欧式箱变在我国研发较早,从1985年开始北京、天津、东北等地一些变压器、高低压开关柜厂、研究院、所等便开始了“组合式变电站”即现在所称“欧式变电站”的研发、制作。
1990年11月、在机电部第一装备司领导的支持下,由沈阳变压器研究所组织,成立了以沈变所:贺以燕、王肇平、赵景莲任组长北京变压器二厂:刘景江、周永庆任付组长的,全国“组合式变电站统一设计组”。并从北京变压器二厂、北京第二、第三开关厂、北京变压器厂北、锦洲高压开关厂、广州南阳电器厂、佛山变压器厂等20个单位,抽调有相关设计经验的22名专业工程技术人员,组成统一设计组成员。在北京通洲,北京变压器二厂开始了“组合式变电站”全国统一设计工作。
在“组合式变电站”统一设计中,他们按机械电子工业部1989年颁发的《组合式变电站专业标准ZBK4001-89》和能源部1989年颁发的标准《箱式变电站技术条件》,并借鉴日本工业标准《箱式高压变电站JISC4620-1986》进行统一规范的设计。
转眼间“欧式变电站”的发展已经历了20年历程,集20年的研究、开发、生产制作、运行经验,使其在各方面更加成熟。在使用遥控、遥测技术进行监控的也日益增多;但不管怎么变,其基本结构仍然未变;欧式变电站整体仍然是由:箱体、高压室、低压室、变压器室组成,现具体阐述如下。
(一)、箱体结构
欧式变电站的箱体是由:底座、外壳、顶盖三部分构成。
底座一般用槽钢、角钢、扁钢、钢板等,组焊或用螺栓连接固定成形;为满足通风、散热和进出线的需要、还应在相应的位置开出条形孔和大小适度的圆形孔。
箱体外壳、顶盖槽钢、角钢、钢板、铝合金板、彩钢板、水泥板等进行折弯、组焊或用螺钉、铰链或相关的专用附件连接成形。
不管那种材料的箱变壳体,按标准要求必须具备:防晒、防雨、防尘、防锈,防小动物(如蛇)等进入的五防功能。欧式变电站的壳体为防止炎热夏季强烈的日光辐射,其顶部一般都设有导热系数较低的隔热材料作填料。常用的填料有:岩棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等。
在统一设计的传统“组合式变电站”中,一般在壳体中也填充隔热填料,这种方法目前大多数设计者已不在采用,这是因为:隔热填料虽然能防止炎热夏季强烈的日光辐射,同时也阻碍了变压器运行时产生大量热量的散发,所以设计者们除保留在壳体上冲百叶窗孔的方法外,同时采用加大散热面积、加强空气对流的方法散热,同时还可减少制造成本。
欧式箱变的表面处里:
欧式箱变表面处里的方法较多,我国北方大多采用传统的喷漆、烤漆、喷塑等方法进行处理;在我国南方经济发达地区,除采用上述方法外,还在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更加协调、统一。
(二)、高压配电装置结构
欧式箱变高压配电装置,从进线方式上分为:终端型、还网型两种;从进线方位上分可分为:从箱体顶部架空进线(传统箱变用此法较多)和利用高压电缆沟从地下进出线,这是现代设计较为普遍的采用方法。
从配电设备上,传统箱变采用的高压开关有:FN-10/400-630A系列的高压负荷开关,这种开关动、静触点均暴露于空气中,易明显看到开关触点的通、断状态;再配装FFLAJ-50-100A带座熔断器,接地开关、避雷器、带电显示器;它将开关系统封闭于带有机玻璃观察的高压柜门内,通过操作手柄,带动开关操作机构,进行开、断与接地操作。这是传统终端型箱变的最简单,经济的常用结构。
目前采用以SF6气体为灭弧介质的SF6系列负荷开关较多,其成本高于FN-10系列高压负荷开关。这类开关结构、有带熔断器、不带熔断器、接地开关等,但一般都装有带电显示器;操作机构一般为手动,也有电动操作的。带熔断器的,当回路出现短路故障能自切断开关,保护电路及变压器、开关等设备。
还有以真空为灭弧介质的真空开关,这类开关可以单独使用、也可与熔断器配用,还可与SF6系列负荷开关串接使用,不过这样将使成本增大,如用户无特别要求不须这样使用。
高压计量
高压配电装置中,如用户有高压计量要求的,还须设置高压计量柜。
我国各地供电部门,对高压或低压计量问题没有统一的要求。西北地区供电规程规定:变压器容量大于160KVA时,必须采用高压计量;高压计量柜开关必须由供电部门控制。北京、天津等华北地区供电部门则认为:箱式变电站计量应以低压侧为好,这样,可以提高供电可靠性,减少高压计量带来的不稳定因素,对变压器本身的损耗,可折算成电费,由用户承担。
箱式变电站高压计量柜的结构一般由:CT、PT、及计量表计,遥控、遥测装置等构成。
欧式箱变高压柜体的深度,根据所选开关、开关柜的型号、生产厂家的不同而不同;高压柜体的宽度,与环网或终端型、是否有高压计量有关,应根据以上具体情况灵活确定。
(三)、变压器室结构
欧式箱变都设有独立的变压器室,变压器室主要由:变压器,自动控温系统,照明及安全防护栏等构成。
