箱式变电站设计方案的优化与实现

王中杰

摘要：城乡电网建设中要求高压直接接入用电负荷中心，形成变压器降低的供电格局。供配电要求向用地节约化，智能化方向发展。随着箱式变电站广泛应用，传统箱式变电站已经无法满足智能电网建设的发展需求。本文针对箱式变电站技术特点、设计生产等环节进行阐述，设计箱式变电站布局，分析变电站外壳材料特点，对内部数据采集数据终端设备进行设计，从室内无线温湿度监控器等方面进行设计。通过智能箱式变电站设计制造，验证设计的合理性。

Abstract： In the construction of urban and rural power grids， high voltage is required to directly access the power load center to form a power supply pattern with reduced transformers. The power supply and distribution requirements are moving towards land use and intelligent development. With the widespread application of box substations， traditional box substations have been unable to meet the development needs of smart grid construction. This paper expounds the technical characteristics， design and production of box substation， designs the layout of box-type substation， analyzes the characteristics of the substation shell material， designs the internal data acquisition data terminal equipment， and designs from the indoor wireless temperature and humidity monitor. Through the design and manufacture of smart box substation， the rationality of the design is verified.

关键词：箱式变电站;设计方案;优化

Key words： box substation;design;optimization

中图分类号：TM63                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0111-02

0  引言

箱式变电站分为美式与欧式。组合式变电站将变压器等元件放在变电器油箱内，用变压器作为相间的绝缘介质，元器件体积得到缩小，箱式安装有仪器仪表，如压力释放阀等监测装置。欧式箱式变电站是将高压开关设备与低压配电装置布置不同隔室内，通常箱式变电站高压侧额定电压3.6kV-40.5kV，我国箱式变电站统称为高低压预装式箱式变电站，随着智能电网建设加快，传统变配电产品不能满足电网建设需求，智能化变电站成为市场青睐的产品。

1  箱式变电站概述

箱式变电站因其具有组合灵活，便于迁移，施工周期短，占地面积小，免维护等优点广泛受到重视。被广泛应用于10-110kV中小型变电所的建设中。因其易于深入负荷中心，适用于农村电网改造。

箱式变电站主要形式有拼装式，组合装置型与一体型。拼装式是将高低压成套装置装入金属箱体，配电装置间有操作走廊，因其体积较大现已少用。组合装置型的高低压配电装置将高低压控制设备直接接入箱内，总体设计按免维护考虑，可以减小箱式变的体积，是目前普遍采用的形式。一体型是美式箱变，是在简化高低压控制装置基础上，将高低压配电装置与变压器装入变压器油箱，箱式变体积小，仅为同容量欧式箱变体积的1/3。

箱式变电站的特点是技术先进安全，自动化程度高，工厂预制化，组合方式灵活。箱式变电站应用中应部分采用国内先进技术，框架采用集装箱标准材料，具有良好的防腐性能。内封板采用铝合金扣板，设备运行不受外界污染影响。箱体内一次设备采用单元真空开关柜，干式互感器等国内技术先进设备，产品为全绝缘结构，全站可实现无油化运行。

全站智能化设计，采用综合自动化装置，每个单元具有独立的运行功能，控制箱内温湿度。设计箱式变电站仅需根据变电站实际要求作出主接线的设计，设备在工厂一次安装合格，现场安装仅需进行箱体定位，出现电缆连接，传动试验等工作，变电站安装到投运仅需5天时间。

箱式變电站结构紧凑，可以全部采用箱式，采用35kV设备室外安装，10kV设备箱内安装，适用于农网改造旧所改造，安装10kV开关箱即可达到无人值守要求。美式变电站较同规模综合自变电站减少投资45%，选用箱式变电站无房建工程量，符合国家节约土地资源政策。

2  箱式变电站的发展

箱式变电站是60年代欧美国家推出的成套变电所变电设备，设备在工厂安装检验完成，具有占空少，工期短等优点，受到电力企业的重视。目前美国电力公司研制的自动箱式变电站，具有监控与数据采集，负荷控制及波形测量等功能，具有结构紧凑等优点。智能箱式变电站在发达国家配电领域中占据重要地位。欧洲发达国家占配电设的70%，成为美国配电网自动化中的重要设备。

90年代中期，中国开始应用简易变电站，电力部制定相应的标准，90年代末期，农网改造工程后，箱式变电站被广泛应用于10-110kV变电站，因易于深入负荷中心，适用于农村电网改造，可用于住宅等用地紧张地区中。

随着智能电網建设加快，未来箱式变电站发展为采用一体化智能开关柜，将一次断路器，电子式流动电压互感器与电网质量管理设备等集为一体，向模块化，操作方便，低成本等方向发展，实现自适应，支持动态在线整定，状态检修等。箱式变电站向智能化方向发展，应急移动式智能变电站诞生，变电站采用模块化制作，具有结构紧凑，装备完善等特点，随着我国经济高速发展，智能电网建设规划要求用电设备安全可靠，对智能箱式变电站市场需求扩大。

