箱式变电所在配电系统中的应用与改进研究

王佩霞

摘要：箱式变电所具有供电质量好、减少损耗、投资较少、施工时期短、占地面积小、自动化程度高、运行安全可靠、选址灵活等特点，被广泛应用于港口码头、居民楼房、城市广场、建筑工地等地区。文章介绍了箱式变电所的结构以及电气主接线，通过分析箱式变电设备的选择方法，探究了箱式变电所在配电系统中的应用与改进。

关键词：箱式变电所；配电系统；供电质量；电力系统；电气主接线 文献标识码：A

中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2016）30-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.014

1 箱式变电所

箱式变电所是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按照合理的接线方案排成一体的工厂预测户外、户内、紧凑式配电设备，它的另一种叫法是预装式变电所，分为拼装式、一体式和组合式三种布置形式。箱式变电所将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，采用全封闭式运行的模式，是新崛起的变电站，很适用于城乡建设与改造，被广泛应用于配电系统之中，如矿山、工厂企业、油气田和风力发电站的配电系统中就使用了箱式变电所，如图1所示：

2 箱式变电所在城区配电系统中应用的优势

箱式变电所与土建变电站之间存在很大的不同之处，主要有如下两个方面：（1）箱式变电所在被使用之前需要经过规定的形式试验考核；（2）箱式变电所是在制造厂完成设计、制造并安装，并完成内部电气接线，这样大大地减少了工作量，工作人员可以节约大量时间从事其他的工作，提高工作效率，然后经过出厂试验的验证，保证了箱式变电所的质量。

箱式变电所的优势还体现在它的配套系统完善，体积小，占地面积少，送电速度迅速，适应环境的能力强，安装工程简单方便，降低对工作人员的要求，它可以长时间安全运行，耗费资金少，并且见效较快。在繁华市区安装箱式变电所，它的占用面积没有配电房的一半，甚至只有配电房的十分之一，工作人员可以减少劳动力的耗费。具体表现在以下五个方面：（1）对环境适应能力强。既可以用于环网供电系统，又适用于终端供电和双线供电方式，而且三种供电方式之间互换性很好，适用于电网的发展，对社会的发展也极其有利；（2）严格隔离箱体内部各室间，它的内部采用金属钢板分隔为高压开关室、低压开关室和变压器室；（3）箱式变电所具有防潮、易成形、隔热效果好、防冻、防裂、防燃等优点，它的外部材料是由非金属玻纤增强特种水泥制成，具有美观的外形，并与附近的建筑形成一体；（4）高压室的设计完善紧凑，可以防止操作失误，性能安全，操作简单，检测方便；（5）供电迅速稳定，常规变电站可以开始供电需要六个月以上的时间，而箱式变电所只需要预先做好基础，安装好就可以正常供电。

3 箱式变电所的缺点

3.1 存在火灾隐患

箱式变电所是密封性的自动运行，箱体存在火灾隐患，无人值守，监测人员不能及时发现问题，如果发生火灾，通风性差，不利于扑救火灾。

3.2 扩展程度小

因为箱式变电所的体积较小，出线间隔的扩展程度小，假如需要再增加出线间隔难度较大，需要增加箱体才可以做到。

3.3 检修难度大

箱式变电所由于考虑到制作成本以及箱变体积，在设计箱变时缩小了箱式变电所的检修空间，因此工作人员在进行设备检修或者事故抢修时，增加了检修难度。

4 箱式变电所电气设备的选择

4.1 选择合适的变压器

在应用箱式变电所的过程中，选择合适的变压器是最重要的一步，通常情况下箱式变电所应用的变电器是降压变压器，可以把10kV降到220V或者370V。不过对变压器的容量的要求并不严格，容量范围在50～1600kVA即可。我国大部分城区配电系统对变压器的容量范围的要求在80～630kVA之间。变压器的密封性要好，S11变压器的密封性与其他变压器相比，它的密封性比较好，工作人员会选择这种变压器，也可以选择其他的变压器，但要注意它的密封性，在运行的过程中噪音不能过大，质量好不需要经常进行维修，总之，整体性价比要高。当选择两台进行箱式配电时，即使一台配变发生故障需要维修时，而另一台配变仍可以保证对用户正常供电。

在电力系统中提供电能的发电机是需要按要求设计额定电压和额定电流的，电流和电压在发电机长期运行过程中不可以超过规定值，否则会损坏发电机或者缩短其使用寿命。因为发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，即当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cosΦ中的cosΦ=1，但是当负载为干性或容性时，cosΦ<1，发电机就没有得到充分利用。必须提高其功率因数，才能最大程度利用发电机的容量。电力系统中的输电部分输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cosΦ，因为I=P./V/cosΦ，所以Pl=R*P./V/cosΦ（V是负载端电压的有效值）。从上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cosΦ会降低输电线上的功率损耗。

