箱式变电站

原理

箱式变电站（简称箱变）是一种把高压开关设备配电变压器，低压开关设备，电能计量设备和无功补偿装置等按一定的接线方案组合在一个或几个箱体内的紧凑型成套配电装置。它适用于额定电压10/0.4KV三相交流系统中，作为线路和分配电能之用。

与同容量的欧式箱变相比较，美式箱变的结构更为合理。由于欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中，变压器室温很高，引起散热困难，影响出力；另一方面在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜，所以欧式箱变体积较大。美式箱变与欧式箱变结构上不一样。从布置上看，其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置，而是品字型布置。从结构上看，这种箱式变分为前、后两部分前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片，将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。

避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕，采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱，油箱及散热器暴露在空气中，没有散热困难。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化，这种箱式变电站的占地面积和体积大大减小，由于其体积很小再加上只是一侧开门，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4，体积仅为同容量欧式箱变的1/5-1/3。美式箱变高压侧采用熔断器保护，低压侧采用塑壳自动空气断路器保护，与中国10kV配变保护方式相同。高压熔断器保护变压器内部故障，自动空气断路器保护低压侧线路的过电流、短路、欠电压故障。美式箱变存在的缺点。由于负荷开关浸在油里，油被电弧碳化、分解，产生乙炔等有害气体，使得性能下降，曾发生事故。看不到明显断开点，检修不方便。因为美国低压保护及计量方式与中国不同，美式箱变本身不带低压保护和计量。为满足国内用户的需要，国产箱变在低压侧加装低压配电柜。由于箱式变长期处于太阳的直晒下，影响塑壳断路器的散热，使得断路器不能正常开断负载及短路电流，易引发高压侧故障。

结构

欧式箱变

1、箱体结构：

欧式变电站的箱体是由：底座、外壳、顶盖三部分构成。底座一般用槽钢、角钢、扁钢、钢板等，组焊或用螺栓连接固定成形；为满足通风、散热和进出线的需要、还应在相应的位置开出条形孔和大小适度的圆形孔。箱体外壳、顶盖槽钢、角钢、钢板、铝合金板、彩钢板、水泥板等进行折弯、组焊或用螺钉、铰链或相关的专用附件连接成形。

不管那种材料的箱变壳体，按标准要求必须具备：防晒、防雨、防尘、防锈，防小动物（如蛇）等进入的五防功能。欧式变电站的壳体为防止炎热夏季强烈的日光辐射，其顶部一般都设有导热系数较低的隔热材料作填料。常用的填料有：岩棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等。

在统一设计的传统“组合式变电站"中，一般在壳体中也填充隔热填料，这种方法大多数设计者已不在采用，这是因为：隔热填料虽然能防止炎热夏季强烈的日光辐射，同时也阻碍了变压器运行时产生大量热量的散发，所以设计者们除保留在壳体上冲百叶窗孔的方法外，同时采用加大散热面积、加强空气对流的方法散热，同时还可减少制造成本。

欧式箱变的表面处里：欧式箱变表面处里的方法较多，中国北方大多采用传统的喷漆、烤漆、喷塑等方法进行处理；在中国南方经济发达地区，除采用上述方法外，还在水泥板结构的壳体外贴上彩色瓷砖，或贴贴面等方法进行表面处理，特别是置于住宅小区的箱变外观，与当地建筑物的风格更加协调、统一。

2、高压配电装置结构：

欧式箱变高压配电装置，从进线方式上分为：终端型、环网型两种；从进线方位上分可分为：从箱体顶部架空进线（传统箱变用此法较多）和利用高压电缆沟从地下进出线，这是现代设计较为普遍的采用方法。

以SF6气体为灭弧介质的SF6系列负荷开关较多，其成本高于FN-10系列高压负荷开关。这类开关结构、有带熔断器、不带熔断器、接地开关等，但一般都装有带电显示器；操作机构一般为手动，也有电动操作的。带熔断器的，当回路出现短路故障能自切断开关，保护电路及变压器、开关等设备。

