户外箱式变电站在城网配电系统中的应用

一、引　言 
    箱式变电站（简称箱变）的叫法在国内外并不统一。箱式变电站术语是现国标（报批稿）《3～35kV交流箱式变电站）统一的称谓。于1995年11月，IEC 1330（1995年11月）“高低压预制式变电站”标准正式颁布。
    箱式变电站不同于常规土建变电站，其主要特点为：
    1、变电站在制造厂完成设计、制造与安装，并完成内部电气接线。
    2、变电站经过规定的型式试验考核。
    3、变电站经过出厂试验的验证。
    箱变是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定接线方案排成一体的工厂预制型户内、户外紧凑式配电设备，具有成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少损耗、送电周期短、选址灵活、对环境适应性强、安装使用方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点。
    箱变用在市区，可装在人行道旁、绿化区、道路交叉口、生活小区、生产厂地、高层建筑等处。同容量箱变的占地面积仅为土建站所占面积的1/5～1/10，同时大大减少了工程设计量和施工量，加之箱变可免除用户申报基建项目，减少审批手续，作到投资少、见效快。这种变电站已在欧美普遍使用，在我国也为越来越多的用户接受，受到青睐。
二、箱式站的总体结构 
    箱式站的总体结构是指作为箱式站的三个主要部分——高压开关设备、变压器及低压配电装置的布置方式。从国内外看，箱式站的总体布置主要有两种形式：一为组合式，一为一体式。所谓组合式，是指这三部分各为一室而组成“目”字型或“品”字型布置。而一体式是指以变压器为主体，熔断器及负荷开关等装在变压器箱体内，构成一体式布置。我国是IEC标准的积极采标国家，因此我国的箱式站为组合式布置。
    组合式箱变中，高压开关设备所在的室一般称为高压室，变压器所在的室一般称为变压器室，低压配电装置所在的室称为低压室。这三个室在箱式站中可有两种布置，即“目”字型布置和“品”字型布置。
    北京北能德理施尔公司引进德国德理施尔公司技术开发研制的箱式变电站其箱体材料具有独到之处，这种材料由带多种硬浮泡的强化玻璃纤维聚脂材料构成，此种壳体材料的主要特点如下：
    （1）机械强度高，重量轻，表面抗敲击和耐刻划，并可防止有害物质和害虫的侵袭。
    （2）抗紫外线辐射，抗曝晒性能好，内部装有难燃的特殊材料，壳体的热传导率相当于约 24cm厚的砖砌体的热传导率。可避免因外部温度而引起箱内温度升高。
    （3）此种材料靠嵌入的硬浮泡达到最佳绝缘值，噪声减小值在2500Hz时达到379分贝。
    （4）易成型，外型可变性好，装饰性强，对环境具有适应性和协调性，其表面可根据用户的选择装饰成仿毛皮表面、小碎石表面等多种形式，对环境有点缀效果。
    （5）防潮、阻燃、抗腐蚀，能适应各种气候条件，壳体不会因冷热交变产生凝露。
    （6）装配简易方便，适合各种结构的要求。
    经过北能德理施尔公司的不断市场开拓，目前，此种箱式站已在国内多个城市的城网改造中被广泛采用，如北京供电局、平顶山供电局等。因其有优良的技术性能和完美的质量而赢得了许多用户的赞誉。
三、箱变内的中压开关设备
    箱式站中，若是终端接线，使用负荷开关——熔断器组合电器：若为环网接线，则采用环网供电单元。 
