【正文】 華北電力大學(xué) I 摘 要 箱式變電站又稱戶外成套變電站，也有稱做組合式變電站，它是發(fā)展于 20世紀(jì) 60 年代至 70 年代歐美等西方發(fā)達(dá)國家推出的一種戶外成套變電所的新型變電設(shè)備，由于它具有組合靈活，便于運輸、遷移、安裝方便，施工周期短、運行費用低、無污染、免維護等優(yōu)點，受到世界各國電力工作者的重視。進入 20世紀(jì) 90年代中期，國內(nèi)開始出現(xiàn)簡易箱式變電站，并得到了迅速發(fā)展。 本課題的主要內(nèi)容包括箱式變電站的發(fā)展應(yīng)用，箱式變電站的結(jié)構(gòu)分類，以及箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計極其設(shè)備選型，二次系統(tǒng)設(shè)計，以及箱式變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)。 1000KVA 箱式變電站的設(shè)計高壓側(cè)額定電壓為 35kV，低壓側(cè)額定電壓為 10kV，主變壓器容量為 5000kVA。主接線采用單母線分段接線。 關(guān)鍵詞： 箱式變電站；結(jié)構(gòu)；一次系統(tǒng)；二次系統(tǒng)華北電力大學(xué) 2 第 1 章 緒論 供配電技術(shù)的發(fā)展 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，國家在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造中，要求高壓直接進入負(fù)荷中心，形成高壓受電 —變壓器降壓 —低壓配電的供電格局，所以供配電要向節(jié)地、節(jié)電、緊湊型、小型化、無人值守的方向發(fā)展，箱式變電站 (簡稱箱變 )正是具有這些特點的最佳產(chǎn)品，因而在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。 其次隨著社會發(fā)展和城市化進程 的加快，負(fù)荷密度越來越高，城市用地越來越緊張，城市配電網(wǎng)逐步由架空向電纜過渡，架桿方式安裝的配電變壓器越來越不適應(yīng)人們的要求。因此，預(yù)裝式變電站成為主要的配電設(shè)備之一。再次人們對供電質(zhì)量尤其是供電的可靠性要求越來越高，而采用高壓環(huán)網(wǎng)或雙電源供電、低壓網(wǎng)自動投切等先進技術(shù)的預(yù)裝式變電站成為首選的配電設(shè)備。 與此同時，由于信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化住宅小區(qū)發(fā)展，因此不僅要求箱變安全可靠，同時要求具有 “四遙 ”(遙測、遙訊、遙調(diào)、遙控 )的智能化功能。這種智能箱式變電站 (簡稱智能箱變 )環(huán)網(wǎng)供電時，在特定自主軟件配合下，能 完成故障區(qū)段自動定位、故障切除、負(fù)荷轉(zhuǎn)帶、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等功能，從而保證在一分鐘左右恢復(fù)送電。 箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點 箱式變電站的類型 箱式變電站有美式箱式變電站和歐式箱式變電站。美式預(yù)裝式變電站在我國叫做“預(yù)裝式變電站”或“美式箱變 ”，一區(qū)別歐式預(yù)裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負(fù)荷開關(guān)、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內(nèi)，構(gòu)成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對地的絕緣介質(zhì)。同時，安裝有齊全的運行檢視儀器儀表，如壓力計，壓力釋放閥，油位計，油溫表等。歐式預(yù) 裝式變電站以前在我國習(xí)慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個不同的隔室內(nèi)，通過電纜或母線來實現(xiàn)電氣連接。 