智能箱变的发展分析

智能箱变的发展分析

摘要：预装式变电站（俗称“箱变”、“箱式变电站”，下文中统一称“箱变”）是一种预装的并经过型式试验的成套设备，它包括外壳、低压开关设备和

控制设备、电力变压器、高压开关和控制设备、高压和低压内部连接线以及辅助

设备和回路。在实际应用过程中具有环境适应性强、占地面积小、施工简便等优势。箱变因其自身具备易深入负荷中心的优点，使其应用场景及覆盖面逐步扩大，除了传统配电市场外，当前已逐渐使用到更多的新兴产业中，如光伏电站、风力

电站等新能源市场。本文以箱变在地面光伏电站中的应用现状为切入点，分析地

面光伏电站用箱变发展的现状，提出当前箱变发展中的一些问题，并给出箱变发

展演进的几个要点，以供参考。

关键词：箱变；模块化；数字化；智能化；

前言：目前箱变已成为变电站的发展趋势，相较于传统变电站而言，箱变体

积小、布局灵活、运维方便、操作简单、施工容易。箱变被广泛应用在复杂多样

的环境中，如城市中对空间限制要求较高的负荷中心：商场、医院、地铁、航站楼、写字楼等，环境污染比较严重的工矿建设领域如建设工地临时用电、石油管线、矿山等，以及恶劣环境如海上平台、咸水湖、高海拔地区、高寒地区、高温

地区等。受技术、成本、经济等因素影响，国内箱变在技术发展上尚有提升空间，在开发推广中依然存在较多难题亟待解决。

一、箱变发展背景

随着我国社会经济发展日益增加的用电需求，城乡电网负荷需求也逐年增加，不时有限电拉闸现象发生，同时绿色环保、节能减排已成为社会共识，为保障电

力资源的合理分配和实现可持续发展的愿望，中国提出了“3060”计划，即要在2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”，源侧坚定发展绿色能源、荷

侧坚持节能减排。在这样的背景下，新能源行业发展迎来了有史以来最好的历史

机遇，特别是光伏发电这种绿色能源，将逐步取代传统化石能源，成为社会主力

电源。这些也为箱变在光伏电站的发展提供了很好的机会，同时光伏电站的特殊

环境也给传统箱变带来了新的挑战。

当前自动化生产装备种类很多，但适用于制造箱变的却较少。这里既有箱变

产品自身特性多，定制多有关。也与自动化生产装备企业在传统电力设备制造业

上的关注不足有关。由于箱变行业没有一个标准尺寸、标准方案，导致各箱变生

产企业的生产的箱变五花八门，难以形成一个标准化的自动化流水线。

二、箱变发展历史

箱变雏形始于20世纪六七十年代欧美等西方发达国家研发的一种户外成套

变电站的新型变配电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁址，安装方便，

施工周期短，运行费用低，无污染免维护等优点，受到各国电力工作者重视，在

发达国家的配电领域中占有较重要的地位，是变电站设计方向的重大改革。

国内箱式变电站主要由国外引进。现阶段我国市场上主要的箱变有美变、欧变、华变三种形式。这些箱变大部分采用油浸式变压器作为核心部件，以减小箱

变体积，同等容量下，箱变体积仅相当于传统变电站体积的1/3左右。无论是哪

一类箱变，均是由四大部分组成：变压器、低压开关、中压开关、壳体与辅助设备。三者中美式箱变体积最小，原因是美式箱变将中压开关集成在变压器油箱内，美变的中压侧一般采用负荷开关+熔断器进行保护，并将中压开关置于变压器油内，虽然这在一定程度上减小了箱变尺寸，但由于高压熔丝容量及体积的限制，

目前美变的容量一般都比较小。这也限制了其在大型光伏地面电站的推广和使用。欧变由于其模块化的设计理念，将中压开关从变压器中独立出来，使得欧变在配

置上更灵活更容易更换及维护，箱变容量更大，在大型地面光伏电站中已被广泛

使用。华变是基于传统美变基础上优化而来，其将内置于变压器油箱内的高压负

荷开关移出变压器，单独设置成空气绝缘型高压负荷开关+熔断器组合，提供对

变压器的保护，虽然方便了维护，但华变的容量并没有得到太多的提升；改进型

华变采用固封型真空断路器对变压器进行保护。但由于华变将中压开关暴露于空

气中，导致其在环境适应性上大打折扣。当前用于光伏电站的箱变大多使用的是

欧变，这与其优秀的可靠性密不可分。

三、箱变发展现状

由于光伏电站中配套使用的箱变多数为欧变，下文以典型欧变为例，来说明

当前箱变的发展现状。欧变一般按照“目”字形或者“品”字形进行布局，变压

器居中，两侧分别是高低压开关，或者品字形的头部安装变压器，底部安装高低

压开关柜，再在外部罩上外壳，形成一个整体。

箱变的壳体一般分为金属材质和非金属材质。金属材质壳体一般采用敷铝锌板、不锈钢板、冷轧钢板等常用板材，加工方便，尺寸灵活多样。加上有效的表

面处理如静电环氧粉末喷涂、喷漆等措施，使得箱变具备较高的防腐能力，可靠

地用于环境恶劣的户外场所。非金属材质壳体包括水泥、复合板、GRC、SMC等，

这类箱变往往具有更强的耐腐蚀能力，外观与周边环境更协调，易做成景观式箱变。但水泥箱变、GRC箱变外壳重量大，不利于运输，SMC、复合板加工难度大，

不利于大批量生产和自动化生产。上述箱变如考虑诸如高温高湿、高寒、海运等

场景下将暴露出其更多的不足，如使用冷轧钢板外壳的箱变在诸如越南、马来西

亚等高温高湿环境中，将很难保证有足够的防腐蚀能力。

箱变中的核心部件变压器，在容量较大且箱变体积受限的情况下优选油浸式

变压器，配置上合适的保护装置如瓦斯继电器、压力释放阀、油位计、油温表、

绕组温度计等，将使得变压器可靠安全运行，但在容量较小的箱变中，使用成本

更低的干变不失为一种更好的选择，同时可以避免漏油、起火等风险。

箱变中的高压开关柜，如在尺寸受限时优选可靠性更高体积更小的充气式开

关设备，一般情况下可用高压熔断器+负荷开关对变压器进行保护，或者采用断

路器+继保方案实现对变压器的保护。一般情况下，光伏电站的中压线缆采用直

埋电缆，方案成本相比架空线更低，且不会对光伏板造成影响。这种情况下如采

用断路器，是无需使用自动重合功能的断路器的。箱变中的低压柜配置传统的方

案为采用低压断路器方案，也有不少客户尝试使用熔断器方案来做低压保护。

箱变作为光伏电站中连接逆变器和中压电网的重要部件，容量也是越来越大，一旦箱变因自身故障而脱网，将会使用户损失较大的发电量，可靠性对光伏电站

用箱变来说是一个重要需求。