预装式箱式变电站设计技术要点分析

上海电力设计院有限公司 毛姝旻

预装式箱式变电站是一种小型的配电设备，其将高电压受电开关设备、低压配电设备和配电变压器按照特定的接线方法组合在一起。该装置具有线损小、自动化和集成化程度高以及送电周期短等诸多特点，其能使居民社区、乡村变电所的施工起到很好的效果。

1 箱式变电站的功能

1.1 技术具有较高的可靠性和安全性

在箱式变电所的壳体上，大部分是使用国内最先进的技术和制造方法制造而成，壳体以镀铝锌钢板为主体，内部结构是按照标准化的容器结构和生产流程来实现的，使得箱式变电站的整体结构具有较强的耐腐蚀性；箱内封面板采用铝合金搭扣材质，中间层采用阻燃隔热材料。箱内装有可自行调整的空气调节及除湿设备。避免客观环境对箱体造成损伤，确保在-40℃～+40℃环境下，箱式变电站的安全性、稳定性和节能性[1]。变电站箱内，主要由各种设备构成，如单元真空开关、干电压互感器和真空断路器等。而且各种设备都进行了绝缘处理，无外露的带电部件，完全符合国内“零过电”要求。这样整个电厂都能达到无油自动操作的功效，并且两套装置的一体化、自动化程度也更高。应用自动化和集成化功能能够明显减少变电设备的维护工作量，从而实现无人值守的效果。

1.2 箱式变电站组合灵活

由于箱式变电所的内部构造比较紧密，并且每个间隔都是单独的一体化的设计，因此，在使用过程中，箱式变电所能够根据具体的条件灵活地进行组合[2]。设计人员可以将高压侧和低压侧全部设置在箱体内部，从而组装成全部密封的变电站，同时，设计人员也可以结合实际需求将高压侧安装到外部。

1.3 箱变辐射小

箱式变电站中变压器放置在金属箱内部，箱体可以实现辐射隔离的效果，图1所示的箱式变电站金属箱能够有效隔离电磁辐射。而且现代欧式箱变本身具有丰富的功能，在建筑用电和铁路设计中，欧式箱变已经成为首选设备。

图1 箱式变电站金属箱

2 箱式变电站内部元件选型的技术要点

在箱变装置的选用上，应该重点考虑高压端受电装置和低压配电网，在高压受电装置的选用上，可以使用高压负荷开关和熔断器结合电气的方法来代替常规的高压断路器，这种方法可以显著提高企业的整体投资效率[3]。在低压配电部分的选取上，应当将配电柜、联络柜和补偿柜等单独地进行组合，现在国内的箱式变电所的内部一体化程度比较高，其配电网络通常是星形的，若将其直接接入到电网中，会导致网络的拓扑结构随之改变，就会引起继电保护的失效。从实际使用情况来看，采用三段式过流保护无法对线路中的短路电流进行准确判断，造成线路误动或拒动。此外，电网中的继电保护设备极易产生“孤岛”效应，当电网短路时，可能会造成电网的自停，从而对负荷造成影响。

3 箱式变电站的技术要点

3.1 高压受电设备的选择要点

中小规模容量的电力用户占我国比重较大，在设计10kV 箱式变电站时，选择高电压负荷开关加熔型复合电器作为替代，可以有效提高整体投入效率。高电压负荷开关的作用是开断正常的负载电流，以降低出现开断短路电流的可能性。同时，熔丝能够高效阻断电网短路电流，解决电网稳定性和安全性的问题。

相比之下，与“高压负荷开关+熔断器”相比，高压断路器的组合电气设备成本更高、体积更大[4]。因此，在10kV 箱式变电站设计中，选择高电压负荷开关加熔型复合电器，不仅可以提高投入效率，还可以降低成本和减小设备体积。这种设计可以更好地满足电网的运行需求，并保证电网的稳定性和安全性。

总之，高电压负荷开关加熔型复合电器是一种有效的设计方案。其能够完成对电网基础负载电流的开断，并能高效解决电网故障短路电流的问题。与高压断路器相比，高电压负荷开关加熔型复合电器具有更低的成本和更小的体积，且更适合在10kV箱式变电站中使用，从而提高整体的投入效率。在变电站设计中，应用高压断路器将会占用较大的空间，而且箱式变电站的内部结构本身紧凑，体积较大的高压断路器很容易对箱式变电站的内部结构造成明显影响，因此在箱式变电站中，采用高电压负荷开关+熔断器的组合电气装置是一种较好的选择。

3.2 低压配电的技术要点

配电房是保障箱式变电站稳定发挥功能的重要媒介，从目前配电房的设备结构来看，普通配电房的低压配电柜多数采用单独组合布置方式，并按低压分配的功能模块分别设置，因此在独立的结构中还需将联络柜、馈线柜和补偿柜等连接起来[5]。但是，箱式变电所的内部一体化水平很高，简单的一次电路可以简化连接方式，其内部构造包含了进线、出线以及补偿功能。

从我国电力配备情况来看，箱式变电站是一种电力设备，通常安装在城市或工业区供应所需电能。然而，使用箱式变电站也存在一些问题。

箱式变电站经常出现保险丝烧断的情况。当保险丝烧断时，会导致电压下降甚至停电，给用户的电力使用带来困扰。这可能是由于电流过大或其他故障引起的。为了解决这个问题，需要修复或更换烧断的保险丝，这可能会耗费时间和精力。故障发生时，箱式变电站需要重新关闭，意味着在故障修复期间，用户将无法获得电力供应，会导致供电恢复时间较长，这对用户的正常使用体验造成了影响。为了提供持续的电力供应，必须加快解决箱式变电站的故障，并进行高效的维修与恢复工作。

