[VIP专享]箱式变电站的应用

0 前言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1 世电箱式变电站的发展??????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1　欧式箱变及其存在问题???????????????????????????????????????????????????????1

1.2 美式箱变及其存在问题?????????????????????????????????????????????????????????2

1.3　国产箱变的改进???????????????????????????????????????????????????????????????????4

3 世电箱式变电站在煤矿中的应用??????????????????????????????????????????????????7

4 世电箱式变电站在其他领域的应用??????????????????????????????????????????????8 5　世电箱式变电站设计中应注意的问题????????????????????????????????????????9

5.1世电箱式变电站布置??????????????????????????????????????????????????????????????9

5.2世电箱式变电站的保护配置??????????????????????????????????????????????????9

5.3变压器的匹配和散热处理????????????????????????????????????????????????????10

5.4　防火问题：?????????????????????????????????????????????????????????????????????????10

5.5　扩容问题：?????????????????????????????????????????????????????????????????????????10

5.6　检修问题：?????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 6　世电箱式变电站的应用前景??????????????????????????????????????????????????????11

摘要：浅析世电箱式变电站的发展过程，世电箱式变电站在各领域的应用，通过技术数据比较，介绍了世电箱式变电站与常规变电站的对比分析，以及在实际应用存在的问题。

关键词：世电箱式变电站；煤矿中的应用；

0 前言

世电箱式变电站又称户外成套变电站，也称做组合式变电站，它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备。其具有组合灵活、便于运输、迁移、安装方便、施工周期短、运行费用低、占地面积小、无污染、免维护等优点。世电箱式变电站在国外应用极为广泛，在西欧占变电站总数的70%以上，美国为90%，在我国的市场份额相对较小，拥有很大的发展空间。

　随着城市电网改造和市场化建设，城市变电站向小型化、节地、节能、无人值班发展，给世电箱式变电站带来巨大的发展空间。世电箱式变电站被广泛应用于城区、农村10～35kV中小型变(配)电所、厂矿及流动作业用变电所的建设与改造，因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高末端电压质量，被誉为21世纪变电所建设的目标模式。

为更好的服务用户，设计出更适合现场要求的变配电系统，我们不仅需要了解世电箱式变电站的特点，更要发现并解决世电箱式变电站应用中出现的问题。

1 世电箱式变电站的发展

1.1　欧式箱变及其存在问题

欧式箱变具备变(配)电站所需的功能，但和我国的供用电法规要求相比，缺少无功补偿和计量功能。其高压开关大多是充SF6气体绝缘开关和专为配套箱变、开闭所而设计RM6、CGC型等环网单元开关柜。欧式箱变体积小，一般高度不超过1.6m。可把变压器室做成沉到地下的船型槽，以降低高度。

欧式箱变遵循的是IEC-1330标准，其特点之一是变压器在箱体内采取自然冷却方式，由于箱体内外的温升差值，箱变的负载能力必然小于内装的变压器容量，而就整台箱变的成本来说，变压器占重要成分，箱变的价格是按整台箱变的标称负载能力(kVA)定的，因此装配了大容量的变压器而只能依小容量的箱变出售，制造厂利润下降，这一点在我国行不通，因此都普遍采用在重载时风冷的措施，避免降容。

图1 欧式箱变

1.2 美式箱变及其存在问题

美式箱变的真正名称是“台置式变压器”(pad· mountedtransformer)。在美国教科书上配电变压器就分为两大类：一类是“杆装式变压器”

(pole－mounted transformer)，另一类就是这种安装在平台(包括地上)上的台置式变压器，其高压侧内部装有避雷器和熔断器。1995年，我国科锐公司将此产品介绍到中国，起名为“美式箱变”。

