箱式变电站设备的选型设计

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1、中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 1 页1 引言随着城市现代化建设的飞速发展，上海大屯能源股份有限公司供电网 络(配电网)不断更新改造,高压直接进入负荷中心，形成高压受电变压器降压低压配电的供电格局。箱式变电站正是这种集成化程度高， 工厂预安装、节能、节地的发展中设备，因而在供电网络中得到广泛应用。至 2002 年前，上海大屯能源股份有限公司供电网络三十年来一直使用70 年代的产品，设备容量小，不同程度老化，事故发生率高，每年事故抢 修需耗费大量的人力、资金、物力，2002 年公司对电力设备进行大幅改造， 引入箱式变电站

2、，从 2002 年引进第一台箱式变电站到目前 6 年时间箱式变 电站数量已达 28 台，分别装设在生产、生活用电负荷较大、人口密集区域， 供电可靠性高。先后投运了 630kVA 的箱变六座：一座 10kV 电源环网式、 五座终端式， 而且还计划连同线路配网自动化工程一起实现调度自动化。 箱变投入后，已初步收到良好效果，事故率明显降低。生活用电负荷较大、人口密集区域，供电可靠性高。先后投运了 630kVA 的箱变六座：一座 10kV 电源环网式、五座终端式， 而且还计划连 同线路配网自动化工程一起实现调度自动化。箱变投入后，已初步收到良 好效果，事故率明显降低。 从箱式变电站试验验收检查和运行中

3、我们发现，箱式变电站有很多优 点，但其结构中还存在很多不足，有的问题在各箱式变电站中重复出现， 如设备与箱体间间距不够等，为了箱式变电站的发展，有必要将遇到的问 题提出，以便于诸多厂家设计人员在今后的箱式变电站发展应用中不断改 进。 国家经济不断发展，人民生活水平明显提高，家用电器如空调、微波炉、电磁炉等用电设备已逐步在普通家庭中普及使用。居民用电负荷剧增， 投用多年的配电站设备已不能满足日益增长的用电负荷的需要，反映在如 下几方面： (1)、配电站内的变压器容量普遍偏小，原设计容量仅满足居民照明， 生活用电需要，所以急待增容。 (2)、投用多年的变配电站设备已老化，线路绝缘材料出现破损，线径

4、 细，容量小，站内设备技术性能、工艺水平落后，操作手续繁琐，故障率 高，每年夏季均会发生多起设备烧毁，居民小区停电等事故，急需改造。 (3)、配电室面积普遍偏小，不能满足设备增容及扩建改造的需要。中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 2 页(4)、随着公司的扩建，各式酒店、旅社、居民生活小区不断建设，急需增设变配电站。 （5）、随着近几年的公司建设发展，公司空地越来越少，地价越来越 高，人们对环境美化的要求不断提高，希望变配电站占地面积小、美观，原来变配电室的布设位置、式样很多已经影响城市的市容及城市规划建设， 需要拆除。

5、（6）、建造一所普通变配电站从土建到设备投运需要数月到一年，耗时长、费用高，对居民的日常生活影响较大，已不适合城市高效快速发展 的要求。 因此，以结构紧凑、占地面积小、布置灵活、噪音小，现场安装工作量少、安装周期短、投资少等诸多优势占领欧美市场的箱式变电站于 2002 年引进大屯能源股份有限公司。中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 3 页2 箱式变电站简介2.1 概念 箱式变电站简称箱站，又称户外成套变电站，又称高压/低压预装式变电站，又称组合式变电站，它是集高压开关柜、变压器、低压开关柜于一 体，并在制造厂内装配完成的变

6、电站。它起源于 20 世纪 60 年代，于欧美 等西方发达国家普遍使用的一种户外成套变电站，由于它具有组合灵活， 便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护 等优点，很快在很多国家应用。进入 20 世纪 80 年代初期，我国开始出现 简易欧式箱式变电站，电力部也相应制定了部颁标准，但应用并不广泛， 到 90 年代末期，城网扩建加快，特别是农网改造工程的启动，箱式变电站 以其凸显的优势得以迅速研发、生产，制造技术及制造规模等都进入了高 速发展的快车道，箱式变电站被广泛应用于商务中心、居民住宅小区、车 站、港口、机场、仓库、公园、油田、工厂、矿山、市政工程、临时性施 工工地等

7、，布置方式灵活多样。经过十几年的发展，我国箱式变电站的生 产厂已达数百家，全国年产量达数万台。国内箱式变电站的电压等级已达 到 35kV ，箱式变电站已成为我国城市电网建设和农网改造的重要电力装 备。 2.2 箱式变电站的结构 箱式变电站从来源和产品结构分为：欧式和美式两种。 欧式箱站的最大特点是“组合”，又称组合式箱站。组合式箱站一般 由变压器室、高压室、低压室组成，高压室有高压配电装置高压真空 负荷开关、高压熔断器和氧化锌避雷器、电压互感器、电流互感器、支持 绝缘子、母线等组成，可以进行停送电操作并且有短路保护。低压室有低 压配电装置低压空气开关、支持绝缘子、母线、电力电容器、低压电 流互

