地下式变压器的发展前景

顺特电气设备有限公司 邹寿华

地下式变压器是一种安装在地下的配电变压器或组合式变压器，产品整体采用全绝缘、全密封设计，产品在一定时期内可在水面以下安全运行，可有效抵御洪涝灾害，最大程度的保证供电可靠性，是真正意义上的地下式变电站（简称地埋变），它演绎了中国配电领域发展过程中从室内配电房已逐步被室外预装式变电站（或称“箱式变电站”，简称箱变）所替代，再发展成从室外变电站逐步蜕变到地下式变电站的过程。随着技术的提升和工艺的改进、节能环保和环境生态的需求，地下式变压器越来越被电力市场所融入，相得益彰。

1 地下式变压器的特点和优势

随着中国城镇化的快速发展，城网现代化改造建设的不断加快，城乡用电量的不断增加，科学技术日新月异，输电和配电领域也在不断创新发展一些新型电站形式，真正意义上的“地下配电设备”从中发挥出了其特殊的作用，具有一般变电站所没有的特点和优势：

地下式变压器不占用地表有效空间，不影响视觉效果，令供电设备和周围环境和谐统一。可避免遭受外界的无意或者恶意破坏，对设备周边环境和人员的影响可减少到最低程度；产品整体采用全绝缘、全密封结构设计，在一定时期内可在水面以下安全运行，可运行抵御洪涝灾害，最大程度的保证供电可靠性；产品箱体和散热器采用特殊的低锰合金结构钢或不锈钢制造，并采用先进配套技术，能有效提高油箱的防腐防锈能力、整体刚性和耐候性。另散热器结构独特，保证了散热器的机械强度、耐腐蚀性和散热能力；城市的建设倒逼改善街景市貌、美化环境，传统的箱式变电站错落无序地挤占闹市的黄金地面，箱变外壳易被贴面广告“牛皮癣”。传统马路边柱上油变“星罗棋布”，漏油、漏电现象时有发生，阻碍交通比比皆是，与优美的城市环境逐渐显得很不和谐。地下式变电站产品对这些瑕疵进行了彻底革新，提高了城市“软实力”，对创建文明城市、卫生城市添砖加瓦；地埋变产品采用专用高低压元器件，技术成熟，性能可靠，方案灵活组合，可广泛应用于城市道路照明、居民用电、高速公路、桥梁、隧道、机场、城市广场、城市地下综合管廊和公共设施的建设。

在欧、美、日等发达国家，已按照城市生态设计和建设理念，逐步将变压器埋入地下安装或建立地下配电室。地下式变压器就是为了满足上述领域的要求而引进、设计、开发的全新的一种电力成套设备，近几年正以其独特技术、综合经济优势和社会效益逐渐被我国配电市场所接受。

2 地埋变的市场应用

2.1 城市综合管廊用地埋变

城市综合管廊即是在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。2015年7月的国务院常务会议上确定部署推进城市地下综合管廊建设，国家开始密集出台与城市综合管廊相关的政策文件，从政策、资金等方面对综合管廊建设给予大力支持，我国进入城市综合管廊的高速发展时期。

面对地下综合管廊建设的需要，保证管廊建设施工效果，需要配置合理的供电方案。城市综合管廊工程技术规范要求综合管廊内电气设备应符合规定：电气设备防护等级应适应地下环境的使用要求，应采取防水防潮措施，防护等级不应低于IP54。地埋变正好满足了其技术要求，电源从市政公用电网引入，电压为10kV，每条管廊根据线路长度的不同设置不同的工作井，一般沿线每隔1～2km左右设置一座箱式变电站，每个变电站所负责本供电区域内综合管廊的用电负荷。每座变电站一般设置两台变压器，可同时使用互为备用；或采用分路器形式设置变压器并联环网运行，即某台变压器需要退出停电检修也不影响其它变压器正常运行，确保为管廊基础进行供电施工、二级负荷供电（主要有系统、电力监控、消防应急照明、火灾自动报警等）和三级负荷供电（主要有照明、排水泵、排风机、检修插座等），其中“高压分路器”箱体实质上是配置有全密封全绝缘油浸式10kV环网负荷开关，体积小。

考虑到管廊地埋变均放置在恶劣环境中且长期无人值守，因此需选配自动化测控装置与后台监控系统连接，实现遥测、摇信、遥控、遥视、遥调等“五遥”功能，通过汇集图表及数据快速掌握电站运行情况，其有效的用户界面、强大的分析功能、完善的故障报警等确保了管廊供电系统的安全和稳定运行。