    环网供电单元一般配负荷开关，它由两个作为进出线的负荷开关柜和一个变压器回路柜（负荷开关＋熔断器）组成。由于我国在城网建设和改造中，推行环网供电，以减少供电的中断，预期环网供电单元将有大的发展。德国德理施尔公司采用了SF6绝缘的中压开关设备，开创了SF6绝缘的中压开关设备的先河。
    SF6环网供电单元的特点是大大提高了人身安全，同时安装容易，维修少，省地方，经济效益显著。环网供电单元由间隔组成，一般至少由三个间隔组成，即2个电缆进出间隔和1个变压器回路间隔。图1示出环网供电单元的基本接线图。图中，开关A和B在隔离故障线段时，能及时恢复回路的连续供电。同开关C相连的熔断器F在中压/低压变压器发生内部故障时起保护作用。开关C对熔断器和变压器还起接地作用。
    城网一般用环缆，在用架空线的地方，可将架空线引至环网供电单元旁，再由电缆引进和引出。一般来说，母线和开关封闭在充SF6的壳体内，充气压力一般为02～05bar表压。由于壳体封闭，故不受外界环境的影响，提高了设备的可靠性，又由于用SF6绝缘，故可做到体积小，还由于充气压力低，密封等问题好解决。
    SF6环网供电单元的壳体一般按第一类设备来设计，这就是说壳体由25～3mm厚的钢板或不锈钢焊成，在寿命期间一次密封。壳体焊成无密封处，可保证最大限度的气体密封性。
    为了防止内部故障引起壳体爆炸，使用了独特的故障电弧限制器，即当出现内部故障时，因压力上升而使壳体鼓肚，这一变形经机械连杆而使接地刀立即接地，即可消除故障电弧。
四、KSP型户外箱式变电站的特点
    （1）户外箱式变电站的额定电压：12、175、24KV。
    （2）容量级别：250、630、1250KVA。
    （3）外壳壁板由带多种硬浮泡的强化玻璃纤维聚脂材料成构成，其表面耐大气腐蚀、抗紫外线、抗刻划的树脂层作为保护层。内部装有难燃的特殊材料，变电站内部的热量传导到外部较慢，从而避免了凝露的形成。 
    （4）外壳由可旋螺丝的防腐蚀铝材支架和聚脂壁组成，多层板能将噪音减小在379分贝内。
    （5）带有不锈钢螺栓和导轴衬的铝材门条确保免于维护，拧紧的门条密闭，可以有效防盗。
    （6）箱式站的销售配备有一个手动的应急门栓，在门销关闭的情况下，可以从里面把门打开。
    （7）箱变顶盖为单体且可提起，它有硬浮泡填充的强化玻璃纤维聚脂壳构成，壳体、壁板和门板符合高绝缘的要求，两侧环流通风借助铝材筛板可防止异物进入，杜绝小动物引起的接地、短路事故。
    （8）变压器散热用可动的通风窗，当内部可能出现压力波时，通风窗便能自动关闭。在可维护的箱式变压器内，设有可防水的多层木制复合地板，而不同间隔用可靠的铁板隔开。 
    （9）户外箱式变在结构上采用了顶盖与箱体之间用弹簧拉紧的措施，在正常情况下顶盖紧闭，出现故障发生电弧时，故障电弧产生的巨大能量使箱体的内部压力迅速上升，此时，由弹簧拉紧的顶盖被抬高几厘米将压力迅速释放，避免发生爆炸事故。
    （10）装有故障电弧限制器的箱式变，在箱变内出现故障时，可有效防止辐射，通过安装带一体化故障电弧限制器的中压配电设备，可确保设备的安全运行。
    （11）具有防雨雪、防风尘、防潮、防小动物、防爆、防触电、防误操作等多种功能。
五、结束语
    箱式站在国外已普遍使用，在我国已兴起。在我国，箱式站的制造厂家越来越多，使用也越来越多。在这方面必须熟悉国际标准在这方面的规定，特别是对内部故障电弧的试验方法和试验判据，借鉴国外在防御内部故障电弧上采取的种种措施，提高箱式站防御内部故障电弧的能力，使之最好不发生，一旦发生，也能将其影响减至最小。结合我国的实际，完善箱式站的多种功能，以优良的性能、创新的结构、优质的服务，迎接来自国内同行的挑战。