变压器运行时,将在箱变中产生大量的热量向变压器室内散发,所以变压器室的散热、通风问题是欧式箱变设计中应重点考虑的问题;变压器运行时,源源不断的产生大量的热量,使变压器室的温度不断升高,特别是环境温度高时,温度升高更快,所以只靠自然通风散热往往不能保证变压器可靠、安全运行;欧式箱变设计中,除变压器容量较小的箱变采用自然通风外,一般都设计了测温保护,用强制排风措施加以解决。该系统主要由测量装置,测变压器室温、油温均可。然后通过手动和自动控制电路,对排风扇是否需要投入,按变压器可靠、安全运行温度的设定范围进行设置控制。
变压器油箱内顶层的允许最高温度,按国标《GB1094.1-5-8》和《变压器运行规程》规定,不超过95?C度;干式变压器线圈表面温度不超过80?C度的规定限值,为排风扇投入运行温度的最高设定上限。
变压器室内一般设有照明装置,该照明装置一般应满足开门即灯亮,关门即灯灭的要求进行设计控制。变压器室的防护栏是欧式变设计者们广泛采用的安全防护重要手段,所以一般欧式箱变均有此结构。
欧式箱变中,变压器既可选用油浸式变压器,也可采用干式变压器,但由于干式变压器价格较高,所以在用户没有特别要求的情况下,应首选油浸式变压器、以降低制造成本。变压器容量一般在100-1250KVA为宜,最大不应超过1600KVA。
(四)低压室结构设计
欧式箱变的低压室按工矿企业或住宅小区的使用场合的不同,在设计结构上应有所不同。一般对于工矿企业使用的欧式箱变,应对动力供电、照明供电进行分开设计。在采用低压计量时,一般情况下,供电局要求对照明用电进行分开计度,这主要是因为照明用电的单位价格,普遍高于动力用电。在住宅小区使用的变电站在结构设计上,则不须考虑动力用电的问题。
欧变低压室的输出路数,在结构设计上根据变压器容量大小和用户使用需求的不同而不同。变压器容量小,用户需求输出路数较少的可少设;而变压器容量大,用户要求输入出路数多的,可考虑设计路数多一些,还可考虑按带走廊操作形式进行布局。
低压开关等设备及仪表的选择
在箱变的传统设计中,总开关以选用:DW10、DZ10、DW15系列开关为主;而在现阶段设计中,从价格、质量等因素综合考虑,笔者推荐使用常熟开关厂、人民电器厂等生产的系列产品。
在低压回路中,对于是否选用隔离开关的问题:从电路结构及安全的综合因素考虑,不管总路或支路,设计隔离开关较为妥善;但使会使欧变体积,成本增高;所以笔者认为,可根据用户要求与否,灵活考虑。对于采用低压计量的,计量CT、PT应选择精度较高的;仪器,仪表可选用正泰等单位生产的产品。
在箱变的低压柜中,因异步电机、变压器、日光灯均为感性负载、它们将使电网功率因素下降,影响供电质量,所以按一般要求、都应接入无功补偿电容器。
美式箱变
美式箱变进入我国的研发、设计、生产时间与欧变比较,相对较晚。因美式箱变与欧式箱变在其结构上相差甚大,但它又具备欧式箱变无法比的一些优势,所以引入我国,而且如今已拥有相当数量的用户,现已成为我公司的主要产品。
美式箱变结构特点、优势主要有如下方面:
(一)、美式箱变体积小,重量轻,制造成本低
美式箱变没有独立的变压器室、这是使美式箱变体积大大小于欧式箱变的因素之一。
美式箱变的变压器直接暴露于户外,主要是利用变压器油进行冷却,绝缘和散热。变压器的散热片、也是变压器散热的重要途径。
开断变压器的负荷开关置于变压器内,变压器的低压侧出线直接与负荷开关的出线端相连,负荷开关的进线端,则与箱体侧壁上,美式套管井连接。低压出线也置于箱壁上,使低压侧出线直接与低压柜相连,使低压侧母排的连接距离也大大缩短。这些结构特点使美式箱变的体积和同容量的欧式箱变比,仅为其的三分之二,甚至更小。
事情总是一分为二的,正是由于美式箱变的这些结构紧凑、体积小的优点,也给它带来了一些无法克服的缺点,其主要缺点是:
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、游离,导致变压器油加速老化,使绝缘降低。
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。
卧式箱变
卧式箱变是近两年发展起来的一种新型产品,以其设计紧凑,体积较小、制造成本较低,而受到制造厂商和用户的喜爱。这种箱变目前在我国南方经济发达省市发展较为迅速。
卧式箱变更准确的讲,应称为欧美一体化箱变,更为贴切。卧式箱变的外观形同欧式箱变,但体积却大大小于欧式箱变,略大于美式箱变。这是因为卧式箱变的变压器、负荷开关及低压出线方式基本与美式箱变相同、但它有独立的变压器室。由于高、低压出线均在侧壁,所以变压器室不需考虑防护栏等设施。因卧式箱变体积小、紧凑的结构特点,使一些设计者对其顶盖设计也大大简化(不加隔热层等),仅保留了自然通风散热冷却运方式。使置于箱变体内的变压器的散热水平大大降低。其散热成为值得探讨的问题。
卧式箱变、美式箱变的计度方式及无功补偿的设计基本与欧式箱变类似。
综上所述,欧式箱变的综合性能指标优于美式、卧式箱变,但制造成本相对较高;美式箱变体积小、结构紧凑、制造成本低等优点深受用户喜爱;但其缺陷也不容忽视;卧式箱变的结构体积等居于二者之间,但其造价相对较低,目前也得到迅速发展。
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