3  智能箱式变电站设计

3.1 箱式变电站结构设计

箱式变电站结构分为品字型与目字型排列，其外壳材质分为金属与非金属，设计选用GRC玻璃纤维增加工非金属外壳，具有耐腐蚀性强，使用年期长等优点。欧式箱式变电站结构分为变压器室，高低压室，主要由底座，隔板门等部分组成，底座与顶盖骨架由角钢焊接成。

金属材料外壳通常有普通钢板等，金属外壳采用槽钢结构，壳体采用GG型双面钢板，钢板中间填充隔热材料，减少太阳辐射对变电站内温度影响。很多高档别墅区等在金属外壳外部装饰木板，使其与周围环境高度协调，顶盖通常为斜面设计，顶盖下四周设计百叶型通风孔，达到散热目的。废金属外壳采用新型复合材料，GRC复合材料是70年代发明的材料，用玻璃纤维为增强材料，采用喷射工艺加工制造。具有强度高，耐腐蚀等优点，新型复合材料制造非金属外壳具有壳体兼顾，抗暴晒，隔热性能好等优点。材料具有使用寿命长，经济美观等优点。在不同环境中通过不同形状瓷砖品走出不同图案。

3.2 箱式变电站智能终端设备设计

2010年电网公司提出建设智能电网规划，总体发展目标是建设特高压电网骨干网络购进，具有信息化，互动化特征的国际领先智能电网。全面覆盖传统电力系统所有领域。箱式变电站智能化是未来发展目标，箱式变电站实现信息共享，设备信息可实现网络化，未来将大力发展清洁能源，变电站智能化成为发展趋势。

智能箱式变电站总体功能主要由过程设备与终端设备组成，变压器等监控模块将采集数据通过局域网传输到通信管理机，按后台制定规约将数据传输给管理站，管理站分析数据后作出响应判断，变压器非法打开时可通知管理人员，管理人员可第一时间处理变压器故障。

设计提供变压器温控器有三路温度传感器，温控器带有RS485通信结构，实现变压器状态的远程在线监测，可通过短信报警功能通知管理人员变压器故障，变压器内部温控器利用监测变压器小室内温湿度，变电站内温度较高时，启动风机散热，湿度较大时启动除湿装置。

箱式变电站产品安装在户外，高压操作电源通常由电压互感器提供，但因其输出额定容量较小受限，设计采用安装在箱式变电站外壳顶部的太阳能板发电。采用太阳能电源与PT电源自动切换供给操作电源。原理是逆变器将电池直流电逆变为交流电，白天太阳光强烈时多余电为蓄电池充电，太阳能控制逆变器控制光伏电池将太阳能转化为电脑，蓄电池通过逆变器将直流电转化为交流电。

3.3 配电监控系统设计

智能箱式变电站内部设计装配电监控终端，终端设备采集数据通过网络传输数据，管理站可通过监控管理平台监控箱式变电站电流，变压器运行情况，变电站内温湿度等。开关量变化时可通过手机短路平台通知管理员。

配电监控系统可帮助用户实时了解设备运行情况，有利于提高电设备异常后的反应速度，节约维护成本，系统由智能采集单元，交互机，远程服务器等组成，系统客户端支持多账户同时使用，用户可通过手机短信手机数据采集器开关量报警情况。

配电监控系统硬件由数据集中通讯器，管理站计算机组成。数据采集器采用STM32系列CPU芯片做中央处理器，ADM2483系列芯片做收发器，配合无线通信模块传输数据，配电监控系统由硬件数据采集器与软件平台组成。监控系统由收发设备与软件管理平台组成，数据收发设备主要是数据传输模块，由STM32系列CPU，LD03-10B05开关电源模块等组成，外部AC220电源通过LD03电源模块变换，外部输入的RS-485信号通过无线通信模块，通过移动网络传输数据。

4  箱式变电站设计中注意问题

箱式变电站在农网建设中广泛应用，如某新建终端变电所采用三相双绕组调压力变压器，35kV架空进线一回，采用35kV真空负荷隔离开关与快速熔断器配合使用，降低造价，缺相运行时实现联动分闸，1电缆出线6回，35kV母线采用单线部分段接线形式，电压等级为35±5%/0.4kV。

改进后箱式变电站结构简单，方便使用，设备成本低。增加电风扇，利于散热，在潮湿天气对箱体内空气加热，器件工作状态由单片机自动控制，依据温湿度传感器信息发出控制指令。增设工作状态指示灯，使检修人员快速了解变电站内部电气回路工作状态。

《变电站设计规范》规定，二级耐火建筑物防火净距离为10m，其面对变压器等电气设备外墙，在设备总高加3m的范围内布设门窗时，墙与设备防火净距离不受限制。墙与设备防火净距离应大于5m。箱内一次系统采用单元真空开关，采用铝型装饰大门结构，间隔后设双层防护板，建议主变与箱体最小防火净距离采用10m。

5  结语

箱式变电站具有运行操作灵活，分区设备更换维修方便，安装快捷，噪音小，占地面积小等优点。实现电力生产运行全方位监控，造价较低，随着城市配电网改造深入，将为用户带来更大的经济价值。近年来箱式变电站是农网建设的主要方向，其经济适用的优点被广泛推广应用，目前设计建设中存在检修空间较小等问题，其不足问题在未来发展中有待完善。

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