新型预装式变电站在轨道交通建设中的应用研究

曾洁 陈德朕

摘 要：本文首先介绍了我国电力工业新材料、新技术、新制造的发展，节能、低噪声、智能配电变电站在轨道交通电网改造中的广泛应用。介绍了油浸式配电变电站、非晶铁心变电站（AMT）、干式变电站、SF6绝缘配电变电站、复合式变电站及其它类型配电变电站等不同类型配电变电站的应用现状和发展趋势，并从新材料、新结构方面进行了比较。

关键词：预装式变电站;轨道交通;应用探究

0 引言

随着城市化建设步伐的加快和改造，推进配电网的改造和建设，节能、节材、环保、低噪音配电变电站得到了广泛的开发和应用。近年来，国家电网公司广泛采用S11系列节能变电站作为新型配电变电站，并开始逐步推广S13、S15、S16系列。在“十二五”规划末期，国家电网公司将对S9系列及以下的所有配电网和高耗变电站进行改造。这些节能型配电变电站主要是由于采用了较薄的高渗透硅钢片或非晶合金铁芯材料，以及磁导率铁芯结构（如平面缠绕铁芯、三维缠绕铁芯）的多样化。

1 配电变电站的发展

（1）节能型油浸式配电变电站。油浸式配电变电站是目前配电变电站的主要产品，在低损耗、低噪声、高可靠性，特别是节能降耗方面取得了良好的效果。油浸式配电变电站按损耗特性分为S9、S10、S11、S12、S13、S15、S16（S15、S16为AMT）系列。S11系列变电站的空载损耗比S9系列低20%，S13系列变电站比S11系列低25%。S11及其以上系列最近在国家电网公司得到了广泛的应用。SBH15系列（AMT）逐步推广。国家能源局于2010年颁布了《轨道交通电网改造技术原则》。该原则作为改造升级的配套文件之一，具体指出节能环保是轨道交通电力改革的重要原则。根据这一原则，高中压配电网变电站应选用S11及其以上系列或AMT，这极大地促进了节能型配电变电站的应用。2012年，财政部、发改委和工业部联合发布了《高效节能配电变电站推广细则》。加快了高效节能配电变电站的推广。

（2）非晶合金配电变电站。上世纪80年代初，通用电气、EPRI和ES-EERCO联合制造了AMT。我国于1995年研制了非晶合金变电站原型。非晶态合金变电站自2000年开始逐步应用于电力系统。2011年，SGCC要求新应用的非晶态合金配电变电站不低于15%。变电站铁心材料的非晶态合金主要是以铁、镍、钴为主要原料，加入少量硼、硅，具有良好的铁磁性。非晶合金薄带的制造工艺与传统的硅钢薄带有很大的不同。硅钢片的制造工艺包括精炼、镍等，而非晶合金材料则是由液体以极快的速度冷却到0.027 mm 左右的合金薄带上。与传统的硅钢片相比，该工艺节约了6～8道工序，节约了约80%的能耗。此外，取向硅钢片的屈服率较低，仅为40%～50%，而非晶态合金屈服率可达90%。非晶态磁芯薄带具有软磁性能好、硬度高、耐蚀性好等特点。

（3）H级干式配电变电站。干式变电站以其低噪声、低损耗、免维护、高可靠性、无污染、抗燃烧、抗燃烧等优点，受到越来越多的关注和推广。广泛应用于地铁、机场和居民区。目前干式变电站主要有两种类型：一种是F类环氧树脂浇注干式变电站（ORDT），另一种是H类真空压力浸渍干式变电站（OVDT）。上世纪80年代末以来，中国从欧洲引进了先进的薄型绝缘ORDT 技术，现已在全国广泛应用。近年来，由于浸渍干式变电站采用真空压力浸渍（VPI）技术，并采用美国杜邦公司的NOMEX纸作为绝缘材料，浸渍干式变电站（作为NOMEX纸绝缘浸渍干式变电站）在我国开始试运行。

