论箱式变电站的规范化设计

论箱式变电站的规范化设计

张丽娜 1李广达 2

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467000

摘要：箱式变电站具有施工便捷、迁移便利、无污染、成本低、智能化等优势，在城乡电网中应用广泛。基于此，本文将箱式变电站的规范化设计为研究对象，以欧式箱变为例，探究高压配电系统、低压配电系统、变压器及箱变外壳设计规范与设计要点，为设计人员提供实践帮助。

关键词：箱式变电站；规范化设计；变压器

前言：在智能电网发展背景下，电力系统对箱式变电站提出更高要求，箱式变电站需走智能化发展之路，实现故障自愈、网络重构等功能，确保电力系统在停电约1min后，恢复供电。就此，技术人员需结合全新需求，进行箱式变电站的设计，保障智能电网的普及应用。

1. 高压配电系统规范化设计

1.1环网柜设计

在箱式变电站中，高压配电系统由多个具备“五防”联锁的高压设备组成，根据设备的不同配置方式，选择不同的环网柜。常用的设计方案有以下两种：

1. 在环网柜中配置负荷开关与熔断器，该方案适用于容量不超过630kVA的变压器，具有成本低、结构简单优势，在变压器出现故障时，可自动切断短路区域，保障系统稳定运行。短路故障切断的关键在于熔断器，设计人员需根据变压器容量、额定电流等参数，选择合适规格与参数的熔断器、电流互感器及断路器。例如，对于100kVA的变压器，其额定电流为5.8A，配置的熔断器额定电流为10A，电流互感器变化为150/5；对于500kVA的变压器，其额定电流为28.9A，配置的熔断器额定电流为50A，电流互感器变化为800/5。

2. 在环网柜中配置隔离开关与真空断路器，该方案适用于容量在800-1600kVA的变压器。该方案的稳定性更强，支持过电流保护、微机保护及速断保护等多种保护方式，实现变压器回路的实时监控。

1.2避雷器设计

在箱变的高压配电系统中，避雷器优先选择金属氧化物避雷器，如HY5WS或HY5WZ型号的避雷器，可以有效解决雷击引发的电压升高问题，还能够吸收开关设备引发的电流问题，保障变电站稳定可靠运行。

1.3高压计量柜设计

如果箱式变电站配置的变压器容量超过315kVA，需为箱式变电站配置高压计量柜，通过电压互感器与电流互感器，实现变电站运行参数的有效控制。以某10kV箱式变电站为例，设计人员选择LZZBJ9-10型号的电流互感器和JDZ10-10型号的电压互感器，前者精度为0.5/0.2S级，后者为0.2级，满足箱变运行要求。需要注意的是，在设计中，需将高压计量柜的表箱规格控制在600×500×150mm以上，并对表箱进行加铅封锁处理。

1.4自动化系统设计

基于智能电网的建设要求，高压配电系统需进行自动化设计，在系统中预留FTU和TTU的位置，实现计算机技术与物联网技术在箱变设备的有效应用，支持遥测、遥讯、遥调、遥控功能，确保箱变设备各项参数的有效控制，提高供电质量^[1]。

2. 低压配电系统规范化设计

在箱式变电站的低压配电系统中，设计人员需做好低压开关柜、低压断路器、低压计量柜与电容补偿柜等设备的设计与配置工作。

在低压开关柜设计中，为简化设计，缩小开关柜的体积，可将进线柜和出线柜整合，并对GGD进行改造，高度缩减300mm；宽度选择1200mm、1000mm或800mm；深度选择800mm或600mm。

在低压断路器设计中，设计人员需根据箱式变电站的变压器参数，选择合适规格的低压断路器。针对上文分析的100kVA变压器，其配置的断路器额定电流为200A；500kVA变压器，其配置的断路器额定电流为1000A。

在低压计量柜设计中，只有箱式变电站配置的变压器容量低于315kVA，才需要配置低压计量柜，设计人员需采用防盗箱封，以铅封方式配置三相表及单相表。

在电容补偿柜设计中，设计人员需根据变压器额定容量的20%-30%，计算电容补偿。对于用电量较大的企业，需配置40%-50%的补偿。电容补偿柜内配置的设备包括隔离开关、电容器及电抗器等。其中，电容器优先选择智能电力电容器，实现箱变智能化建设。

