箱式变电站

箱式变电站
箱式变电站是70年代的产物。

其构造大体上是一个箱式结构，设有高压开关小室、变压器小室及低压配出开关小室三个部分，可安装630kV A及以下变压器。

其特点是：占地面积小；工厂化生产、速度快、质量好；施工速度快，仅需现场施工基础部分；外型美观，能与住宅小区环境协调一致；适应性强，具有互换性，便于标准化、系列化；维护工作量小，节约投资。

因此，箱式变电站无论国内、国外都受到重视和欢迎，得到普遍的应用，是非常有前途的电气设备。

箱式变电站外壳的材质多样化，分为钢板、铝板的板式结构及钢筋混凝土结构几种。

一、箱式变电站产品简介
箱式变电站简称箱变，又称组合变电站，是一种集高低压开关设备、变压器于一体的户外变配电成套设备。

此种产品有两种典型的形态，一种是“欧式”，一种是“美式”。

“欧式箱变”在我国较为普遍。

因这种产品技术我国早在20世纪70年代末就已从西欧引进，故称“欧式箱变”，并于1989年针对此类产品国家颁布了专业标准，即ZBK40001–89《组合式变电站》。

原电力部于1993年正式提出“箱式变电站”的术语，并颁布了行业标准DL/T537–93《箱式变电站定货技术条件》。

“欧式箱变”的最大特点是组合，即将变压器、高低压开关柜、分高压室、变压器室、低压室组合在一个外壳之中，主回路采用电缆和母线排连接，一个箱变内可放置一台或多台变压器，产品尺寸变化较大，用户可对高低压元件、柜型、变压器型号作自由选择。

“美式箱变”是最近几年才进入我国的，是美国大量应用的产品（已占配电变压器的90％）。

在美国叫“自保护变压器”(也有带底座和间隔的变压器)。

因产品技术发源于美国，故称为“美式箱变”。

“美式箱变”最大特点为一体化，高压元件、变压器均置于变压器油箱之中，低压配置也极为简单，由于这种产品体积小、价格低，比较适合我国市场，故在我国推广较快，已有取代“欧式箱变”的趋势。

