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摘要：城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)中要求高壓直接接入用電負(fù)荷中心，形成變壓器降低的供電格局。供配電要求向用地節(jié)約化，智能化方向發(fā)展。隨著箱式變電站廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)箱式變電站已經(jīng)無(wú)法滿足智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展需求。本文針對(duì)箱式變電站技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)生產(chǎn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述，設(shè)計(jì)箱式變電站布局，分析變電站外殼材料特點(diǎn)，對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，從室內(nèi)無(wú)線溫濕度監(jiān)控器等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)智能箱式變電站設(shè)計(jì)制造，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：箱式變電站；設(shè)計(jì)方案；優(yōu)化

箱式變電站分為美式與歐式。組合式變電站將變壓器等元件放在變電器油箱內(nèi)，用變壓器作為相間的絕緣介質(zhì)，元器件體積得到縮小，箱式安裝有儀器儀表，如壓力釋放閥等監(jiān)測(cè)裝置。歐式箱式變電站是將高壓開關(guān)設(shè)備與低壓配電裝置布置不同隔室內(nèi)，通常箱式變電站高壓側(cè)額定電壓3.6kV-40.5kV，我國(guó)箱式變電站統(tǒng)稱為高低壓預(yù)裝式箱式變電站，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)加快，傳統(tǒng)變配電產(chǎn)品不能滿足電網(wǎng)建設(shè)需求，智能化變電站成為市場(chǎng)青睞的產(chǎn)品。

1箱式變電站概述

箱式變電站因其具有組合靈活，便于遷移，施工周期短，占地面積小，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)廣泛受到重視。被廣泛應(yīng)用于10-110kV中小型變電所的建設(shè)中。因其易于深入負(fù)荷中心，適用于農(nóng)村電網(wǎng)改造。箱式變電站主要形式有拼裝式，組合裝置型與一體型。拼裝式是將高低壓成套裝置裝入金屬箱體，配電裝置間有操作走廊，因其體積較大現(xiàn)已少用。組合裝置型的高低壓配電裝置將高低壓控制設(shè)備直接接入箱內(nèi)，總體設(shè)計(jì)按免維護(hù)考慮，可以減小箱式變的體積，是目前普遍采用的形式。一體型是美式箱變，是在簡(jiǎn)化高低壓控制裝置基礎(chǔ)上，將高低壓配電裝置與變壓器裝入變壓器油箱，箱式變體積小，僅為同容量歐式箱變體積的1/3。箱式變電站的特點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)安全，自動(dòng)化程度高，工廠預(yù)制化，組合方式靈活。箱式變電站應(yīng)用中應(yīng)部分采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，框架采用集裝箱標(biāo)準(zhǔn)材料，具有良好的防腐性能。內(nèi)封板采用鋁合金扣板，設(shè)備運(yùn)行不受外界污染影響。箱體內(nèi)一次設(shè)備采用單元真空開關(guān)柜，干式互感器等國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)設(shè)備，產(chǎn)品為全絕緣結(jié)構(gòu)，全站可實(shí)現(xiàn)無(wú)油化運(yùn)行。全站智能化設(shè)計(jì)，采用綜合自動(dòng)化裝置，每個(gè)單元具有獨(dú)立的運(yùn)行功能，控制箱內(nèi)溫濕度。設(shè)計(jì)箱式變電站僅需根據(jù)變電站實(shí)際要求作出主接線的設(shè)計(jì)，設(shè)備在工廠一次安裝合格，現(xiàn)場(chǎng)安裝僅需進(jìn)行箱體定位，出現(xiàn)電纜連接，傳動(dòng)試驗(yàn)等工作，變電站安裝到投運(yùn)僅需5天時(shí)間。箱式變電站結(jié)構(gòu)緊湊，可以全部采用箱式，采用35kV設(shè)備室外安裝，10kV設(shè)備箱內(nèi)安裝，適用于農(nóng)網(wǎng)改造舊所改造，安裝10kV開關(guān)箱即可達(dá)到無(wú)人值守要求。美式變電站較同規(guī)模綜合自變電站減少投資45%，選用箱式變電站無(wú)房建工程量，符合國(guó)家節(jié)約土地資源政策。