華北電力大學(xué) 3 箱式變電站的結(jié)構(gòu) 美式預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)型式大致有三種： （ 1）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器共用一個油箱； （ 2）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內(nèi)； （ 3）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內(nèi)。 其中（ 1）型為美式箱變的原結(jié)構(gòu)，它的特點是結(jié)構(gòu)緊縮、簡潔、體積小、重量輕。（ 2）型和（ 3）型為（ 1）的變形。這種變型 的理論根據(jù)是：開關(guān)操作和熔斷器的動作造成的游離碳會影響整個箱變的壽命。由于采用普通油和難燃油作為絕燃介質(zhì)，使之既可用于戶外，又可用于戶內(nèi)，適用于住宅小區(qū)、共礦企業(yè)及各種公共場所，如機場、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等。 歐式預(yù)裝式變電站的總體結(jié)構(gòu)包括三個主要部分：高壓開關(guān)柜、變壓器及低壓配套裝置，其總體結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：一種為組合式；另一種為一體式。組合式布置是高壓開關(guān)設(shè)備、變壓器和低壓配電裝置三部分個為一室，即由高壓室、變壓器室和低壓室三個隔室組成，可按“目字型”或“品字型”布置，如圖 所示?！?目字型”布置與“品字型”布置相比，“目字型”接線較為方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置結(jié)構(gòu)較為緊湊，特別是當(dāng)變壓器室排布多臺變壓器時，“品字型”布置較為有利。 （ 1） （ 2） （ 3） (a)目字型布置 (b)品字型布置 圖 歐式預(yù)裝式變電站的整體布置形式 HV TM LV TM HV LV ZL LV TM LV HV HV LV TM TM TM LV LV HV HV 華北電力大學(xué) 4 箱式變電站的技術(shù)特點 箱式變電站的高壓室一般是由高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器和避雷器等組成的，可以進行停送電操作并且有過負(fù)荷和短路保護。低壓室由低壓空氣開關(guān)、電流互感器、電流表、電壓表等組成的。變壓器一般采用 S9 或干式的等。箱式變中的電器設(shè)備元件，均 選用定型產(chǎn)品，元器件的技術(shù)性能均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。為了可靠實現(xiàn)五防要求，各電器元件之間采用了機械聯(lián)鎖，各電器元件都安裝在有足夠強度和剛度的結(jié)構(gòu)上，以便于導(dǎo)線的連接。操作采用電動方式，不需另配電源，由 TV 引出即可。另外箱式變還都具有電能檢測、顯示、計 量的功能，并能實現(xiàn)相應(yīng)的保護功能，還設(shè)有專用的接地導(dǎo)件，并有明顯的接地標(biāo)志。此外為適應(yīng)戶外工作環(huán)境，箱式變電站的殼頂一般都采用隔層結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有隔熱材料，箱體底部和各室之間都有冷卻進出風(fēng)口，采用自然風(fēng)冷和自動控制的強迫風(fēng)冷等多種形式，以保證電氣設(shè)備的正常散熱，具有防雨、防塵、防止小動物進入等措施。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的箱式變的電壓等級：高壓側(cè)為 3 ～ 35kV、低壓側(cè)為 ～10kV 。變壓器的容量：當(dāng)額定電壓比為 35/10 、 6 、 kV 時可從幾百 kVA～上萬 kVA、當(dāng)額定電壓比為 6/ kV 時可從幾十 kVA～幾千 kVA。 箱式變電站有如下特點： （ 1）技術(shù)先進安全可靠 箱體部分采用目前國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，保證 20 年不銹蝕，內(nèi)封板采用鋁合金扣板，夾層采用防火保溫材料，箱體內(nèi)安裝空調(diào)及除濕裝置，設(shè)備運行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在－ 40℃ ～＋ 40℃ 的惡劣環(huán)境下正常運行。 