ITC委员会对箱变类产品，于1995年才正式出版了针对性的标准，即IEC1330–95《高压/低压预装式变电站》。

我国于1998年有西高所等采用了此标
准，并颁布了国家标准GB/T17467–1999《高压/低压预装式变电站》IEC1330–95。

箱变产品多用于电缆工程，在城市住宅小区内最为常用，一些办公楼宇、厂矿均可采用。

二、箱变种类及结构
2.1．箱变的结构
箱式变电站典型结构，按各种接线设备所需空间设计。

环网、终端供电线路方案，设计有封闭、半封闭两大类，高低设备室分为带操作走廊和不带操作走廊结构，可满足6种负荷开关、真空开关等任意组合的需要。

附加设备有终端供电、站内装配式变电站。

高压室、变压器室、低压室为一字型排列，根据运输的要求设计有整体式和分单元拆装式两种。

箱体采用钢板夹层（可填充石棉）和复合板两种，顶盖喷涂彩砂乳胶或特殊设毡。

吊装方式为上吊式，装配式变电站体采用吊环形式。

为监视、检修、更换设备需要设计通用门，即可双扇开启也可单扇开启，变压器室设有两侧开门的结构。

变电站的高低压侧均应装门，且应有足够的尺寸，门向外拉，门上应有把手、锁、暗闩，门的开启角度不得小于90o，门的开启应有相应的联锁。

高压侧应满足防止误合（分）断路器，防止带电拉（合）隔离开关，防止带电挂地线，防止带接地线送电，防止误入带电间隔的“五防” 要求。

不带电情况，门开启时应有可靠的接地装置，在无电压讯号指示时，方能对带电部分进行检修。

高低压侧门打开后，应有照明装置，确保操作检修的安全。

外壳应有通风孔和隔热措施，变压器小室内空气温度应符合变压器负载导则的规定，如表2–1所示。

表2–1 变压器小室引起环境温度增加的校正值
必要时可采取散热措施，防止内部温度过高。

高低压开关设备小室内空气温度应不致引起各元件的温度超过相应标准的要求。

同时还应采取措施保证温度急
剧变化时，内部无结露现象发生。

当有通风口时，应有滤尘装置，变压器小室应有供变压器移动的轨道。

外壳防护等级的分类应符合GB4208的规定。

采用金属外壳时，应有直径不小于12mm的接地螺钉，其构造应能可靠地接地。

采用绝缘外壳时应加金属底座且可靠接地，均应标有接地符号。

箱体元件的结构牢固，吊装时不致引起变形和损伤；在外壳的明显处设置铭牌和危险标志。

箱体的防雨性能：在装配完整的变压器试品上进行淋雨试验，淋雨装置应沿四周布置，使雨滴同时由四周顶部落下，持续时间1h，试验方法按JB/DQ2080的规定进行。

防噪声的性能：当变电站采用油浸变压器时，测点距变压器周围0.3m（干式变压器为1m）间距不大于1m，高度在变压器外壳高度的1/2处，额定电压下测量，测量的升压级分别为不大于55dB及65dB。

特殊要求时用户与制造厂协商，测量方法按GB7328标准的规定。

箱式变电站的基础的边缘应宽出箱变外墙0.1m左右。

材料采用砌砖、砌石均可，需抹面。

另外。

也可采用金属平台、混凝土板式基础。

基础轮廓内至少应有1m深是空的，便于电缆的引进与引出。

2.2. 箱变的分类
箱变有多种分类方法。

按产品结构可分为组合式变电站（欧式箱变）、预装式变电站（美式箱变）；按安装场所可分为户内、户外式箱变；按高压主接线方式可分为终端接线、双电源接线和环网线式箱变；按箱体结构可分为整体、分体式箱变。

2.2.1. 组合式变电站
组合式变电站是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置3个不同的隔室通过电缆和母线来实现的电气连接，所用高低压配电装置及变压器均为常规的定型产品。

（1）布局。

组合式变电站的高压室、变压器室和低压室可按目字型或品字型布局。

目字型布局与品字型布局相比，目字型接线较为方便，故大都采用目字型布局，见图2–13。

图2–13中，HV表示高压室，LV表示低压室，TM表示变压器室，ZL表示操作走廊。

（2）高压接线方式。

组合式变电站有许多种接线方式，常用的有终端、双电源、环网等接线方式，图2–14所示。

在高压回路中，通常采用负荷开关与限流式熔断器组合的保护方式，负荷开关通常采用真空断路器或SF 6断路器，额定电流为630A ，动、热稳定电流分别为50kV 和20kV 。

(a)品字型布局(a)目字型布局HV
TM
LV TM HV
LV LV LV HV TM ZL LV TM HV
图2–13 组合式变电站布局 A
B LV
MV
F
C F B F A
A F MV LV (a)终端接线(b)双电源接线(c)环网接线
图2–14 高压连接方式
（3）变压器连接方式。

通常采用常规的连接组为Y ，yn0（y/y0）的三相三柱式油浸式或干式变压器。

近年来，根据市场的需求，亦可采用D ，yn11连接组的产品，但铁芯结构仍为三项三柱式。

（4）低压接线方式。

低压接线方式非常繁多，出线保护多采用空气开关或刀熔开关，回路最多可达20路，具有无功补偿和多路计量功能。

目前根据市场需求，亦有安装低压电源自动转换开关的产品，可确保重要用户的供电可靠性。

2.2.2. 预装式变电站
预装式变电站（美式箱变）是将变压器身、高压负荷开关、熔断器及高低压连线置于一个共同的封闭油箱内的电气连接，用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质是一种结构紧凑、体积小、经济实用的新型配电设备。

由于采用了全绝缘的高压进出线端子和电缆附件，使高压间隔内没有任何裸露的带电部分，
具有安全可靠的运行特点，同时，预装式箱变具有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计、压力释放阀、油位计、油温表等。