还有以真空为灭弧介质的真空开关，这类开关可以单独使用、也可与熔断器配用，还可与SF6系列负荷开关串接使用，不过这样将使成本增大，如用户无特别要求不须这样使用。

高压计量：高压配电装置中，如用户有高压计量要求的，还须设置高压计量柜。

中国各地供电部门，对高压或低压计量问题没有统一的要求。西北地区供电规程规定：变压器容量大于160KVA时，必须采用高压计量；高压计量柜开关必须由供电部门控制。北京、天津等华北地区供电部门则认为：箱式变电站计量应以低压侧为好，这样，可以提高供电可靠性，减少高压计量带来的不稳定因素，对变压器本身的损耗，可折算成电费，由用户承担。

箱式变电站高压计量柜的结构一般由：CT、PT、及计量表计，遥控、遥测装置等构成。

3、变压器室结构：

欧式箱变都设有独立的变压器室，变压器室主要由：变压器，自动控温系统，照明及安全防护栏等构成。

变压器运行时，将在箱变中产生大量的热量向变压器室内散发，所以变压器室的散热、通风问题是欧式箱变设计中应重点考虑的问题；变压器运行时，源源不断的产生大量的热量，使变压器室的温度不断升高，特别是环境温度高时，温度升高更快，所以只靠自然通风散热往往不能保证变压器可靠、安全运行；欧式箱变设计中，除变压器容量较小的箱变采用自然通风外，一般都设计了测温保护，用强制排风措施加以解决。该系统主要由测量装置，测变压器室温、油温均可。然后通过手动和自动控制电路，对排风扇是否需要投入，按变压器可靠、安全运行温度的设定范围进行设置控制。

欧式箱变中，变压器既可选用油浸式变压器，也可采用干式变压器，但由于干式变压器价格较高，所以在用户没有特别要求的情况下，应油浸式变压器、以降低制造成本。变压器容量一般在100-1250KVA为宜，不应超过1600KVA。

4、低压室结构设计：

欧式箱变的低压室按工矿企业或住宅小区的使用场合的不同，在设计结构上应有所不同。一般对于工矿企业使用的欧式箱变，应对动力供电、照明供电进行分开设计。在采用低压计量时，一般情况下，要求对照明用电进行分开计度，这主要是因为照明用电的单位价格，普遍高于动力用电。在住宅小区使用的变电站在结构设计上，则不须考虑动力用电的问题。

欧变低压室的输出路数，在结构设计上根据变压器容量大小和用户使用需求的不同而不同。变压器容量小，用户需求输出路数较少的可少设；而变压器容量大，用户要求输入出路数多的，可考虑设计路数多一些，还可考虑按带走廊操作形式进行布局。

美式箱变

中国的箱变最初是从欧式箱变发展而来的，其体积往往比较庞大。随着中国对外经济的开放，市场经济的大力发展，大约在90 年代，美式箱变在中国市场打入了美式箱变，并以其的特点在中国市场获得了迅速的发展。中国从南到北，从东到西，几乎到处都可以看到这种美式箱变的身影，而且大都是国内厂家仿造的产品，其质量可以说参差不齐。通过这些年的应用和实践，有必要对美式箱变结合中国国情进行认真分析，给予正确定位，以此来推动中国箱变的技术和市场发展。

美式箱变的主要特点：

过载能力强，允许过载2倍2个小时，过载1.6倍7个小时而不影响箱变寿命。

采用肘式插接头，可以十分方便高压进线电缆的连接，并可在紧急情况下作为负荷开关使用，即可带电拔插。

采用双熔断器保护，插入式熔断器（BAY—o—net）为双敏熔丝（温度、电流）保护箱变二次侧发生的短路故障。后备限流保护熔断器（ELSP）保护箱变内部发生的故障，用于保护高压侧。