4.2 几种配变经济分析比较

选择美式箱变后，箱式变电所配变的技术特点对整个低压电网的电压质量、经济效益和供电可靠性都有举足轻重的影响。S9系列变压器和SH非晶态系列变压器在S7系列变压器被国家明令淘汰后是当前国产最新的节能变压器，S9变压器与现行国家标准GB/T 6451-1995的规定值相比，总损耗下降了15%～25%，而国产SH非晶态合金变压器的空载损耗与现行国家国标GB/T 10228-1997规定数值相比降低了3/4，仅为S9同容量变压器的20%。由于居民用电较少，所以轻载运行时间长，年空载损耗占变压器总损耗比重较大，SH型非晶态合金变压器与居民的用电特点相符合，节能效果显著。

综合上述分析，SH型非晶态合金变压器比S9型变压器节能效果更好，尽管SH型变压器前期投资较大，但是因为节能效果好，所以可以在3～6年内回收投资差额，在11～12年即可收回变压器成本费，因此SH型非晶态合金变压器为最优选择。

5 箱式变电所的生活应用

5.1 箱式变电所的使用环境

箱式变电所的环境适应能力强，它正常运行的环境满足以下要求即可：海拔高度不超过1000m；空气相对湿度不超过90%；户外风速不超过35/s；没有火灾或化学腐蚀的现状。

5.2 箱式变电所安装地点的确定

为了不影响周边建筑和街道的美观，箱式变电所应该安装在楼房中间的地面上比较好，同时为了防止积雨水，箱式变电所需要高出地面0.3m左右。

6 供电系统运行需要注意的问题以及改造方案

6.1 供电系统运行需要注意的问题

国外已普遍使用箱式变电所，我国也在逐步使用它。我国的人口数量庞大，所以我国的箱变市场广阔，但应用箱式变电所需要解决好以下问题：在普通地区可以采用价格比较便宜的空气绝缘箱式站，但是对于气候条件和地理条件特殊的地方并且有特殊安全可靠的场所则要采用SF6绝缘开关设备。必须解决好环网供电系统的封闭式电缆插接件问题，着重注意高压室和低压室的凝露问题，防止闪络放电；要防止变压器室因为发热而影响变压器出力；考虑在壳体上安装故障电弧限制器、防爆膜盒、电力开关系统和电子智能保护系统，以便防止因内部故障而引发壳体爆炸；对于SF6绝缘开关设备还要逐步加装“气体监测装置”。注意选择使用整体性能好并且安全度高的元件，比如高压开关、变压器和低压开关这些元件，必须选择质量和性能都好的产品，这样的智能箱变可靠性才会提高。

6.2 供电系统运行改造方案

6.2.1 部分采用箱变的地区交通不太方便或者建设箱式变电所的空间较小，因此在设计箱变时不能忽视运输条件。假如常规产品不符合运输要求时，可以设计新箱变模式，比如可以采用拼装式（组合式）箱变模式。

6.2.2 配装烟雾报警系统，把报警信号上传到调度所，实行二十四小时监控，加强对低压断路器的智能化研究，使其实现触头温度监测、触头损坏自动报警和状态检修。

6.2.3 采用视频监控系统，通过对箱式变电所的情况进行准确监控，实现对箱式变电所更加直观的了解和监控，可以及时检修变电站的故障，减少损失。

6.2.4 把大的主设备元器件设计成抽出式，有利于设备的维修，依据国家的箱变设计标准，通道的宽度要大于800mm，对于低压箱变或者小型箱变可以将它设计成箱外检修箱内操作的模式。

6.2.5 在设计箱式变电所时，应该充分考虑用户二期设备施工的方便性，在箱式变电所内预留二期装备位置。

6.2.6 可以采用“回水沿”和对接盖板的相互重叠原理的结构件的设计，在箱体顶部对接处和测立柱对接处分别采用不同的结构件进行锁接，在此部分需要进行防锈处理，以此保证对接处的防水要求，同时可以在箱体顶部对接盖板处和箱体对接立柱处采用“神马”专用密封条进行镶边、压接后进行锁接。

7 结语

虽然箱式变电所行业在我国产生的时间较久，但是箱式变电所行业的发展仍然不乐观，箱变的利用率很低，与发达国家的70%～91%相比相差甚远，箱变的应用率不足配变的6%，对此我国箱变行业应该注重技术的研究和创新，提高箱变的利用率，节约能源。随着城市化进程的不断加快，城乡用地逐渐变得紧张，能源短缺，电的负荷密度越来越大，电网也由架空变为电缆，旧的配电变压器已经不能很好地满足人们生活的需求，因此配电系统应采用小型化和环保型箱变，既满足了供电需求，又可以节约能源，美化环境。

参考文献

[1] 周捷，宋云翔，徐劲松，张长银.直流牵引供电系统的微机保护测控探讨[J].电网技术，2002，（12）.

[2] 赵丽敏.箱式变电站在上海城轨的应用与分析[J].现代城市轨道交通，2007，（3）.