箱式变电站设计方案的优化与实现

杨吉龙

摘要：此文简单介绍了箱式变电站的发展进程，详细分析了智能箱式变电站的具体设计，并研究了设计中应该注意的问题。

关键词：箱式变电站;设计方案;优化

引言

箱式变电站是一种比较紧密的成套配电设备。它是将高压开关设备与低压开关设备以及无功补偿等设备通过相应的接线方案结合在一个或者几个箱体里的紧密的成套配电设备。高压侧额定电压适用于3.6kV-40.5kV，广泛运用在住宅小区与城市公用变以及施工电源等方面。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箱式变电站的发展

箱式变电站属于时代科技的物品，是20世纪90初从美国引入的，是土建变电站以后根据有关标准设计、研发的一种新型的配套装置。其最明显的优点就是运用可靠、节能、小巧、不需要维护等，其不但在城市电网改造上具有非常重要的作用，还为城市电网的创新提出了方向。

在20世纪90年代的时候，我国就已经在使用便捷式的变电站了，在接近21世纪的时候，在完成农网改造之后，箱式变电站就大量运用在了10-110kV变电站中，由于它容易进一步进入到负荷的中心，对于农村的电网改造有好处，而且可以使用在住宅等地面缺乏的地方。从箱式变电站研发使用到现在，其不断发展。伴随着我国现代化建设的不断进步，城市电网也随之创新改进，必将得到广泛应用。箱式变电站在工厂定制、由工厂安装检验完成，具有占地面积小，施工周期短，有效缩短供电半径，应用前景广泛等优点，受到越来越多电力企业的重视。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。随着智能电网的发展，未来的箱式变电站会使用一体化智能开关柜。一体化智能开关柜能够把一次断路器、电子式电流、电压互感器与电网质量管理设备等集成为一体，向模块化、易操作、低成本等方向发展，最终具备自适应、能够在线监测以及状态检修等[1]功能。紧急移动式智能变电站标志着箱变向智能化发展，变电站通过模块化制作的方式，具有结构紧凑，装备完善等特点。随着我国经济高速发展，智能电网需要安全可靠供电，对智能箱变的需求将不断扩大。

2智能箱式变电站设计

2.1箱式变电站结构设计

箱式变电站的结构一般为品字型何目字型这两种，其外壳材质分为金属与非金属，设计所使用的是GRC玻璃纤维，其具有耐腐蚀性强，使用时间长等好处。欧式箱式变电站的结构组成主要有变压器室，高低压室，通常由底座与隔板门等，底座与顶盖的骨架是角钢焊接在一起的。金属材料外壳一般为常见钢板等，金属外壳使用的是槽钢结构，壳体使用的是GG型双面钢板，钢板间填充隔热材料，以此来降低太阳辐射对变电站的温度影响。大部分高档别墅区等会在金属外壳的外面装上木板，使其与周围环境高度协调，顶盖一般会设计成斜面，顶盖下面的附近设计成百叶型通风孔，达到散热目的。废金属外壳采用新型复合材料，70年代研发的GRC复合材料，用玻璃纤维作为增强材料，运用喷射工艺加工生产。具有强度高，耐腐蚀等优点，新型复合材料在非金属外壳制造的过程中可以同时做到壳体兼顾，抗暴晒，隔热性能好等好处。材料具有使用寿命长，经济美观等好处。在不同环境中通过不同形状瓷砖品走出不同图案[2]。

2.2箱式变电站智能终端设备设计

2010年电网公司研发建设智能电网规划，整体的发展目的是建设特高压电网骨干网络购进，具有信息化，互动化特色的国际先进智能电网。包含以往电力系统的全部范围。箱式变电站自动化是后期发展的主要目标，箱式变电站实现信息共享，设备信息能够做到智能化，未来会大力研发清洁能源，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，变压器等监控模块把采集数据由局域网传输到通信管理机，根据后台的相关规定把数据输送到管理站，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，管理人员可最先解决变压器问题。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，完成变压器状态的远程在线监测，能够由短信报警告诉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，在变电站里的温度较高的时候，就会开启风机散热器，在湿度较大的时候会开启除湿装置。箱式变电站产品安装在户外，高压操作电源一般通过电压互感器来提供，但是因为它的输出额定的容量较小，在设计的过程中会使用安装在箱式变电站外壳上面的太阳能板来发电。运用太阳能电源和PT电源自动切换提供电能。原理是逆变器把电池的直流电逆变转换成交流电，在白天的时候通过太阳光给蓄电池充电，太阳能控制逆变器控制光伏电池把太阳能转变成电能，蓄电池由逆变器把直流电转变成交流电[3]。

2.3配电监控系统设计

智能箱式变电站的内部设计装配电监控终端，终端设备收集数据由网络输送数据，管理站能够由监控管理平台监控电流，温湿度等。开关量变化能够由手机短信平台告知管理员。配电监控系统能够让用户随时掌握设备运行的情况，其对提高设备的异常反应速度有好处，节约维护成本，系统通过智能采集单元与交互机以及远程服务器等构成，系统客户端可以同时允许多账户使用，用户可通过手机采集开关量报警情况[4]。

3箱式变电站设计中注意问题

箱式变电站在电网建设中广泛应用，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，运用35kV真空负荷隔离开关与快速熔断器一起使用，降低造价，缺相运行时完成联动分闸，1电缆出线6回，35kV母线采用单线部分段接线形式，电压等级是35±5%/0.4kV。改进后箱式变电站的结构简单，使用简单，设备投资小。增加电风扇，利于散热，在潮湿天气对箱体内空气加热，器件工作状态通过单片机来自动控制，根据温湿度传感器信息所发出的控制指令。增加了工作状态显示灯，使检修人员可以及时掌握变电站内部电气回路的工作情况。《变电站设计规范》明确指出，二级耐火建筑防火净距为10m，其面对变压器等电气设备外墙，在设备总高增加到3米的区域里布设门窗时，墙和设备防火间的距离没有明确规定[5]。墙和设备防火间的距离应该比5米大。箱内一次系统使用的是单元真空开关，采用铝型装饰大门结构，间隔后设双层防护板，最好使主变和箱體的最小防火间距保持在10米。

结束语

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。近年来箱式变电站是电网建设的常见趋势，其经济适用的好处被大量推广应用，目前设计建设中存在检修空间较小等问题，其问题在未来发展的过程中有待改进。随着电网智能化要求的不断提高，未来可通过开发智能化低压断路器以及完善视频监控系统对箱式变电站进行进一步升级。

参考文献：

[1]郭廷冬.箱式变电站温升试验方法研究[J].质量技术监督研究，2018（06）：41-44.

[2]王凯东，王宁，井永腾.基于热-流耦合的箱式变电站变压器室风路优化设计[J].变压器，2018，55（10）：1-5.

[3]王七五.浅析箱式变电站的优势及其生产设计中的要点[J].科学技术创新，2018（28）：162-163.

[4]钟佳松，张荣鹏，张海文，冯杏常，李燚，邱金玲.基于互联网通信的多功能箱式变电站终端[J].大众科技，2018，20（08）：20-23.

[5]白亚军，胡海志，宋立国.浅谈光伏（风力）发电用华式箱式变电站的设计[J].变压器，2018，55（04）：6-9.