变压器一般采用高燃点油（FR3）。

高压负荷开关保护用熔断器等全部元件都与变压器铁芯、绕组放在同一油箱内。

美式箱变外壳的防腐和防护：

美式箱变，其箱体采用防腐设计和特殊喷漆处理，可适用于各种恶劣环境，如多暴风雨和高污染地区。其箱体在喷漆前经过八道预处理工序，然后进行七道喷漆和烘烤工序才算完成，可见其对防腐的慎重态度。而国内生产的美式箱变壳体几乎没有进行特殊处理，基本上是采用酸洗后，静电喷涂处理，甚至有的企业连酸洗处理都不进行，更有甚者，在外表面上只进行喷漆处理，可想而知，其外壳的防腐能力如何。即便是静电喷涂处理，由于底表面进行处理时往往会出现一些死角，而静电喷涂在这些没有处理好的部位上很难喷涂上粉末，所以必然留下锈蚀的隐患。由于箱变要长年累月的在风吹、雨淋、日晒的户外环境中工作，如果表面处理不好，锈蚀将是十分严重的。这一问题是十分重要的，也是国内几十年来一直十分关注、重视、研究的课题，所以有许多厂家采用一些其它技术来解决这— 问题。关于防护问题，美式箱变的变压器油箱和散热片部分裸露在外边，其目的就是为了改善散热条件。但是，由于其直接暴露在阳光下，在阳光的热辐射下，会不会影响温升，还没有详细介绍。此外，裸露在外的部分很容易受到外力的碰撞、敲击而遭到损坏。如果一旦损坏，变压器油就会大量流失，后果不堪设想，所以一些国内厂家在散热片部位又包上一层钢板，以求得增加防护能力。

美式箱变的高压负荷开关：

美式箱变的负荷开关是放入到变压器油箱内。油浸式三相联动开关可分为二位置（终端式）、四位置（环网式）两种，由于此负荷开关是放在变压器油箱中，其关合位置只能根据外部操作面板的指示来判断，而且其操作要通过专用的绝缘操作杆来进行，所以其操作较比复杂。从这一点来看，其操作很不方便。此外，由于看不见负荷开关的开断触头（即明显断开点），所以在开断后，给人们一种不放心的感觉。此外，其负荷开关一旦发生故障，更换、维修都将是十分困难。负荷开关一般采用真空断路器。

关于美式箱变的维护

美式箱变安装使用后，基本上无须维护，但国内所生产的产品由于多种原因，箱变的维护工作却是的。

由于外壳的表面处理技术问题，应加强检查其锈蚀情况；

美式箱变在油箱中填充的油一般为FR3绝缘油，其燃点可达312℃，并且具有优良的电热特性、绝缘强度高、润滑性好、熄弧能力强、无毒、可以进行生物分解，因此地减少了对环境和健康的危害。FR3绝缘油不象传统矿物油那样会形成沉淀物，而国内生产的美式箱变绝大部分填充的都是25#普通矿物油。此外，一般情况下美式箱变的油箱上部都充有惰性气体，以防止空气中的水份交换到油中去。而国产的美式箱变可能还没有企业进行此项工作，时间一长，油的性能就要降低，加之其密封性能达不到7个Psig的要求，所以必须定期换油。

美式箱变无油温保护，只有一个温度计来显示油温，当油温太高时，依靠插入式熔断器来进行保护，还有一个压力释放阀，用来释放油箱内太大的压力。因此，应该经常检查在此两种情况下熔断器是否正常运行，及外壳是否发生渗漏油现象。

由于美式箱变的油箱裸露在外部，因此应经常进行巡视，以防止在外力碰撞下受到损害而发生渗漏油。

国产箱变

国产箱变同美式箱变相比增加了接地开关、避雷器，接地开关与主开关之间有机械联锁，这样可以保证在进行箱变维护时人身的99%安全。国产箱变每相用一只熔断器代替了美式箱变的两支熔断器做保护，其特点是当任一相熔断器熔断之后，都会保证负荷开关跳闸而切断电源，而且只有更换熔断器后，主开关才可合闸，这一点是美式箱变所不具备的。