美式箱变是一种和我国国情不相适应的产品，存在以下问题：

(1)中性点接地问题。美国10kV电网为中性点接地系统，而我国为中性点

不接地系统，按照国标及IEC－420标准，当高压组合电器的熔断器任何一相熔断时必须由联动机构撞开三相负荷开关，以避免缺相运行。如此规定的原因是

由于箱变是无人进行运行监视的设备，较长时间维持不对称运行状态，会使低

压侧有的工作相严重偏离正常工作电压(偏高或偏低由线圈接线方式而定)，从

而导致低压侧所接电气设备损坏。

(2)负荷开关引起的污染问题。美式箱变中的负荷开关基于多油开关灭弧原理，每次开断电流时的游离炭留在箱体内，污染位于下部的变压器器身,切断励磁电源所产生的游离炭不容忽视，而且游离炭沉淀时刚好沉至下部线圈和铁心上，对绝缘及散热会造成严重影响。

(3)短时耐受电流时间过短。美式箱变中油浸式负荷开关的额定短时耐受电流，只能达到12kA／2s。由于我国电力系统迅猛发展，电网愈联愈大，短路容量增加，10kV电气设备额定短时耐受电流至少需要16kA／3s以上，而美式箱

变不能解决此问题。这可能是引起美式箱变在我国曾经发生的多起爆炸和火灾

事故的原因之一。

(4)不符合我国中压开关“无油化”政策。中压开关“无油化”是我国国策，目前全国无油化率已经达到80％以上。而美式箱变又将多油式负荷开关带入电网中来，并且与之串联的保护用主熔断器，虽有限流式后备熔断器，但位于油

箱内，正常动作全由插入式主熔断器来完成，而熔断器位于上层油中，油温升

高散热不利，并且随负载而变化，其保护特性变差。另外，该熔断器动作时无

限流功能，极易造成事故扩大以致油箱炸开。

(5)散热不利。当高压侧为环网结构时，由于负荷开关浸在油箱内，此时油箱已被变压器加热，负荷开关散热不利，而此时串在环网电路中的两台负荷开

关中所流过的电流是“穿越功率”，此功率远远大于箱变本身变压器的功率(特

别是靠近电源侧的箱变)，和变压器热量相互影响造成温升过高。国内某地区使用中就发生过“箱壁烫手”的现象。

(6)实现遥控操作的困难。10kV配电网络中，为了达到高供电可靠率，发

展“故障定位，自动切除功能”的配电网自动化是必然方向。而美式箱变的负

荷开关要实现遥控操作在机构上、可靠性上都是十分困难的。

(7)出线开关少。美式箱变低压出线端仅四个接线端子，实际应用时用户在

户内另配有低压柜。国内生产厂对美式箱变加装出线开关，但是由于箱体空间

有限而受限制，往往再加一个箱体来装无功补偿等设备，造成投资增加。

(8)标准问题。美式箱变并不符合变电站的全部功能。沈阳变压器研究所制定了一个组合式变压器的JB标准，同时电力行业标准DI/T 537-2002《高压／低压预装世电箱式变电站选用导则》也声明组合式变压器不包括美式箱变。

图2 美式箱变

由于以上原因，美式箱变并不适用于中国的配电要求。

1.3　国产箱变的改进

国产箱变是在欧式箱变基础上根据我国电力部门供用电法规完善化的产品，由于一开始就有供电部门参与，所以产品符合我国国情，计量、无功补偿一应

俱全。国产箱变以节地、节能小型化、免维护、不检修、2O年内不再改造为目的，对欧式箱变进行了改进。如：①将变压器全部改为横出线；②高压进线用

肘型电缆头和环氧插头组合；③高压开关用SF6气体绝缘全密封环网开关柜，

使高度压低至1.6m；④高压连线为全绝缘电缆结构，杜绝任何爬电放电的通路，不怕凝露、污秽；⑤低压室内出线断路器、专用电能计量箱、无功补偿装置，

完全符合电力部要求。

世电箱式变电站主要由10kV开闭所、10/0.4kV箱变、10/0.69kV箱变、消弧线圈、无功补偿装置、变电站综合自动化系统和直流电源装置等电气单元组

合而成，分别安装在多个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行。其主要有以下特点：

(1)　技术先进安全可靠：

箱体部分：外壳采用镀铝锌钢板，采用双层结构，双层之间采用对扣对焊

的结构型式，能满足密封、防腐蚀、隔温、防尘、防潮、防凝露的要求；框架

采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，确保20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设