箱體內(nèi)一次設(shè)備采用單元真空開關(guān)柜、干式變壓器、干式互感器、真空斷路器 (彈簧操作機構(gòu) )等國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先設(shè)備，產(chǎn)品無裸露帶電部分，為全 絕緣結(jié)構(gòu)，完全能達(dá)到零觸電事故，全站可實現(xiàn)無油化運行，安全性高，二次采用微機綜合自動化系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守。 （ 2）自動化程度高 全站智能化設(shè)計，保護系統(tǒng)采用變電所微機綜合自動化裝置，分散安裝，可實現(xiàn) 四遙 ，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，每個單元均具有獨立運行功能，繼電保護功能齊全，可對運行參數(shù)進行遠(yuǎn)方設(shè)置，對箱體內(nèi)濕度、溫度進行控制，華北電力大學(xué) 5 滿足無人值班的要求。 （ 3）工廠預(yù)制化 設(shè)計時，只要設(shè)計人員根據(jù)變電站的實際要求，作出一次主接線圖和箱外設(shè)備的設(shè)計，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號，所 有設(shè)備在工廠一次安裝、調(diào)試合格，真正實現(xiàn)變電所建設(shè)工廠化，縮短了設(shè)計制造周期；現(xiàn)場安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡(luò)、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其它需調(diào)試的工作，整個變電站從安裝到投運大約只需 5～ 8 天的時間，大大縮短了建設(shè)工期。 （ 4）組合方式靈活 箱式變電站由于結(jié)構(gòu)比較緊湊，每個箱體均構(gòu)成一個獨立系統(tǒng)，這就使得組合方式 靈活多變，我們可以全部采用箱式，即 35kV及 10kV設(shè)備全部箱內(nèi)安裝，組成全箱式變電所；也可以采用 35kV 設(shè)備室外安裝， 10kV 設(shè)備及控保系統(tǒng)箱內(nèi)安裝，這種組合 方式，特別適用于農(nóng)網(wǎng)改造中的舊所改造，即原有 35kV 設(shè)備不動，僅安裝一個 10kV開關(guān)箱即可達(dá)到無人值守的要求。 （ 5）投資省、見效快 箱式變電站 (35kV設(shè)備戶外布置， 10kV設(shè)備箱內(nèi)安裝 )較同規(guī)模綜自變電站(35kV 設(shè)備戶外布置， 10kV 設(shè)備布置于戶內(nèi)高壓開關(guān)室及中控室 )減少投資40％～ 50％。 （ 6）占地面積小。 箱式變電站與常規(guī)變電站的對比分析 箱式變電站（在 IEC 及歐洲稱為高壓 /低壓預(yù)裝式變電站）是一種集成化程度高，工廠預(yù)安裝、節(jié)能、節(jié)地的發(fā)展中設(shè)備與常規(guī)變電站相比，占地為 1/20，工期為 1/7，投資為 1/2。在國外應(yīng)用極度為廣泛，在西歐占變電站總數(shù)的 70%以上，美國為 90%。在我國應(yīng)用為 10%，是一種方興未艾的裝備。 三種類型的箱式變電站的特點如下 : （ 1）歐洲式：特點是防護性好，多了一個外殼，變壓器散熱不易，要降低容量運行； （ 2）美國式：特點是變壓器保持戶外設(shè)備本質(zhì)，散熱好，結(jié)構(gòu)緊湊，但是在我國 10kV電網(wǎng)系中性不接地系統(tǒng)，因此一相熔絲熔斷時不能跳開三相負(fù)荷開華北電力大學(xué) 6 關(guān)，造成非全相運行，危及變壓器及用電設(shè)備，并且不易實現(xiàn)配電自動化； （ 3）中國式：從歐洲式派生而來，結(jié)合中國用戶需 要改進而成，但是符合中國電力部門各種法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，可鉛封電能計量箱，無功補償，一應(yīng)俱全。 箱式變電站與常規(guī)變電站性能比較見表 。 表 序號 對比項目 常規(guī)變站 組合式（箱變）變電站 1 設(shè)計工作 需要土建、電氣二方面設(shè)計、工作量較大 土建工作僅一個安裝基礎(chǔ)，箱變本身有典型設(shè)計，只須根據(jù)用戶要求，作一些調(diào)整，設(shè)計工作也大為減少。 2 基建時間 6 個月以上 預(yù)先基礎(chǔ)做好以后，只需 46 小時就可以安裝完畢送電。 3 占 地 面 積（ 10kV為例） ≥ 100 一 般箱變 12m2 ZBW174m2 4 安裝地點和負(fù)荷中心距離 不能十分接近負(fù)荷中心，供電線路半徑較長，電壓降落及電能損失較高。 