国产箱变一般采用各单元相互独立的结构，分别设有变压器室、高压开关室、低压开关室，通过导线连成一个完整的供电系统。

变压器室一般放在后部。为了方便用户维修、更换和增容的需要，变压器可以很容易的从箱体内拉出来或从上部吊出来。由于变压器放在外壳内，其有利的因素是可以防止阳光直接照射变压器而产生的温升，同时也可以有效地防止外力碰撞、冲击及发生触摸感电事故；其不利因素是对变压器的散热提出了较高的要求。高压开关室内安装有独立封闭的高压开关柜，柜内一般安装有产气式、压气式或真空式负荷开关—熔断器组合电器，其上安装的高压熔断器可以保证任一相熔断器熔断都可以使其主开关分闸，以避免缺相运行。此外还装有接地开关，其与主开关相互连锁，即只有分开主开关后，才可合上接地开关，而合上接地开关后，主开关不能关合，以此来保证维护时的安全。在柜内还装有高压避雷器，整个开关的操作十分方便，只须使用专用配套手柄，就可实现全部开关的关合分断。同时还可以通过透明窗口观察到主开关的分合状态。

低压开关柜：一般低压开关柜内都装有总开关和各配电分支开关、低压避霄器、电压和总电流、分支电流的仪表显示，同时，为了更好的保护变压器运行安全，往往采取对变压器上层油温进行监视的措施。当油温达到危险温度时，其可以自动停止低压侧工作（断开低压侧负荷），当然其动作值可以根据要求自行设定。

外壳及防护：国产箱变的各开关柜分别制成独立柜体，安装到外壳内，可以很方便的更换和维护，同时也提高了防护能力和安全性。其钢板外壳均采用特殊工艺进行防腐处理，使其防护能力可以达到20年以上。同时，上盖采用了双层结构以减少阳光的热辐射，其外观可以按照用户要求配上各种与使用环境相协调的颜色，以达到与自然环境相适应相点缀的效果。

其它方面：美式箱变和国产箱变均可以增加计量补偿等方面的功能，只不过是体积稍有增大而已。此外，国产箱变也可以采取肘式电缆头进行进线电缆插接。顺便指出，国产箱变的变压器一般均采用S9全密封低损耗变压器，而国外有的产品已经采用非晶合金做变压器铁芯，以求得降低损耗。在国内非晶合金变压器已经有小批量生产，换句话说，就是一次性投资较大，但其带来的经济效益还是相当可观的。

国产卧式箱变更准确的讲，应称为欧美一体化箱变，更为贴切。卧式箱变的外观形同欧式箱变，但体积却大大小于欧式箱变，略大于美式箱变。这是因为卧式箱变的变压器、负荷开关及低压出线方式基本与美式箱变相同、但它有独立的变压器室。由于高、低压出线均在侧壁，所以变压器室不需考虑防护栏等设施。因卧式箱变体积小、紧凑的结构特点，使一些设计者对其顶盖设计也大大简化（不加隔热层等），仅保留了自然通风散热冷却运方式。使置于箱变体内的变压器的散热水平大大降低 。

特点

箱式变电站主要由多回路高压开关系统、铠装母线、变电站综合自动化系统、通讯、远动、计量、电容补偿及直流电源等电气单元组合而成，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，主要有以下特点：

技术安全可靠

箱体部分采用国内技术及工艺，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在-40℃～+40℃的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用全封闭高压开关柜（如：xgn型）、干式变压器、干式互感器、真空断路器，弹簧操作机构、旋转隔离开关等国内技术设备，产品无裸露带电部分，为全封闭、全绝缘结构，能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。

自动化程度高

全站智能化设计，保护系统采用变电站微机综合自动化装置，分散安装，可实现"四遥"，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制和远方烟雾报警，满足无人值班的要求；根据需要还可实现图像远程监控。

工厂预制化

设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，作出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电站建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。

组合方式灵活

箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，一方面，我们可以全部采用箱式，也就是说，35kv及10kv设备全部箱内安装，组成全箱式变电站；也可以仅用10kv开关箱，35kv设备室外安装，10kv设备及控保系统箱内安装，对于这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧站改造，即原有35kv设备不动，仅安装一个10kv开关箱即可达到无人值守的要求。总之，箱式变电站没有固定的组合模式，使用单位可根据实际情况自由组合一些模式，以满足安全运行的需要。