2箱式變電站的發(fā)展

箱式變電站是60年代歐美國(guó)家推出的成套變電所變電設(shè)備，設(shè)備在工廠安裝檢驗(yàn)完成，具有占空少，工期短等優(yōu)點(diǎn)，受到電力企業(yè)的重視。目前美國(guó)電力公司研制的自動(dòng)箱式變電站，具有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，負(fù)荷控制及波形測(cè)量等功能，具有結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。智能箱式變電站在發(fā)達(dá)國(guó)家配電領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家占配電設(shè)的70%，成為美國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化中的重要設(shè)備。90年代中期，中國(guó)開始應(yīng)用簡(jiǎn)易變電站，電力部制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，90年代末期，農(nóng)網(wǎng)改造工程后，箱式變電站被廣泛應(yīng)用于10-110kV變電站，因易于深入負(fù)荷中心，適用于農(nóng)村電網(wǎng)改造，可用于住宅等用地緊張地區(qū)中。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)加快，未來(lái)箱式變電站發(fā)展為采用體化智能開關(guān)柜，將一次斷路器，電子式流動(dòng)電壓互感器與電網(wǎng)質(zhì)量管理設(shè)備等集為一體，向模塊化，操作方便，低成本等方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，支持動(dòng)態(tài)在線整定，狀態(tài)檢修等。箱式變電站向智能化方向發(fā)展，應(yīng)急移動(dòng)式智能變電站誕生，變電站采用模塊化制作，具有結(jié)構(gòu)緊湊，裝備完善等特點(diǎn)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃要求用電設(shè)備安全可靠，對(duì)智能箱式變電站市場(chǎng)需求擴(kuò)大。

3智能箱式變電站設(shè)計(jì)

3.1箱式變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。箱式變電站結(jié)構(gòu)分為品字型與目字型排列，其外殼材質(zhì)分為金屬與非金屬，設(shè)計(jì)選用GRC玻璃纖維增加工非金屬外殼，具有耐腐蝕性強(qiáng)，使用年期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。歐式箱式變電站結(jié)構(gòu)分為變壓器室，高低壓室，主要由底座，隔板門等部分組成，底座與頂蓋骨架由角鋼焊接成。金屬材料外殼通常有普通鋼板等，金屬外殼采用槽鋼結(jié)構(gòu)，殼體采用GG型雙面鋼板，鋼板中間填充隔熱材料，減少太陽(yáng)輻射對(duì)變電站內(nèi)溫度影響。很多高檔別墅區(qū)等在金屬外殼外部裝飾木板，使其與周圍環(huán)境高度協(xié)調(diào)，頂蓋通常為斜面設(shè)計(jì)，頂蓋下四周設(shè)計(jì)百葉型通風(fēng)孔，達(dá)到散熱目的。廢金屬外殼采用新型復(fù)合材料，GRC復(fù)合材料是70年明的材料，用玻璃纖維為增強(qiáng)材料，采用噴射工藝加工制造。具有強(qiáng)度高，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，新型復(fù)合材料制造非金屬外殼具有殼體兼顧，抗暴曬，隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。材料具有使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)。在不同環(huán)境中通過(guò)不同形狀瓷磚品走出不同圖案。3.2箱式變電站智能終端設(shè)備設(shè)計(jì)。2010年電網(wǎng)公司提出建設(shè)智能電網(wǎng)規(guī)劃，總體發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)購(gòu)進(jìn)，具有信息化，互動(dòng)化特征的國(guó)際領(lǐng)先智能電網(wǎng)。全面覆蓋傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所有領(lǐng)域。箱式變電站智能化是未來(lái)發(fā)展目標(biāo)，箱式變電站實(shí)現(xiàn)信息共享，設(shè)備信息可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，未來(lái)將大力發(fā)展清潔能源，變電站智能化成為發(fā)展趨勢(shì)。智能箱式變電站總體功能主要由過(guò)程設(shè)備與終端設(shè)備組成，變壓器等監(jiān)控模塊將采集數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)傳輸?shù)酵ㄐ殴芾頇C(jī)，按后臺(tái)制定規(guī)約將數(shù)據(jù)傳輸給管理站，管理站分析數(shù)據(jù)后作出響應(yīng)判斷，變壓器非法打開時(shí)可通知管理人員，管理人員可第一時(shí)間處理變壓器故障。設(shè)計(jì)提供變壓器溫控器有三路溫度傳感器，溫控器帶有RS485通信結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，可通過(guò)短信報(bào)警功能通知管理人員變壓器故障，變壓器內(nèi)部溫控器利用監(jiān)測(cè)變壓器小室內(nèi)溫濕度，變電站內(nèi)溫度較高時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)散熱，濕度較大時(shí)啟動(dòng)除濕裝置。箱式變電站產(chǎn)品安裝在戶外，高壓操作電源通常由電壓互感器提供，但因其輸出額定容量較小受限，設(shè)計(jì)采用安裝在箱式變電站外殼頂部的太陽(yáng)能板發(fā)電。采用太陽(yáng)能電源與PT電源自動(dòng)切換供給操作電源。原理是逆變器將電池直流電逆變?yōu)榻涣麟?，白天太?yáng)光強(qiáng)烈時(shí)多余電為蓄電池充電，太陽(yáng)能控制逆變器控制光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電腦，蓄電池通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。3.3配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。智能箱式變電站內(nèi)部設(shè)計(jì)裝配電監(jiān)控終端，終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，管理站可通過(guò)監(jiān)控管理平臺(tái)監(jiān)控箱式變電站電流，變壓器運(yùn)行情況，變電站內(nèi)溫濕度等。開關(guān)量變化時(shí)可通過(guò)手機(jī)短路平臺(tái)通知管理員。配電監(jiān)控系統(tǒng)可幫助用戶實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況，有利于提高電設(shè)備異常后的反應(yīng)速度，節(jié)約維護(hù)成本，系統(tǒng)由智能采集單元，交互機(jī)，遠(yuǎn)程服務(wù)器等組成，系統(tǒng)客戶端支持多賬戶同時(shí)使用，用戶可通過(guò)手機(jī)短信手機(jī)數(shù)據(jù)采集器開關(guān)量報(bào)警情況。配電監(jiān)控系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)集中通訊器，管理站計(jì)算機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集器采用STM32系列CPU芯片做中央處理器，ADM2483系列芯片做收發(fā)器，配合無(wú)線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，配電監(jiān)控系統(tǒng)由硬件數(shù)據(jù)采集器與軟件平臺(tái)組成。監(jiān)控系統(tǒng)由收發(fā)設(shè)備與軟件管理平臺(tái)組成，數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備主要是數(shù)據(jù)傳輸模塊，由STM32系列CPU，LD03-10B05開關(guān)電源模塊等組成，外部AC220電源通過(guò)LD03電源模塊變換，外部輸入的RS-485信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信模塊，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