由于采用普通油和难燃油作为绝缘介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区，工矿企业及各种公共场所，如机场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等，有着非常好的发展前景。

2.2.
3. 箱式变电站的经济技术比较
箱式变电站的经济技术比较见表2–2。

三、箱变的应用范围和正常使用条件
3.1. 应用范围
箱式变电站已被广泛应用于工厂、矿山、油田、港口、机场、车站、城市公共建筑、集中住宅区、商业大厅和地下设施等场所，并可采用电缆进出或架空进线、电缆出线的两种进出线方式。

3.2. 正常使用条件
（1）海拔不超过1000m。

（2）环境温度：最高日平均气温＋30o C；最高年平均气温＋20 o C；最低气温－25 o C（户外）、－5 o C（户内）。

（3）风速不超过35m/s。

（4）空气相对湿度不超过90%（＋25 o C时）。

（5）地震水平加速度为0.4m/s2，垂直加速度为0.2 m/s2。

（6）安装地点应无火灾、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈振动的场所。

四、箱变元件的选择与有关问题
4.1. 变压器和变压器室
（1）变压器的容量范围
箱式变电站变压器容量的选择，现阶段以800kV A以下为宜，可适当放宽至1000kV A。

更大容量的箱式站可作为非标准处理。

（2）变压器室的通风散热
箱式站内变压器的通风散热是设计时所要考虑的一个重要问题。

从经济效益的观点出发，设计箱式站变压器散热条件的原则是：应优先考虑自然通风，在此基础上适当地增加强排风措施，以最大限度地保证箱内变压器满容量出力。

（3）日照辐射及防尘问题
日照对变压器室的温度也有一定的影响，应采取以下措施：
○1在变压器室的四壁添加隔热材料。

○2采取双层夹板结构。

○3箱式站顶盖，采用带空气垫或隔热材料的气楼结构。

（4）电压波动
当电网电压波动较大，而用户对电压质量要求较高时，箱式站中可选用有载调压电力变压器。

目前常用的10kV级有载调压变压器为SLZ7系列，调压变压器为JKY–3A，调压范围为±10％。

4.2. 高压受电设备
（1）采用断路器作高压受电设备的方案
断路器具有优良的保护性能，因此在变压器容量较大（通常大于630kV A），负载等级较高或用户特别要求的场合下使用是适宜的。

但由于断路器成本高、体积大，若实行最典型的高压环路方案则占地面积最少3倍于800mm×1250mm，从而使箱式站的体积大大增加。

因此推广使用断路器的箱式站，在经济上和技术上有一定的困难。

表2–2 箱式变电站的经济技术比较
（2）采用高压负荷开关串接熔断器作高压受电设备的方案
高压负荷开关串接熔断器的保护方案，目前在国外城网配电领域里得到了广泛的应用，特别是作为箱式站高压受电保护方案尤为适宜。

这主要是由于：○1这种保护方案基本上能满足大多数箱式站使用场合的负荷情况，既能控
制、分断正常负荷电流，又能承受和保护短路故障。

○2由于体积小，易于在有限的空间内实现高压环网方案，从而更好地突出箱式站体积小的特点。

○3线路简单，维修保养工作量小，特别适合箱式站无人值班的实际使用情况。

○4成本大大降低，突出了箱式站的自身特点，增加了与土建变电站的竞争能力。

目前国内几乎所有的生产厂家，都在使用这种高压保护方案，它是箱式站高压受电设备的发展方向。

（3）箱式站的过电压保护
目前大多数箱式站都装有避雷器，作为站内变压器和其它高压受电设备的过电压保护。

在选择避雷器类型和确定安装地点时，通常应作如下考虑：○1由于10kV阀式避雷器FZ、FS系列工频放电电压有效值为26～31kV，氧化锌避雷器MOA的标称电压为19.5～21 kV，因此对于10 kV油浸变压器工频耐压35kV1min而言，阀式避雷器和MOA都能有效地对其进行保护。