2.2 景观式地埋变（广告灯箱地埋变）

景观式地埋变是一种低碳、节能、环保、绿色的整体配电设备，是朝着30、60碳达峰、碳中和的国家战略奋力前行，建设节约型国家和环境友好型的两型的国策，着力打造成为清洁能源、新能源领域的标杆产品，为城市配电提供了整体解决方案。

景观式地埋变的供电方案是在传统箱变供电方案基础上进行了多项的技术革新与突破，使供电产品与城市、道路交通、绿化带等人文文化环境融合。更为重要的是，采用该设备的供电方案能节省大量的低压电缆投资成本和运行损耗成本，形成可观的节能减排效果，并为用户每年节省低压电缆产生的损耗发生电费值。此外，传统箱变占地空间较大，挤占繁华地区道路狭窄空间；设备在地面以上易遭偷盗破坏；噪音大；美观性差；易成为小广告载体，“牛皮癣”碍眼产物，成为影响城市环境的视觉“污染源”。因此在城市建设中传统箱变已不能适应社会发展和城市环境建设需求，迫切需要一种新型的路灯配电设备，即广告灯箱地埋变。以下是景观式地埋变主要特点：

占地面积小，地表面以上部分不到3m2（地下部分不到6m2），传统箱变至少要占地10～20m2，配电房更可能占70～100m2，相比传统箱变的土地及土建费用大为减少，变压器本体安装于地下预制地坑内，降低变压器的噪音、减少业主对变压器电磁辐射的恐惧心理；对四周的环境起到美化和协调作用。外形靓丽，亮化、美化环境，能就近安装于草坪或绿化带中，充分发挥广告资源收益的优势，支持广告这一第三产业的发展；节能。把高低压开关柜分别安装在地面上高低压室内，低压柜具有动力柜和配电屏的功能，把变压器直接靠近用电单位安装，电能经低压开关柜直接分配到用电设备上，贴近负荷中心安装、分散供电。此供电方案虽增加了高压电缆的走线，但使低压电缆投资成本大量缩减并节约了电能损耗，变压器根据用户需求选用S13系列、SBH15系列等低损耗变压器。

供电可靠。景观式地埋箱变采用低温升、B级绝缘、45#纯环烷基油、双重密封等技术，具有免维护、抗涝害等特点。尤其对于城市地区，易受大暴雨和爆水管等突发事件影响而产生水浸街现象，而景观式地埋箱变的变压器可浸水运行，景观箱体内的开关带电部分均离地1米以上（特殊地点可采用全密封设计），故可提高设备在灾害情况下的供电的可靠性。地下式变压器可15年免维护，而传统箱变则不具备以上特点；景观式地埋变把变压器埋在地面以下，有效减少了变压器的噪声、尤其是对夜深人静时的变压器空载噪声，避免了对居民的噪声滋扰，消除了人们生理上和心理上的影响。临近地埋变周边的楼盘易产生附加值并提升小区品位，景观外壳可发布公益或宣传广告，带来附加收益。

景观式地埋变的发展方向需装备GPRS无线网络技术的综合测控装置，对灯箱外壳设置声光报警装置，向管理人员报告地下式变压器和高低压开关设备的运行状况，极大地方便对变电站的操控和使用。

2.3 高速公路、隧道和桥梁用地埋变

高速公路、隧道、大型桥梁的供配电有一个共同的特点是配电线路长、负荷点多、负荷小且较恒定。供配电基本以线状分布在两侧或一侧。常规供配电方案是在1km左右设置一个变电站，用0.4kV低压输送500～600m；遇到大型桥梁、隧道时按这一传统方案，通常解决的办法是增大0.4kV电缆截面，延长0.4kV低压输送距离，因而增大了一次性设备投资，同时供配电可靠性下降，运行管理也不方便。为了解决这一问题，目前的做法是采用埋地式变压器供电方案。

从管理中心变电所开关柜上开关输出的10kV电缆出线，按负荷地点、负荷容量配置了1台埋地式变压器作为变配电设备，将电能供给就近安装的低压配电箱，构成了一个完整的输配电系统。地埋变高压采用环网供电、深入负荷中心，电压质量能够得到充分保证，不会产生用电未端电压达不到质量要求。同时可利用电缆设备的容量使馈电线路多分隔小区段，而不必要引入多个电源接入点，减少了外线数量，克服了取电困难，提高了负荷的互倒能力及供电的可靠性，而且也降低了建设难度。地埋变的高压负荷开关、高压熔丝与调压机构装于变压器顶盖，便于运行人员维护检修，必要时增加旁路“高压分路器”。