能貼近負(fù)荷中心，甚至直接置于建筑物處，供電線路半徑可以很短電壓降落及電能損失較少，提高了供電質(zhì)量。 5 生產(chǎn)方式 土建施工后，現(xiàn)場裝配。 大規(guī)模、工作化生產(chǎn)，質(zhì)量容量得到保證。 6 生產(chǎn)周期 7： 1 7 投資費用 2： 1 8 和環(huán)境協(xié)調(diào)性 和環(huán)境不協(xié)調(diào) 和環(huán)境協(xié)調(diào)一致 /ZBW17 高度 米 ,不擋視線 ,美化環(huán)境。 預(yù)裝式變電站是輸變電設(shè)備發(fā)展方向，由前 所述，我國應(yīng)用僅10%左右，而國外已達(dá)到的 7090%，所以預(yù)裝式變電站其社會效益顯著，市場前景廣闊。 箱式變電站的技術(shù)要求與設(shè)計規(guī)范 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《高壓 /低壓預(yù)裝式變電站》（ GB/T124671998），箱式變電站的技術(shù)要求與設(shè)計規(guī)范如下。 額定值 （ 1）額定電壓：對高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，按 GB/T 11022。對低壓開關(guān)華北電力大學(xué) 7 設(shè)備和控制開關(guān)設(shè)備，按 GB/T 和 GB 。 （ 2）額定絕緣水平：對高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，按 GB/T 11022；對低壓開關(guān)設(shè) 備和控制設(shè)備，按 GB/T 和 GB 。低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的最低額定沖擊耐受電壓至少應(yīng)為 GB/T — 1997 的表 1 中 IV 類過電壓的給定值。 （ 3）額定頻率和相數(shù)：按 GB/T 1102 GB/T 和 GB 。 （ 4）額定電流和溫升：額定電流按 GB/T 11022 和 GB 。高壓開關(guān)設(shè)備和控制開關(guān)設(shè)備的溫升按 GB/T 11022，低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的溫升，按 GB 。 （ 5）額定短時耐受電流：對于高壓開關(guān)設(shè)備和控制開關(guān)設(shè)備 ，按 GB/T 11022；對低 壓開關(guān)設(shè)備和控制開關(guān)設(shè)備，按 GB ；對變壓器按 IEC 765 和 GB 6450。 （ 6）額定短路持續(xù)時間：對高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，按 GB/T 11022；對低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，按 GB 。 （ 7）操動機構(gòu)和輔助回路的額定電源電壓：對高壓開關(guān)設(shè)備和控制開關(guān)設(shè)備，按 GB/T 11022；對低壓開關(guān)設(shè)備的控制設(shè)備，按 GB 。 （ 8）操動機構(gòu)和輔助回路的額定電源頻率：對高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，按GB/T 11022；對低壓開關(guān)設(shè)備的控制設(shè)備， 按 GB 。 （ 9）預(yù)裝式變電站的額定最大容量：預(yù)裝式變電站的額定最大容量是設(shè)計變電站時指定的變壓器的最大額定值。 設(shè)計和結(jié)構(gòu) 預(yù)裝式變電站應(yīng)設(shè)計成能夠安全進行正常使用、檢查和維護。 （ 1）接地：除按 GB/T11022，還應(yīng)符合以下規(guī)定。應(yīng)提供一條連接預(yù)裝式變電站的每個元件的接地導(dǎo)體。接地導(dǎo)體的電流密度，如用銅導(dǎo)體，當(dāng)額定短路持續(xù)時間為 1s 時不應(yīng)超過 200A/mm2，當(dāng)額定短路持續(xù)時間為 3s 時不應(yīng)超過125A/mm2；但其截面積不應(yīng)小于 30mm2。它的端部應(yīng)有 合適的接線端子，以便和裝置的接地系統(tǒng)連接。 （ 2）輔助設(shè)備：對于預(yù)裝式變電站內(nèi)的低壓裝置（例如