但当箱式站使用环氧树脂干式变压器时，由于其绝缘耐压为28kV1min，显然只有选用MOA作为电压保护才是合理的。

○2避雷器的安装地点应尽量靠近所要保护的变配电设备。

箱式站进线电缆上杆处距离站内变压器不大于20m时，应优先考虑将避雷器放置在架空线与电缆连接处；当距离超过20m时，应分别在箱内和电缆上杆处加装避雷器，以便能有效地保护变压器和进线电缆头。

对于环网接线开环运行的箱式站其开环处应考虑在开环断口以下设置避雷器。

○3在多雷区使用的箱式站若配电变压器的接线为Y，yn0或Y，yn型，除在高压侧装设避雷器外，宜在低压侧装设一组220V避雷器，以防止低压侧雷电波侵入。

（4）箱式站的计量问题
目前各地区供电部门对箱式站用电计量是以高压计还是以低压计的要求不同。

西北地区供电规程上明确规定：凡容量超过160kV A以上的变电站，必须采用高压计量的方法。

且计量柜的开启由供电部门掌握。

而北京、天津等华北地区
的供电部门，则认为箱式站的计量以低压侧计量为好。

至于变压器本身损耗问题，可将其折合成电费一起由用户承担。

因此箱式站究竟采取哪种计量办法，应由各地供电部门规定，但在统一设计时应给高压计量柜留位。

4.3. 低压馈电设备
（1）低压主开关的选型
国内箱式站变压器低压侧主开关大致采用DZ10、DW10、DW15型3种自动开关，低压侧支路上采用的电器，大致有RM、RT系列熔断器和DZ、DW系列自动开关，在选择低压侧主开关时，除遮断容量外，还要考虑变压器出口处单相短路和开关保护性能，考虑各种开关的分断容量、成本、及线路保护选择性，建议在箱式站变压器容量为200～630kV时，可采用DW10或DW15作为低压主开关。

当容量超过800kV A时，应尽量选用DW15开关。

（2）零序保护
为提高单相接地保护的灵敏性，也可考虑在变压器低压侧中性线上加装零序保护电路，当低压侧出现单相接地时，可通过零序互感器、电流继电器作用于低压主开关，使之分断电路。

五、箱式站供电设施的运行维护
5.1. DW10型万能式断路器常见故障
（1）失压脱扣器
如手动合闸后，断路器又立即自动断开，多为失压脱扣器的问题。

检查的办法可用人工强行使失压脱扣器衔铁吸合，如不再断开，即可证明判断正确。

办法是通过调节衔铁弹簧的拉力，使失压脱扣器出于正确状态（即只有当外界电压下降到额定电压的40％以下时，衔铁才释放，使机构跳闸）。

由于失压脱扣器对瞬时电压降反应特别敏感，特别需要时可将失压脱扣器拆除，避免造成不必要的停电。

（2）特殊失压脱扣器TO
它是由电吸合，而只有在它吸合的状态下，才能保证电动合闸的成功。

其功能是：若在合闸中供电电压突然降到额定电压以下时，TO失压，衔铁释放断路器就合不上。

因此，如发现在合闸中机构总是合不上。

则肯定是TO在起作用。

但在电动合闸的很短时间内，发生电网电压变化很大的机会不多，一般都是TO
自身的反作用弹簧力量不平衡所致。

反复调整弹簧力即可解决这类故障。

（3）微型操作电动机的旋转方向
若反转会使传动连杆错位，拐臂进入“死点”，操作手柄犯“卡”。

打开电动机上部的旋盖转动几圈，即可使连杆机构脱离“死点”。

待拐臂进入正常位置后，然后将电动机的电源线调整相序即可。

5.2. DZ10塑壳式断路器的故障
缺相事故，这是偶然发生的事故，因为每一个动触头的凸出尾部连着一个反转弹簧，当合上开关时，动触头投向静触头，而弹簧翻在上方，动触头尾部受杠杆的作用力，保证接触面有足够的压力；而在开关分闸时，动触头的凸出部分翻在下方，弹簧使动触头加大分闸的初速度，便于分断电弧。

