、低压开关设备和外壳组成，并由工厂预先装配完成的变配电成套设备。

箱变的箱体内分成高压室、变压器室和低压室三个功能隔室，且高压室和低压室功能齐全。

预装式箱变有三相也有单相，一般用于户外，也可用于户内。

（2）高压开关设备

　　①所有高压开关设备都集中设置在独立的高压室内，与变压器分室安装，这是与组合式箱变的明显区别。

　　②高压开关设备一般选用GA、GE系列SF6气体绝缘环网组合开关柜，RM6、RGC、8DJ20、SC6等型环网单元柜，XGN、HXGN型负荷环网柜等进口或国产成套开关柜。

高压开关设备可根据用户一次结线方案的要求进行配置，适用于终端、环网、双电源多种供电方式。

　　③预装式箱变一般选用高压负荷开关—熔断器组合电器，由高压负荷开关开断正常负荷电流，由熔断器开断短路及过载电流。

这种组合是预装式箱变操作及保护电器的首选。

这类电器有国产的，也有进口的。

　　④根据设计要求可安装高压计量装置。

　　（3）变压器

①预装式箱变的变压器单独安装在变压器室，与高压开关设备不共箱安装。

而组合式箱变的绕组和铁心是与高压负荷开关、熔断器等器件共箱或分箱油浸的。

这也是预装式箱变与组合式箱变的明显区别。

②预装式箱变一般选用S9-M～S12-M系列全密封油浸变压器和SH11、SH12、SH11-M、SH12-M系列非晶合金铁心全密封油浸变压器，或采用SC、SG系列干式变压器，SG系列为NOMEX绝缘非包封线圈干式变压器。

有的普通预装式箱变还可选用S9～S12型变压器。

　　③预装式箱变可根据环境条件和过负荷运行情况，加装通风机和温控温显装置。

（4）低压配电装置

　　①预装式箱变的低压室一般大于组合式箱变的低压室，能安装较多的出线开关。

低压室配电装置可根据用户的不同要求进行设计，并可安装低压计量和无功补偿装置。

②低压室内开关设备可以采用面板装或柜装形式。

柜装时宜选用专为箱变设计的结构紧凑、体积小的低压柜，这种低压柜均为板前操作与维护，以尽量减少箱变的外形尺寸。

　　③低压配电装置的元器件可以是国产的，也可以是进口的，根据用户的不同要求进行设计。

　　（5）附加装置

　　箱变根据用户要求可配置变压器风机和温控温显装置。

也可配置箱内照明系统。

根据环境条件要求还可以加装凝露控制系统。

用于路灯照明的箱变可加装光控时控装置。

（6）预装式箱变的主要型式

　　①按箱体结构的型式可分为紧凑型、普通型和智能型。

紧凑型箱变由高压（环网柜）室、变压器、低压室三个功能单元组成、成套性强、结构紧凑、占地少、节能、造价低。

执行DL/T537-2002标准。

其产品型号有DXB□/10、YB□/10等。

DXB□/10是电力部安生司委托龙源电力研究所组织联合设计开发的系列产品。

　　普通型箱变是将高压柜、低压柜和变压器，套装在较大箱体内，组合方便，但体积大份量重。

变压器罩在外壳内，需设机械通风。

按GB/T17467-1998标准归口管理。

其产品型号较多，有ZBW□/10系列等。

　　智能型箱变由高压、低压、变压器、计量单元及智能系统组成，成套性强，体积较小、占地少。

采用基于Profibus-DP协议的现场总线，来实现智能化终端的功能。

其产品型号有XBZ1□/10、YBM（P）14、YBM（P）27系列等。

　　②按安装方式可分平置型、沉箱型和地埋型三种（即箱变在地面上、部分在地面下和全部在地面下）。

其中地埋型箱变是一种预制式地下箱式变电站，对改善地面环境有利，但通风与防水措施复杂、施工安装工程量大，目前很少采用。

　　4.3.2对“欧式箱变”的完善

（1）“欧式箱变”基本具备变电站的功能，但缺少计量功能和无功补偿功能。

根据我国供用电规则的要求，进口“欧式箱变”都必须由国内厂商进行加补，才能进入电网运行。

我国生产的预装式箱变出厂时均具备计量和无功补偿功能。

（2）“欧式箱变”遵循的是IEC-1330标准，变压器在箱体内采取自然通风冷却。

在正常使用条件下，变压器在外壳内的温升与同一台变压器在外壳外的温升之差值，IEC-1330和GB/T17467标准都明确规定了箱变外壳的级别有10、20和30三种，分别对应于上述条件下的10k、20k和30k变压器在箱壳内、外的最大温升差值。

由此可见，若仅采取自然冷却，箱变的负载能力必然小于内装变压器的容量。

因此，为了避免降容使用，完善后的“欧式箱变”和国产预装式箱变，都普遍采取在重载时进行强迫风冷的措施。

　　（3）“欧式箱变”整台体积小，高度一般不超过1.6m，不挡视线。

但在国产化之后，由于有的生产厂选用的成套柜或元器件体积偏大或根据用户要求选用的变压器体积较大，使得整台箱变的体积较大，为了将箱变在地面以上的高度控制在不挡视线的范围内，因此将箱变的底部做成船型槽半埋到地下（即“沉箱型”），以达到良好的视野效果。

　　4.3.3产品技术资料

（1）产品型号

　　预装式箱变的型号较多，现仅列出以下两个常用的型号：

（2）有关产品资料

　　①YB系列预装式箱变技术数据见表4。

②YB系列预装式箱变变压器容量与一、二次电流及高压熔断器、低压断路器参考选择见表5。

　③YBM系列预装式箱变外形尺寸参见图6。

④DXB系列预装式箱变技术数据见表6。

⑤DXB系列预装式箱变外形尺寸参见图7。

⑥ZBW系列预装式箱变外形尺寸参见图8和9。

　　⑦预装式箱变高低压概略图见10。

制造厂可依照用户的需求，提供其他高低压一次方案图。

5箱式变电站选用要点

（1）根据工程用电负荷的重要性及建设地点的高压电源确定箱式变电站的高压进线电压等级。

（2）根据工程所在地电网系统的短路容量、线路阻抗等参数进行短路电流计算，以便确定供电元件（如：

高、低压断路器、高压负荷开关、高压熔断器等）选型的具体参数和型号，并进行相关的校验。

　　（3）进行负荷计算，并考虑适当余量后选择变压器的容量。

　　（4）根据用户情况和环境条件选择合适的变压器类别（普通油浸变压器、密封式油浸变压器、干式变压器等）。

　　（5）根据负荷情况选择恰当的低压出线回路数，确定低压断路器的容量，并预留适当的备用出线回路。

　　（6）选择站址时应尽量靠近负荷中心，减少进出线电缆的长度，并应考虑便于进出线，便于维修及不影响景观环境等因素。

　　（7）根据安装环境条件采取防止水淹的措施。

　　（8）做好接地装置的安装。

　　（9）基础做法与设备安装应满足所选用箱变产品资料的要求。

信息来源:

　　（10）箱式变电站的土建施工与设备安装宜参照国家标准图集《室外变压器安装》（04D201-3）中“预装式变电站”的做法。

　　6结束语

　　本文仅为笔者对箱式变电站设计和选用议题方面的粗浅看法，整理出来与同行们交流和供业内人士参考，不当之处请予指正。