备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在-40℃～+40℃的恶劣环境

下正常运行。

电气部分：一次设备采用全封闭高压开关柜(XGN型)、干式变压器、干式

互感器、真空断路器，一体化操作机构、旋转隔离开关等国内技术领先的电气

设备；箱体内产品无裸露带电部分，为全封闭、全绝缘结构，在每个单元柜装有"五防锁"，能达到零触电事故，保证了人身与设备的安全。；二次系统采用目前成熟的变电站微机综合自动化系统，可实现无人值守；设直流电源装置，为

变电站设备的二次控制、保护提供操作电源，可靠性较高。

(2)　自动化程度高：

全站智能化设计，保护系统采用变电站微机综合自动化装置，分散安装，可实现"四遥"，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电

保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置。主要功能如下：

（1）测本箱变运行的各项参数：各相电压、电流零序电压、电流有功功率、无功功率、有功电度、无功电度。

（2）将计费电度测量值上送主站。

（3）及时反映高压开关运行状态的一次接线图。

（4）能追溯12次以上故障的录波功能。

（5）自检和报警功能。

（6）全汉化人机界面。

（7）通信规约：POLLNG、CDT、DNP3.0或其他。

配电室箱体内采用加热及温度、湿度自动控制装置，具有防止温度过低和防止开闭所内部凝露和结霜的功能；配电室箱体同时具有高温和高湿排风装置，在高低压室环境温度高于50℃、相对湿度高于80%，变压器室环境温度高于60℃时，将自动启动排风装置，确保高低压、变压器、尤其是自动化设备可靠运行；对箱体内湿度、温度进行控制和远方烟雾报警，满足无人值班的要求；根据需要还可实现图像远程监控。

(3)　简化设计：

设计过程中，参照箱变的典型设计，设计出变电站的一次系统图，并确定设备选型；待产品订货后只需审核由厂家提供的箱变型号、布置、外型尺寸以及土建基础资料，即可完成设计。因此，简化了设计流程，缩短设计周期。

(4)　工厂预制化：

世电箱式变电站厂家可根据订货图纸，在工厂内完成所有箱体内部接线，并调试合格，实现变电站建设工厂化；现场安装仅需箱体安装、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～15天的时间，大大缩短了调试工期。

(5)　组合方式灵活：

根据实际情况，世电箱式变电站可由35kV配电室、10/6kV配电室、

10/0.4kV箱变、消弧线圈、无功补偿装置等部分组成。世电箱式变电站结构紧凑，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，

35kV、10kV、0.4kV高低压装置、消弧线圈及无功补偿装置全部箱内安装，组成全世电箱式变电站，也可以采用35kV设备室外安装，10kV设备及控制系统箱内安装，这样减小了箱式的体积，可根据地形灵活布置。　

(6)　占地面积小：

根据实际引用情况，世电箱式变电站用地仅为建设同等规模的变电站用地的1/2，常规变电所需要进行大规模的土建工程，而世电箱式变电站仅需对箱变基础进行施工，大大减少了土建工程量，节约了施工时间，符合国家节约土地的政策。

(7)　外形美观，易与环境协调：

箱体外壳采用镀铝锌钢板及集装箱制造技术，外形设计美观，在保证供电

可靠性前提下，通过选择世电箱式变电站的外壳颜色，从而极易与周围环境协调一致,具有点缀和美化环境的作用。

(8)　投资省，见效快：

根据本矿订货情况，世电箱式变电站较同规模常规变电所减少投资

10%～20%，土建工程部分世电箱式变电站要比常规变电所节约10余万元；从竣工投产角度分析，变电站可提前4个月投运计算，可提供施工电源；从运行角度分析，在世电箱式变电站中，由于选用先进设备，变电站可实行状态检修，减少维护工作量，每年可节约运行维护费用10万元左右，整体经济效益十分可观。