3. 变压器规范化设计

在箱式变电站设计中，变压器的规范化设计要点在于变压器的选择、正确接线与参数设计。

在变压器选择中，箱式变电站常用的变压器有配电变压器、油浸式变压器、干式变压器等，设计人员需根据箱式变电站设计参数，选择符合国家标准和规范的变压器，并结合变压器的价格、能耗等因素，选择综合效益最高的变压器类型，提高箱式变电站的运行效益。

在接线设计中，常用的接线方式有D yn11和Y yn0两种，前者的使用更为广泛，可提高变压器的抗雷性能，避免变压器出现中性点漂移现象，保障变压器稳定可靠运行。在D yn11接线中，技术人员需在一次侧进行三角形接线；在二次侧进行星形接线；以11点接法连接中性点，并将一次侧和二次侧互差控制在30°。同时，因D yn11在一次侧绕组以三角形连接，三次谐波分量会在三相绕组中产生环流，不同相的励磁电流存在叠加现象，会使三次谐波呈尖顶波形，在环流影响下，该波形的三次谐波会被消除，进而保障箱式变电站的运行效率与供电质量。

在参数设计中，设计人员需控制变压器和箱式变电站隔板间的距离，强化变电设备的散热效果，减少变电站能耗，延长设备使用寿命。距离过小，散热效果差；距离过大，箱变外壳过大，增加成本。相关实验数据显示，在箱式变电站中，变压器和箱式变电站隔板间的距离在300mm时，即可保障散热效果，也可控制建设成本。就此，设计人员需将距离控制在300mm左右。

4. 箱变外壳规范化设计

在箱式变电站的外壳设计中，设计重点在于外壳材质与特殊注意事项。

在外壳材质选择中，通常有金属外壳及非金属外壳两类。（1）在金属外壳中，常用的材料有不锈钢及覆铝锌板。在不锈钢材质中，304号不锈钢的抗腐蚀性较强，在箱式变电站中应用广泛。对于海边等运行环境较为恶劣的区域，箱变外壳可选择性能更强的316号不锈钢。覆铝锌板材质具有较强的导电性、抗腐蚀性及附着力，使用时需对断口位置进行防腐处理，延长外壳使用寿命。同时，金属材质还包括钢板，在使用时需进行喷砂与防腐处理，提高外壳抗腐蚀性。（2）非金属外壳，应用最广泛的材料为玻璃纤维增强水泥（GRC）及复合夹芯板，二者均可用于箱式变电站的墙板、顶盖与门等结构。其中，GRC的加工工艺为压铸成型；复合夹芯板的加工工艺为浇注成型，还需为结构配置铝合金包边^[2]。

特殊注意事项包括以下几点：（1）结构设计，设计人员可根据想变运行环境，选择品字形或目字形方式，进行内部系统设计；（2）通风设计，在自然通风工况下，设计人员需确保变压器温升满足国标要求，如不满足要求，需在箱变内配置轴流风机，提高通风效果；（3）安全措施，为保障箱变稳定运行，设计人员需在箱变内部设置加热器或除湿机，避免内部设备因凝露或潮湿现象引发故障；（4）防护措施，对于箱式变电站而言，箱体的防护等级需达到IP33D及以上，变压器以外的隔室防护等级需达到IP43D及以上，不同隔室间的防护等级需达到IP3X及以上；（5）结构优化，对于箱变的大门锁盒结构，优先选择铝合金锁盒，并将大门的开度控制在90°以上，对于箱变的顶盖结构，应设计为双层、斜顶，提高隔热性能与防水性能，避免变电站出现温升过高或渗漏现象，提高运行稳定性。

结论：综上所述，在高压配电系统中，规范化设计要点在于环网柜、避雷器、高压计量柜与自动化系统；在低压配电系统中，规划化设计要点在于低压开关柜、低压断路器、低压计量柜与电容补偿柜等设备；对于变压器，规范化设计要点在于变压器选择、接线设计与参数设计；对于箱变外壳，规范化设计要点在于外壳材质与特殊注意事项。

参考文献：

[1]步长存.浅析箱式变电站智能管家设计方法[J].中国设备工程,2019(24):109-110.

[2]王中杰.箱式变电站设计方案的优化与实现[J].价值工程,2019,38(34):111-112.