浅谈地埋式变电站的应用

雷明海（武汉市政工程设计研究院， 湖北 武汉 400023）

1 概述

随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，城市人均用电量和总用电量也日益提高，负荷密度在迅速增长，城市配网线路上的电能损耗相当严重。

在10kV配电网系统内，10kV线路损耗、变压器损耗和0.4kV线路的损耗构成了配网线路损耗的三部分。10kV线路的损耗由于电压较高，损耗较少。近几年来，供电部门在变压器节能方面都着重推广低损耗变压器产品，目前正积极推广实用11系列节能变压器，部分发达地区还推广空载损耗更低的非晶合金变压器。

然而，0.4kV线路损耗是十分巨大的，国家标准要求低压供电半径控制在250m左右，但据统计，目前城市配电受限于电房位置的影响，供电半径多数都超出250m。采用预装式地下箱式变压器则可有限解决电力设备的占地与环境协调问题，通过分散供电半径方式使低压供电半径减小到100m以内，极大的降低了低压线路的损耗。

1.1 预装地下式箱式变压器的结构形式

预装式地下箱式变压器由地下式变压器、预制地坑以及户外（地上）高/低压配电柜共同组成，在工厂内预先装配完成的成套设备。其安装示意图如下：

图1 预装地下式箱式变压器安装示意图

1.2 地埋式箱式变压器一些关键技术问题的解决

1）通风散热

（1）地下式变压器主体的温升控制：选用地下式变压器为11系列低损耗产品。与GB6451-1999相比，空载损耗低20%，负载损耗低26%，变压器主体温升比国标低10K。

（2）地下式变压器主体线圈绝缘材料采用B绝缘或以上材料，相比普通变压器，加强了过负荷能力。

（3）地下式变压器的油箱散热片采用平板式设计，有效增强辐射散热能力。

（4）为了使地坑内部具有良好的通风环境，采用扩展式的地坑基础结构。在配电柜与基础地坑之间、广告灯箱内设置通风散热口。同时设置进风及出风风机，当油箱上油管外壁温度达到75℃时，启动风扇强制送排风降温。

2）地坑基础的防水、排水和变压器的防浸水

（1）变压器高压电缆终端头采用全密封、全绝缘EDPM肘形电缆插头或全密封、全绝缘LSR硅橡胶预制式电缆头；低压采用防水密封胶包裹并外套进口防水热缩管。

（2）基坑整体采用全钢板及加强用槽钢焊接结构，整体热镀锌并喷防腐面漆处理；基础地坑顶部采用全密封的钢筋混凝土结构盖板；盖板与地坑基础之间采用橡胶密封条进行防腐处理，确保地表水及地下水不能进入地坑内。

（3）地坑内设置进口潜水泵，安装自动排水系统。当因暴雨、洪涝等意外情况而引起坑内部进水时，自动启动排水系统进行排水。

3）户外灯箱式配电柜的防护

灯箱外壳内的配电柜采用双层门结构，确保一旦灯箱式外壳被破坏，低压柜仍然能达到一个完整独立的户外低压产品的保护水平，防护等级达到IP34。

4）电缆的连接

由于变压器有可能在长期浸水的状态下运行，因此，电缆连接处的密封性一定要非常好。地埋式变压器的高压电缆终端头采用进口全密封、全绝缘EDPM肘形电缆插头；低压采用进口防水密封胶包裹并外套进口防水热缩管。可满足在水下长时间运行的要求。

1.3 预装地下式箱式变压器的优点

1）占地面积小

传统的箱式变压器占地面积大，尤其是道路照明所用箱式变压器，经常占据人行道的位置，见图2。

当在小区或工厂内时，通常需要建设单独的建筑设置开闭所。采用箱式变压器至少需要10～20m2，当设置单独的开闭所时，则所需面积更大，通常为100～200 m2，而且常常需要占用建筑空间。

