原理

箱式變電站（簡稱箱變）是一種把高壓開關設備配電變壓器，低壓開關設備，電能計量設備和無功補償裝置等按一定的接線方案組合在一個或幾個箱體內(nèi)的緊湊型成套配電裝置。它適用于額定電壓10/0.4KV三相交流系統(tǒng)中，作為線路和分配電能之用。

與同容量的歐式箱變相比較，美式箱變的結構更為合理。由于歐式箱變是將變壓器及普通的高壓電器設備裝于同一個金屬外殼箱體中，變壓器室溫很高，引起散熱困難，影響出力；另一方面在箱體中采用普通的高壓負荷開關和熔斷器、低壓開關柜，所以歐式箱變體積較大。美式箱變與歐式箱變結構上不一樣。從布置上看，其低壓室、變壓器室、高壓室不是目字型布置，而是品字型布置。從結構上看，這種箱式變分為前、后兩部分前面為高、低壓操作間隔，操作間隔內(nèi)包括高低壓接線端子，負荷開關操作柄，無載調(diào)壓分節(jié)開關，插入式熔斷器，油位計等；后部為注油箱及散熱片，將變壓器繞組、鐵芯、高壓負荷開關和熔斷器放入變壓器油箱中。

避雷器也采用油浸式金屬氧化物避雷器。變壓器取消油枕，采取油加氣隙體積恒定原則設計密封式油箱，油箱及散熱器暴露在空氣中，沒有散熱困難。低壓斷路器采用塑殼斷路器作為主斷路器及出線斷路器。由于結構簡化，這種箱式變電站的占地面積和體積大大減小，由于其體積很小再加上只是一側(cè)開門，其所需占地面積僅是歐式箱變的1/4，體積僅為同容量歐式箱變的1/5-1/3。美式箱變高壓側(cè)采用熔斷器保護，低壓側(cè)采用塑殼自動空氣斷路器保護，與中國10kV配變保護方式相同。高壓熔斷器保護變壓器內(nèi)部故障，自動空氣斷路器保護低壓側(cè)線路的過電流、短路、欠電壓故障。美式箱變存在的缺點。由于負荷開關浸在油里，油被電弧碳化、分解，產(chǎn)生乙炔等有害氣體，使得性能下降，曾發(fā)生事故?？床坏矫黠@斷開點，檢修不方便。因為美國低壓保護及計量方式與中國不同，美式箱變本身不帶低壓保護和計量。為滿足國內(nèi)用戶的需要，國產(chǎn)箱變在低壓側(cè)加裝低壓配電柜。由于箱式變長期處于太陽的直曬下，影響塑殼斷路器的散熱，使得斷路器不能正常開斷負載及短路電流，易引發(fā)高壓側(cè)故障。

結構

歐式箱變

1、箱體結構：

歐式變電站的箱體是由：底座、外殼、頂蓋三部分構成。底座一般用槽鋼、角鋼、扁鋼、鋼板等，組焊或用螺栓連接固定成形；為滿足通風、散熱和進出線的需要、還應在相應的位置開出條形孔和大小適度的圓形孔。箱體外殼、頂蓋槽鋼、角鋼、鋼板、鋁合金板、彩鋼板、水泥板等進行折彎、組焊或用螺釘、鉸鏈或相關的專用附件連接成形。

不管那種材料的箱變殼體，按標準要求必須具備：防曬、防雨、防塵、防銹，防小動物（如蛇）等進入的五防功能。歐式變電站的殼體為防止炎熱夏季強烈的日光輻射，其頂部一般都設有導熱系數(shù)較低的隔熱材料作填料。常用的填料有：巖棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等。

在統(tǒng)一設計的傳統(tǒng)“組合式變電站”中，一般在殼體中也填充隔熱填料，這種方法大多數(shù)設計者已不在采用，這是因為：隔熱填料雖然能防止炎熱夏季強烈的日光輻射，同時也阻礙了變壓器運行時產(chǎn)生大量熱量的散發(fā)，所以設計者們除保留在殼體上沖百葉窗孔的方法外，同時采用加大散熱面積、加強空氣對流的方法散熱，同時還可減少制造成本。

歐式箱變的表面處里：歐式箱變表面處里的方法較多，中國北方大多采用傳統(tǒng)的噴漆、烤漆、噴塑等方法進行處理；在中國南方經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，除采用上述方法外，還在水泥板結構的殼體外貼上彩色瓷磚，或貼貼面等方法進行表面處理，特別是置于住宅小區(qū)的箱變外觀，與當?shù)亟ㄖ锏娘L格更加協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

2、高壓配電裝置結構：

歐式箱變高壓配電裝置，從進線方式上分為：終端型、環(huán)網(wǎng)型兩種；從進線方位上分可分為：從箱體頂部架空進線（傳統(tǒng)箱變用此法較多）和利用高壓電纜溝從地下進出線，這是現(xiàn)代設計較為普遍的采用方法。