此外，箱式变电站的维护工作较为复杂和困难，且需要专业的人员进行维护和检修，因为箱式变电站包含多种电力设备并涉及复杂的电路连接。为了确保箱式变电站的正常运行，定期的维护和检修工作是必不可少的。这需要投入相应的人力和物力资源，增加了维护成本和难度。箱式变电站所占地面积较大，不利于城市空间规划和利用。随着城市的不断发展和新增用地的稀缺，寻找适合建设箱式变电站的合适土地变得越发困难。这可能导致变电站的建设受到限制，给城市电力供应带来不便。

而箱式变电站本身具有复杂的系统，因此，高压熔断器在系统发生故障后很难对多个系统进行统一的保护。此外，单一的高压熔断器很容易形成“孤岛”效应，并网之后的短路很容易导致母线出现自动切断的现象，导致其他负载处于非均衡状态。

3.3 变压器的选择要点

变压器是一种静止的机电设备，其可以通过电磁感应的方式，将电压、电流的交流电转化为具有同一频率的各种电压、电流的交流电，保证了电能在使用过程中能够发生各种形式的变换，因此，变压器是将电能进行转换、分配和使用的一种非常关键的电力装置。在绿色发展理念和可持续性发展战略的指导下，节能型干式配电变压器已经成为箱式变电站的首选设备。与此同时，为避免火灾和电击事故的发生，我们需要注意以下三点。第一，我们应该控制变压器的负载率，确保其在适当的范围内，以避免过载和设备损坏。第二，为保证变压器的正常运行，我们需要定期对其进行维护和检修工作，以确保其性能和安全性。虽然变压器的使用寿命通常较长，但是经过长时间使用，可能会出现损坏或老化，这时工作人员需要进行更换或修复。最后，选择和使用变压器应根据具体的需求和要求进行，确保其能够满足电力系统的需求，并提供稳定可靠的电力供应。通过把握这些关键点，我们可以降低火灾和电击事故的风险，并保障电力系统的正常运行。

例如用户终端变电站主要指由10kV 降到380V 的末级变电站，这类变电站变压器一般在630～1000kV，因此，在安全防火距离设计中可以按照有关防火间距的规定执行，预装式变电站主要分为干式和湿式两种。

干式变压器在箱式变电站应用中可以省去检查油位、油温以及油质等，其工作原理如图2所示，技术人员在干式变压器安装中可以忽略这类参数，因此，这种类型的变压器也称作无维修变压器。另外，干式变压器还具有防火防爆等重要作用，在箱式变电站中安装变压器可以充分保障变电站的稳定性和安全性，总的来说，在箱式变电站中选择变压器应当科学匹配变压器的特点和箱式变电站功能的基本需求，通过变压器型号和功能的综合分析确定变压器，确保变压器在箱式变电站中充分发挥作用。

图2 干式变压器工作原理

3.4 箱变设计方案

箱变设计是箱式变电站安装的重要环节，在箱变设计中应着重关注影响箱变的各种参数。

例如在路灯箱变设计中应该将容量控制在30～500kVA，照明类箱变容量一般不会较小，而且箱式变电站一般设置在道路两侧，因此在箱式变电站安装中要求应用体积和占地面积较小的箱式变电站，探讨路灯箱变的特征设计－形式一致性、多种用途、计量形式选择和机箱设计。

密封方法在施工及使用过程中起着关键作用。油变性和干式是两种常见的密封方法。油变性方法通过完全密封的设计使油在变压器内循环，并保持其变性，从而有效抑制碳化物的生成。干式方法则通过完全密封，在变压器内部使用干燥的气体作为绝缘介质，避免油的使用。两种方法各有优缺点，可根据实际需求灵活选择。路灯箱变是一种常见的电器装置，其特征设计应考虑其多种用途的可操作性。形式一致性是保持其外观和结构统一的重要特征。通过精心设计，路灯箱变可以具有各种形式，以适应不同的使用场景。此外，通过控制装置的灵活运用，路灯箱变可以实现多种用途，提高其使用效率。

在箱式变的计量中，供电与计量的形式选择多样。最常见的形式是高供高计和高供低计。这取决于不同的用电需求和供电方式。对于高供高计的形式，变压器的供电电压和计量电压需保持一致，适用于对供电质量要求较高的场景。而对于高供低计的形式，变压器的供电电压较高，计量电压较低，适用于对供电质量要求较低的场景。机箱是路灯箱变的重要方面之一，其设计应简洁、直观，并要科学地应用“品”字形进行设计，简洁直观的设计可以提高工作效率和使用便捷性。采用“品”字形进行科学设计可以使各个功能区域相互独立且合理布局，提高整体结构的稳定性和可靠性。

总的来说，在我国科学技术创新发展的背景下，我国的制造研发水平得到了明显提升，箱式变电站的可靠性、经济性以及集成自动化程度得到了明显提升。同时箱式变电站具有结构紧凑、动作可靠以及电能转换效率高等现代化特点，因此，该装置在城市建设和农村变电工程建设中一定能得到用户的认可，为提升智能供配电的安全性和经济性奠定基础。