3 世电箱式变电站在煤矿中的应用

世电箱式变电站不仅可靠性、安全性、操控行可以满足煤矿供电的要求，

更可以节约投资，缩短施工周期。

针对煤矿工业场地内，用地紧张，地形复杂，用电设备分布相对集中等特点，世电箱式变电站可以利用其优势，利用地形灵活布置，深入负荷中心，减少供电半径提高末端电压质量，减少电能损耗。根据煤矿对变电所的特点，设计上对世电箱式变电站进行优化，将在35kV和10kV高压配电装置与低压变配电装置、消弧线圈、高压无功补偿装置分别设置在不同的箱体中，达到不同功能单元分开布置，减小单个箱变的体积，便于检修的目的。

世电箱式变电站可以根据现场情况灵活设置，可作为矿井的主变电所，如

金通煤矿、杨湾煤矿、凯达煤矿、安家坡煤矿均采用箱变作为矿井的主变电所；也可作为煤矿区域性变电所为生活区供电，达到将生产设备供电系统与辅助生活供电系统分离，减少不种类别负荷间的相互影响的目的，如寸草塔二矿、李村煤矿在工业场地生活区部分设置10/0.4kV箱变；也可为远离煤矿主工业场地的设备供电，如夏店煤矿深部风井工业场距副井工业场地4km，在深部风井工

业场地设置35/6 kV箱变，不仅为深部风井工业场负荷供电，还并通过钻孔下电缆为采区供电，减少线路压降，节约投资。

综上所述，世电箱式变电站非常适合在煤矿供电系统中使用，可根据不同

煤矿特点，广泛应用。

以金通煤矿10kV世电箱式变电站与例常规变电站比较见下表1：

表1常规变电站与世电箱式变电站比较表单位：

万元

世电箱式变电站常规变电所

设计土建工作仅一个安装基础，电

气可根据箱变本身有典型设计，

缩短设计周期。

需要土建、电气二方面设计、工

作量较大。

建设周期基础做好后，只需5-8天就可

以安装完毕送电。

6个月以上

占地面积526.88m21000m2左右

生产方式大规模、工厂化生产，质量容

易得到保证，现场调试时间短。

土建施工后，现场装配，调试时

间长。

设备投资高低压箱变： 270万元

消弧装置： 60万元

电容补偿装置：50万元

10kV配电装置： 160万元

低压配电装置： 90万元

干式变压器： 60万元

消弧装置： 60万元

电容补偿装置： 50万元

土建

投资

约227m2×0.04=9.1万元456m2×0.06=27.36万元

安装调试20万元60万元

经济

合计409.1万元507.36万元

技术优点1.设备紧凑。

2.占地面积小，土建投资低。

3.安装调试简单，施工周期短。

4.便于移动。

5.运行使用简单。

1.设备制造技术成熟。

2.电气运行和检修空间大。

3.设备运行条件较好。

缺点1.设备运行及维护条件较差。

2.扩容困难

1.施工周期长。

2.占地面积大，土建投资高

备注本表只比较可比部分，相同部分不再比较。

4 世电箱式变电站在其他领域的应用

世电箱式变电站以模块化布置、占地面积少、供电安全可靠、自动化程度高、无人值守等特点，在各个领域中都被广泛的应用。

在城市建设的新建小区，因其负荷分散、美观要求、公共用地面积小大多

采用世电箱式变电站作为其主变电所。

风能发电项目中因其设备分布面积广、单机容量小、数量多要求变电所无

人值守、可靠性高、检修方便，所以大多采用世电箱式变电站作为主要升压站。

农网改造工程下要求：变压器小容量、密布点、主接线简单、供电安全可靠、占地面积少、调度自动化、无人值班，所以采用世电箱式变电站为变电站。

5　世电箱式变电站设计中应注意的问题

随着箱变的应用正在日益普及，在实际应用中也产生的一些问题，有几点

需要在设计中引起重视。

5.1世电箱式变电站布置

智能箱变在结构上，采用模块方式，通常按设备布置上分：高压室、变压器室、低压室按“品字形”布置，结构紧凑，便于安装选址、操作和巡检，当变压器室排布多台变压器时多采用此方式；按“目字形”布置，接线较为方便，当为单台变压器时，大多采用“目字形”布置。