当采用地埋箱式变压器时，对于道路照明和小区出线回路不多的情况，其优势就相当明显，见图3。

图2 传统箱式变压器

图3 地埋箱式变压器

2）节能

在工厂、小区或商业中心等地方，采用地埋箱式变压器时，因其安装灵活，故可靠近负荷中心安装。而采用开闭所，则无法达到这样的效果。由于10kV线损小，低压电缆线损大，当由开闭所以放射式供电时，尤其是由于地理环境因素造成开闭所无法建在负荷中心时，其电缆的长度将远超采用地埋变所需的电缆长度，故其在低压电缆上的损耗将比采用地埋变方式的损耗大得多。

3）造型美观

普通箱式变压器安装于繁华街道或绿化带处时，由于其面积较大，与周围环境极不协调，尤其是在城市人行道或绿化带以及公园内，显得很突兀，严重影响了美观性。而地埋式变压器埋在地下，配电柜安装于地面，且安装于地面上的配电箱均采用广告灯箱的形式，特别是在夜间，能够与周围环境融为一体，形成一道城市靓丽的风景。

4）设备免维护周期长且维护方便

由于地埋式变压器埋在地下，故其对密封性要求非常高，现在地埋式变压器均采用免维护变压器，其寿命一般可达到10年以上。变压器电缆接头一般都采用电缆插头，不需要维护。低压配电箱安装于地面上，只需打开面板即可维护。在广告灯箱侧面预留抄表位，可方便抄表。

1.4 预装地下式箱式变压器的缺点

1）占用地下空间，管线多的情况下不适用

在城市道路中，由于地下管线较多，尤其是一些老的改造路段，而地埋式变压器需要一个比较大的基坑，根据负荷容量的不同，其基坑尺寸约为1.5～2.0m宽，2.5～3.5m长，在基坑内管线无法走通，所以地埋式变电站并不适于管线太多的地方。

2）变压器的散热问题

由于变压器的散热量非常大，而且埋设于地下时，自然通风冷却的效果很差，采用强制风冷虽然可以达到一定的冷却效果，但是并不如安装于地面上的冷却效果好。而且，由于安装于地下，地下土壤会吸收变压器的一部分散热量，并储存起来，不论是冬天还是夏天，土壤始终处于吸热状态，对周围的植物会有一定的影响。

3）低压出线回路不能过多

地埋式变电站的高低压柜均安装于地面上，安装于广告灯箱内，故其长度不能过长，一般约为3m左右。按每台柜体尺寸600mm宽计算，一共也才能安装5面柜体。当出线回路过多时，尤其是工厂和大的开闭所，采用地埋箱式变压器显然不合适。

2 地埋箱式变压器的节能分析

按箱式变压器最大容量不超过800kVA来统计，在道路照明或小区内，当用地埋式箱式变压器替代小型开闭所时，地埋变可能涉及到的几种变压器容量，见表1。其出线电缆统一按50mm2计算，变压器满负荷运行时间以2500h进行折算，根据供电部门对配电房低压电缆每年线损的核算方式，得出以下结果：

表1 地埋式变压器容量表

表2 地埋式变压器线损核算表

附注：电缆的线损计算公式：△W=3I2RT,其中

ΔW—线路耗电量（kWh）；

I—线路电流（A）；

R—线路电阻（Ω）（R=电阻率×长度/截面积，铜的电阻率为18.8mΩ·mm2/m）；

T—用电时间（h）。

以800A的箱式变压器为例，每年节约的电费约为31200×0.7=21840元。

3 结束语

对于小型开闭所来说，采用箱式变压器是可以节省初步投资的，并且在将来的运行过程中，运行费用也将大大降低。而对于城市道路照明来说，虽然其节能效果与普通箱式变压器相同，但是其在占地面积与美观耐用以及维护费用方面则比普通箱式变压器占有很大的优势。综上所述，地埋式箱式变压器的应用范围还是相当广泛的，而且在满足预埋式箱式变压器安装条件的情况下，值得推广。

[1]中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册（3版）[M].北京：中国电力出版社，2005.