地埋变供电采用了低压电缆井室与地埋变地坑分开的设计方案，低压配电柜可配置低压自动无功补偿装置及综合测控装置，如电力仪表、温度传感器及湿度感知系统等，发展方向是使得地埋变拥有完整的“自主知觉”，通过传感元件连接至主控网路，在管理中心变电所后台对地埋变的运行情况了如指掌。

2.4 全地埋箱变产品

随着城市建设的迅猛发展地价越来越贵，对有限的土地利用和城市美化的要求越来越高，如何解决用电与人居环境的矛盾已成为城市规划、电力系统等相关部门的关注点。无论欧式箱变还是美式箱变都只是解决了很多供配电方便性问题，但毕竟占用地表、影响视觉效果；地埋变解决了供电设备和周围环境和谐统一，但也只满足于某些特殊需求的地方，供电方案比较单一，难于大面积推广以及难于缓解供电急剧增加，为解决这些矛盾2010年市场上成功开发出“全地埋箱变”，即把常规预装式变电站箱变填埋在地下，电气方案没有改变，变压器容量至2500kVA，这一重要创举不仅填补了国内此领域的技术空白，更是给电力用户多了一个选择，为城市提供一个全新的新型配电装置，和欧美发达国家也“接轨”。

全地埋箱变有效解决了节约土地、节能、美化环境和安装便捷等问题，是一种理想的城市供配电解决方案，但制造过程需解决和考虑的问题较多且复杂，初期投资相对成本高，但全地埋箱变具有非常好的社会效益和经济效益，在广东珠海华发世纪城高档住宅小区采用全地埋变供电模式，已成功安全运行5年多了，全地埋变上是个休闲观光小广场，提高土地利用率、提升人居环境，是配电“标杆”工程。

综上，随着国内经济的高速发展、城网改造的大规模进行、先进技术工艺的不断推陈出新，拥有众多显著优点的地下式变压器迎来新的发展。产品今后发展趋势将主要体现在高可靠性、少维护、智能化、小型紧凑化和节能等方面。

高可靠性：可靠性对电力产品来说重要性不言而喻，对客户来讲也往往是放在首位。运行环境相对恶劣的地下式变压器，尤其要提高产品的耐腐蚀性及其防锈能力，并保证产品的机械强度和提高其散热能力；少维护：从目前的地下式变压器系列产品使用来看，还难以真正做到免维护，但尽可能地少维护是完全有可能的。如：变压器身采用真空干燥真空注油，变压器油选择45#环烷基油，其倾点或凝点低，氧化安定性较好、产生油泥少，由此在产品寿命期内基本上不需要更换和进行油介损检查，节省人力物力；智能化：随着电力系统的自动化，具备远端后台开关分合闸功能，电动操作，全电量检测，无线温度测量，局部放电测量，弧光监测，箱变内视频监控、远程视频实现等。三遥、四遥和五遥的应用即5G技术的应用将渐渐广泛，对变电站行业是一次更新换代。智能化不仅将人大大的解放出来，且对产品可靠性将带来巨大的帮助。

小型紧凑化：传统的变电站功能齐全、高低压多种多样方案可供选择，但体积还是偏大，而地埋变集中控制将向分散性控制方向发展，体积减少、能深入负荷中心，应用于地下小型化变电站带来了更多的可能。此外寸土寸金的城市高价地皮，也迫使地下式变电站向小型紧凑化方向发展；节能：凡是地下式变压器，在设计寿命周期内可探讨投资采用何种节能型变压器更经济，毕竟节能是我国的基本国策。GB 20052-2020《电力变压器能效限定值及能效等级》标准的修订工作2021年6月1日正式实施，其能耗水平总体上保持了与欧盟最新标准的一致。

目前，地埋变系列产品因其使用环境和安装操作维护等方面与常规箱式变电站变产品存在差别，供电部门、设计院和用户对该系列产品也不甚了解，推广应用还不普及。但随着该系列产品的技术、工艺的不断完善、改进和创新，其应用场景不断丰富和成熟，必将有长足的发展空间，市场需求潜力巨大。