8、感器、电流表、电压表及电度计量装置等组成的。组合式箱站是将高 压开关设备、配电变压器和低压配电装置用 3 个不同的隔室隔开，通过电 缆或母线来实现的电气连接，一个箱站内可放置 1 台或 2 台变压器，我公 司低压出线回路最多的达 9 条，箱站尺寸变化较大，可对变压器、高压开中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 4 页关、低压开关、柜型自由选择，所用高低压配电装置及变压器均为常规产品，容易购买更换。变压器一般采用 S9 或 S11 或干式变压器等。高压室、 变压器室和低压室设备布置有目字型或品字型 2 种布局方式，目字型布局

9、与品字型布局相比，目字型接线较为方便，我公司箱站目字型布局与品字 型布局都有，大多采用目字型，高 压 室变 压 器低 压 室图图 2.2-12.2-1 目字型布局目字型布局图图 2.2-22.2-2 品字型布局品字型布局由于总体设计是按照免维护型考虑的，目字型布局箱站内操作走廊很 小。 欧式箱变表面处里的方法较多，采用传统的喷漆、烤漆、喷塑等方法 进行处理，还有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协调统 一。 美式箱站就是所谓的一体式箱站，它是以变压器为主体，把高压熔断器及负荷开关装在变压器油箱内，构成一体式布置。这种型

10、式的箱站体积 更小，其体积近似于同容量的普通型油浸变压器，仅为同容量组合式箱站 体积的 1/3 左右，美式箱站用在中性点直接接地系统。在美国，箱站的使 用量已达配电变电站的 90%，在美国箱站符合“美国电力制造商协会(NEMA)” ，和“美国国家标准局(ANSI)”所颁布的最新标准，美式箱变的主要特点：（1）、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。低压室走 廊高 压 室变 压 器低压室高压室变 压 器低压室变压器高压室低压室中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 5 页（2）

11、、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。 （3）、采用双熔断器保护，插入式熔断器为双敏熔丝(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保护箱变内部发生的故障，用于保护高压侧。 （4）、变压器一般采用高燃点油(RTEMP)。 2.3 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。采用二位置油浸式负荷开关（T 型）和四位置油浸式负荷开关（V 型），是美式箱变的专用开关， 油二位置为终端式、四位置为环网式。 2.4 关于美式箱变的缺陷两种位置开关都具有三相联动的旋转式机构，能在额定电流下进行切 换，但不能

12、用来开断故障电流。 T 型四位置开关可允许在变压器不励磁的 情况下保持环网连通。四位置开关需要使用专用的绝缘操作杆进行操作， 可按任一个方向旋转 360，以选择供电方式。四位置开关转动机构中装有 加速弹簧，以确保快速开断或接通开关，减少供电中断时间。在操作前先 将开关位置指示牌调整到原位置和新位置之间。操作时要干脆利落，不要 在转动中途松开或停止，否则会产生有害电弧，也不能中途停顿后再反方 向转换。操作到新位置时应略转过指示开关，待听到“喀嗒”声，表示开 关已进入位置，这时才可松开操作杆，并将操作杆返回到正常位置。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

13、，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。美式箱变在油箱中填充的油一般为 RTEMP 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，因此最大程度地减少了对环境和健康的危害。RTEMP 油 不象传统矿物油那样会形成沉淀物，而国产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

14、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，由于负荷开关，熔断器与变压器铁心、线圈均在一个箱体内， 以变压器油作为它们的共同绝缘和冷却介质，而负荷开关的开断、熔断器 遇短路电流而熔断的过程，将不可避免的产生电弧，使变压器油碳化、游中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文（设计）届毕业论文（设计）第 6 页离，导致变压器油加速老化，油的性能就要降低，加之其密封性能达不到要求，所以必须定期换油。 其次，美式箱变由于其结构特点，也使输出路数的增加，受到一定程 度的限制。 美式箱站箱体采用防腐设计和特殊喷漆处理，适用于各种恶劣环境，如多暴风

15、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。而国内生产的美式箱变壳体几乎没有进 行特殊处理，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，锈蚀将十分严重。美式箱站执行的是 ANSI 美国标准免维护 20 年。而我国生产的美式箱 站，执行是 GB/T17467

16、-1999高压/预装式变电站国内标准，不同标 准下的箱站在要求、设备材料、设备制造技术、工艺、间距要求、变压器 材料等方面都存在很大差别，设计人员完全套仿国外产品，质量无法保证， 比如：公司发电厂供电部近期购进某大变压器厂生产的一台美式箱站，变 压器 ZGS11-Z-630/10,/Yn0型，负荷闸刀在箱体内一体式，箱站设计人员 在箱站安装时到施工现场，当我们问及箱站有关问题时，箱站设计人员竟 连安装在箱站测面的压力表是监测什么压力？如何观测？何种情况指示安 全压力位置？什么情况指示危险压力？压力阀在什么情况下动作，释放压 力？一概不知，这样的设计人员设计产品的科学依据是什么？这样的产品 质量能有保证吗？该箱站在交接试验时发现如下问题：1） 、变压器低压侧 零线拆除后，摇测变压器低压出线绝缘电阻仍然为零并且伴有放电声；2） 、 380V 控制开关下侧查出两处错误接地，我们把箱站低压侧所有接地点拆开 查找接地点，箱站空间距离小，拆装均不方便，箱站出厂检查不到位给现 场带来很多麻烦；3） 、低压侧连接导线均为普通绝缘线，不阻燃；4） 、低 压开关间距