若整个弹簧机构有呆滞现象时，便会产生触头合不上的后果。

解决办法是调整弹簧或更换新断路器。

5.3. DW型万能式断路器的维护
（1）在使用前，应将磁铁工作极面用防锈油擦拭干净。

（2）机构的各种摩擦部分必须定期涂以润滑油。

（3）断路器在分断短路电流后，应切断电源进行触头检查，将断路器上的烟痕擦净。

在检查触头时必须注意以下两点：
○1如果在触头接触面上形成小的金属粒时，则须用锉刀将其清除，并保持原有的形状。

○2如果触头的厚度小于1mm（银钨合金的厚度）则必须更换和进行调整，调整后的触头压力应符合表2–3的数据。

（4）在触头检查及调整完毕后，应对断路器的其它部分（如过电流脱扣器等）进行检查。

（5）当灭弧罩损坏时（尽管只有一个灭弧罩破损），则不准通电使用，必须更换。

表2–3 触头压力表
5.4. GZG–10高压真空负荷开关供电装置的调整、使用、维护
（1）联锁指示系统出厂时已做了调整，但因运输、安装影响，可能造成指示不准或机构卡滞现象，可在停电状态时适当调整固定螺钉和弹性支撑片，使联锁指示系统动作灵活、指示正确。

（2）运行前检查：
○1清除负荷开关供电装置内各部件上的灰尘，特别是绝缘件上的灰尘。

○2对机构运动部件，特别是操作机构，加注少许干净的润滑油。

○3对负荷开关供电装置进行空载操作，检查分、合闸和储能动作是否灵活、可靠；检查联锁和显示系统是否符合要求。

○4对负荷开关供电装置及真空灭弧室断口进行绝缘性能检测：工频42kV，持时1min。

（3）运行和维护：
○1负荷开关供电装置在运行中，可通过观察孔观察其工作是否正常。

如发现异常，可停电检查。

○2真空灭弧室在出厂时真空度一般为1.333×10-4～1.333×10-5Pa以上，在运行中真空度的监视采用定期检查（停电检修）及肉眼判断的方法，具体为：施加工频电压法，在额定开距下，对于10kV电压等级，工频耐压在25kV以上即为正常；测量端口绝缘电阻法，用2kV摇表。

测得绝缘电阻不小于500MΩ即为正
常；观察真空灭弧室屏蔽罩表面，如失去金属光泽、氧化、发黑，证明管内真空度已破坏，必须更换真空灭弧室；根据制造厂的出厂日期，检查真空灭弧室是否到期。

（4）经常观察超行程的变化。

三相真空负荷开关经多次分断后，每相触头的烧毁程度不同，在任何情况下都应保证触头有足够接触压力，必须避免接触不良，否则就可能造成严重烧损。

因此，必须在停电检修时观察记录超行程的变化，并及时调整。

（5）定期检查超行程、真空度、紧固件、易磨损件、隔离触头等。

开合3次短路故障后，应对超行程进行测量和记录，不符合要求时应及时调整。

5.5. 配电室和箱变的巡视内容
（1）配电室或箱变有无漏雨、进雪之处，门窗是否牢固，建筑物及遮拦有无损坏。

（2）室内温度是否过高，照明装置是否齐备、健全，通风是否良好，室内是否清洁。

（3）所有绝缘瓷件是否完整、清洁，各部接点有无松动、过热现象，电气设备有无异音。

（4）各种开关的位置是否正确，有无烧焦气味等。

（5）充油设备有无喷油、渗漏油现象，油标的油位是否正常。

（6）接地装置的接点是否严密、可靠，防雷装置是否齐全、完好。

（7）各种仪表的指示数据是否在额定值范围内，三相电流、电压是否平衡。

（8）配电室或箱变及配电T接箱周围，有无堆积易燃易爆物品，以及影响运输车辆通行的现象。

（9）配电室或箱变外墙的粉饰及油漆有无脱落、生锈、腐蚀现象。

（10）各部标志是否齐全、醒目、正确。

（11）防止小动物进入室内的装置是否健全、可靠。

（12）防火用具数量是否足够、好用。

（13）电缆沟、道的土方有无塌陷，入口封闭是否严密，电缆标志是否齐全。

六、智能箱式变电站
由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，
同时要求具有“四遥”（遥测、遥讯、遥调、遥控）的智能化功能。