4箱式變電站設(shè)計(jì)中注意問(wèn)題

箱式變電站在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)中廣泛應(yīng)用，如某新建終端變電所采用三相雙繞組調(diào)壓力變壓器，35kV架空進(jìn)線一回，采用35kV真空負(fù)荷隔離開關(guān)與快速熔斷器配合使用，降低造價(jià)，缺相運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)分閘，1電纜出線6回，35kV母線采用單線部分段接線形式，電壓等級(jí)為35±5%/0.4kV。改進(jìn)后箱式變電站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用，設(shè)備成本低。增加電風(fēng)扇，利于散熱，在潮濕天氣對(duì)箱體內(nèi)空氣加熱，器件工作狀態(tài)由單片機(jī)自動(dòng)控制，依據(jù)溫濕度傳感器信息發(fā)出控制指令。增設(shè)工作狀態(tài)指示燈，使檢修人員快速了解變電站內(nèi)部電氣回路工作狀態(tài)。《變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，二級(jí)耐火建筑物防火凈距離為10m，其面對(duì)變壓器等電氣設(shè)備外墻，在設(shè)備總高加3m的范圍內(nèi)布設(shè)門窗時(shí)，墻與設(shè)備防火凈距離不受限制。墻與設(shè)備防火凈距離應(yīng)大于5m。箱內(nèi)一次系統(tǒng)采用單元真空開關(guān)，采用鋁型裝飾大門結(jié)構(gòu)，間隔后設(shè)雙層防護(hù)板，建議主變與箱體最小防火凈距離采用10m。

5結(jié)語(yǔ)

箱式變電站具有運(yùn)行操作靈活，分區(qū)設(shè)備更換維修方便，安裝快捷，噪音小，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)運(yùn)行全方位監(jiān)控，造價(jià)較低，隨著城市配電網(wǎng)改造深入，將為用戶帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)箱式變電站是農(nóng)網(wǎng)建設(shè)的主要方向，其經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)被廣泛推廣應(yīng)用，目前設(shè)計(jì)建設(shè)中存在檢修空間較小等問(wèn)題，其不足問(wèn)題在未來(lái)發(fā)展中有待完善。

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作者:王中杰 單位:國(guó)網(wǎng)山西省電力公司設(shè)備管理