（4）三维环形铁心配电变电站。上世纪90年代，一些中国制造商开發了立体环形铁心配电变电站。卷铁芯变电站经历了信号相位、一维三相、三维三相的发展过程。S13型三维环形铁心配电变电站是用传统的硅或非晶合金材料制成的。正三角形的三维结构是由三个单芯盒组成，三个磁路的长度相同且最短。三相平衡，空载损耗低，谐波少，噪声低。与同容量的S13叠层结构变电站相比，可节省硅钢片20%以上的消耗，铜片2%～3%以上的消耗，空载电流下降50%以上，噪声降低4 db～6 db。南方电网公司在2012年广泛使用S13型变电站。与此同时，2012年10月，广东海鸿有限公司在世界范围内首次展示了三维创伤磁芯AMT。该产品突破了传统AMT的平面轧制铁芯结构。利用非晶磁芯的三维缠绕磁芯结构和低损耗特性，解决了传统AMT在噪声高、短路电阻低、体积大、材料使用量大等方面的瓶颈。新型节能三维环形铁心变电站的深入研究和开发成功，将有助于节能三维缠绕铁心技术的推广应用。立体超环面型芯的技术经济优势明显，但也存在一些固有的不足，如芯辊、退火、线圈加工所需的专用设备和工装模具较多，要求严格，投资大，效率较低。影响铁芯退火的因素较多，铁芯损耗系数的色散较大，退火后的过程也较多。由于变电站铁心绕组的三维环形铁心结构，给维护和维修带来了困难。

（5）SF6绝缘配电变电站。采用SF6气体绝缘的干式配电变电站在日本得到了广泛的应用，而在我国应用较少。其结构设计和制造工艺与传统油浸式变电站相似。阻燃性能最优越，但缺陷明显，如一旦制造工艺不好就容易泄漏。因此，变电站的制造工艺是制约变电站发展的重要因素之一。当制造工艺不能达到一定水平时，不应提倡开发这种变电站。

（6）组合变电站。美国箱式变电站称为预制变电站，国内又称组合变电站。组合式变电站最早是由美国研制的。而欧式箱式变电站又称组合变电站。欧式箱式变电站采用高低压开关柜和变电站的结构组成，所有设备均安装在金属外壳壳体内。箱体采用普通高压负荷开关、熔断器和低压开关柜，体积变大。美国箱式变电站在结构上与欧洲箱式变电站不同。从布局来看，低压室、变电站室和高压室不是一个头形布局，而是一个单独的布局。从结构上看，这种箱式变电站可分为前者、后者两部分：前者是高低压操作间隔，后者包括高低压操作端子、负荷开关操作手柄、空载稳压器开关、插入式熔断器、油位指示器等。后者是油箱和散热片，变电站绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变电站油箱。避雷器还采用油浸式金属氧化物避雷器。取消了变电站油枕，根据油气间隙定容原则设计了密封油箱，油箱和散热器由于没有散热问题而暴露在空气中。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器和出线断路器。美国变电站与欧洲变电站最大的区别是高压分区，美国变电站只有两种高压接线方式，环形网络（双电源）或终端电源。由于欧洲变电站的各种功能单元成为独立的，每个单元（高压、变电站、低压）可根据用户要求定制。美式变电站受高压的制约，而且体积小，功能灵活性远不如欧式变电站。但它比欧洲的变电站便宜得多。

2 结束语

节能型、小型化、卷铁芯和非晶铁心配电变电站是目前的主要变电站。而H级干式变电站和三维绕组式AMT是今后的发展方向。智能配电网的应用、电力电子新技术和动态无功补偿技术的发展，将直接影响配电变电站的安全经济运行。变电站行业将走上低碳化、经济化、可持续发展的道路。

参考文献：

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[2]严勤，曾洁，谢意.预装式变电站在地铁供电系统中的应用探索[J].电力大数据，2018，21（7）：88-92.