这种智能箱式变电站环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电。

智能箱变采用的智能型元器件应配置电源、接口器件、通信介质、控制设备（上位机、智能仪表等）以满足智能化的要求。

智能箱变为：采用PROFIBVS–DP 标准的、开放型的现场总线技术将具有通讯能力的元器件（从站）与之相连接，从而实现主站通过总线对开关、电网的远程测量、调节、控制、通讯；或采用智能控制仪对高低压侧进行本地或远程的测量、调节、控制、通讯。

智能箱变系统如图2–15。

在系统方案配置时考虑到用户对智能监控的要求，采用以下两种方式之一进行：高低压侧分别配置智能系统和高低压侧统一配置智能系统。

智能系统的元器件安装、布置、现场布线等应符合有关要求，对于电磁兼容（EMC），须采用抗干扰技术。

编写的监控软件主要包括主回路、框架断路器、控制回路和配电系统信息等遥控界面。

装备智能系统的箱变具有下列智能化功能：
（1）显示高低压侧系统一次接线图，反映各高低开关分、合闸状态；
（2）“四遥”功能；
（3）系统管理。

图2–15 智能箱变系统流程图
七、箱变的发展方向
在美国，箱变的使用量已达配电变压器的90％，西欧地区也达到了70％～80％，我国目前这一比例在15％左右，差距是相当大的，同时也反映了箱变产品存在着差距较大的市场空间，故箱变的发展，必然呈多元化形式。

7.1.农网专用配电箱变的开发
目前，箱变主要应用于城市配电网，农网应用极少。

大概因为经济因素及供电要求的差距，“美式箱变”在美国得到普及，与其经济发达有本质的联系。

但是，如开发出一种农网专用配电箱变，功能较现行台变有所提高，造价相当，一定会有大量市场的。

因为箱变产品安全性、维护量、外形等均比台变有明显优势。

随着箱变产业的不断发展，各厂家一定会在此方面积极开发和探索，这种系列的产品也会相应而出。

目前，35kV/10kV 农村无人值守变电所，已有相应的箱变产品可取代，且这种高压箱变用量呈上升趋势，就充分说明了这一点。

尤其需要指出的是，这种箱变更适合专用生产线来生产，随着产销量的增加，成本也一定会达到合理程度，这也为此种产品的普及提供了保证。

这种产品因市场面大，而会成为箱变产品中用量较火的一个体系。

7.2.城网普通型箱变系列
这类产品主要用于城网中一般的供电情况，箱变本身要求小型、节能、免维护、供电方案也比较简单。

现行的“美式箱变”是比较适合这种供电要求的。

纵观全国各城网的形势，这类产品需求可达到整体城网用箱变的70％～80％，是城网箱变中的主要类型。

今后的几年内，国内一定会形成几家年产量5000台以上的大规模专业生产企业，并能够使产品价格下降50％左右。

这类产品今后技术方面攻关的重点在产品的标准化设计，模数化组装，以及免维护方面的研究和高压装置整体性能的提高，也需要在电网各设备的配合上作深入研究。

7.3. 特殊型箱变
由于各地配网发展状况不一，必然产生一些特殊的供电要求，但这些要求并不可能短期内在全国大范围普及，如智能型箱变，具有较高环网功能的箱变，取代大型变电所的综合大型箱变等。

这些产品目前市场上也有相应的产品与之配套，但均未形成格局，市场之中也无专业品牌。

在今后的几年中，必然会产生一。