以SF6氣體為滅弧介質(zhì)的SF6系列負荷開關較多，其成本高于FN-10系列高壓負荷開關。這類開關結構、有帶熔斷器、不帶熔斷器、接地開關等，但一般都裝有帶電顯示器；操作機構一般為手動，也有電動操作的。帶熔斷器的，當回路出現(xiàn)短路故障能自切斷開關，保護電路及變壓器、開關等設備。

還有以真空為滅弧介質(zhì)的真空開關，這類開關可以單獨使用、也可與熔斷器配用，還可與SF6系列負荷開關串接使用，不過這樣將使成本增大，如用戶無特別要求不須這樣使用。

高壓計量：高壓配電裝置中，如用戶有高壓計量要求的，還須設置高壓計量柜。

中國各地供電部門，對高壓或低壓計量問題沒有統(tǒng)一的要求。西北地區(qū)供電規(guī)程規(guī)定：變壓器容量大于160KVA時，必須采用高壓計量；高壓計量柜開關必須由供電部門控制。北京、天津等華北地區(qū)供電部門則認為：箱式變電站計量應以低壓側(cè)為好，這樣，可以提高供電可靠性，減少高壓計量帶來的不穩(wěn)定因素，對變壓器本身的損耗，可折算成電費，由用戶承擔。

箱式變電站高壓計量柜的結構一般由：CT、PT、及計量表計，遙控、遙測裝置等構成。

3、變壓器室結構：

歐式箱變都設有獨立的變壓器室，變壓器室主要由：變壓器，自動控溫系統(tǒng)，照明及安全防護欄等構成。

變壓器運行時，將在箱變中產(chǎn)生大量的熱量向變壓器室內(nèi)散發(fā)，所以變壓器室的散熱、通風問題是歐式箱變設計中應重點考慮的問題；變壓器運行時，源源不斷的產(chǎn)生大量的熱量，使變壓器室的溫度不斷升高，特別是環(huán)境溫度高時，溫度升高更快，所以只靠自然通風散熱往往不能保證變壓器可靠、安全運行；歐式箱變設計中，除變壓器容量較小的箱變采用自然通風外，一般都設計了測溫保護，用強制排風措施加以解決。該系統(tǒng)主要由測量裝置，測變壓器室溫、油溫均可。然后通過手動和自動控制電路，對排風扇是否需要投入，按變壓器可靠、安全運行溫度的設定范圍進行設置控制。

歐式箱變中，變壓器既可選用油浸式變壓器，也可采用干式變壓器，但由于干式變壓器價格較高，所以在用戶沒有特別要求的情況下，應油浸式變壓器、以降低制造成本。變壓器容量一般在100-1250KVA為宜，不應超過1600KVA。

4、低壓室結構設計：

歐式箱變的低壓室按工礦企業(yè)或住宅小區(qū)的使用場合的不同，在設計結構上應有所不同。一般對于工礦企業(yè)使用的歐式箱變，應對動力供電、照明供電進行分開設計。在采用低壓計量時，一般情況下，要求對照明用電進行分開計度，這主要是因為照明用電的單位價格，普遍高于動力用電。在住宅小區(qū)使用的變電站在結構設計上，則不須考慮動力用電的問題。

歐變低壓室的輸出路數(shù)，在結構設計上根據(jù)變壓器容量大小和用戶使用需求的不同而不同。變壓器容量小，用戶需求輸出路數(shù)較少的可少設；而變壓器容量大，用戶要求輸入出路數(shù)多的，可考慮設計路數(shù)多一些，還可考慮按帶走廊操作形式進行布局。

美式箱變

中國的箱變最初是從歐式箱變發(fā)展而來的，其體積往往比較龐大。隨著中國對外經(jīng)濟的開放，市場經(jīng)濟的大力發(fā)展，大約在90 年代，美式箱變在中國市場打入了美式箱變，并以其的特點在中國市場獲得了迅速的發(fā)展。中國從南到北，從東到西，幾乎到處都可以看到這種美式箱變的身影，而且大都是國內(nèi)廠家仿造的產(chǎn)品，其質(zhì)量可以說參差不齊。通過這些年的應用和實踐，有必要對美式箱變結合中國國情進行認真分析，給予正確定位，以此來推動中國箱變的技術和市場發(fā)展。

美式箱變的主要特點：

過載能力強，允許過載2倍2個小時，過載1.6倍7個小時而不影響箱變壽命。

采用肘式插接頭，可以十分方便高壓進線電纜的連接，并可在緊急情況下作為負荷開關使用，即可帶電拔插。

采用雙熔斷器保護，插入式熔斷器（BAY—o—net）為雙敏熔絲（溫度、電流）保護箱變二次側(cè)發(fā)生的短路故障。后備限流保護熔斷器（ELSP）保護箱變內(nèi)部發(fā)生的故障，用于保護高壓側(cè)。

變壓器一般采用高燃點油（FR3）。

高壓負荷開關保護用熔斷器等全部元件都與變壓器鐵芯、繞組放在同一油箱內(nèi)。

美式箱變外殼的防腐和防護：

美式箱變，其箱體采用防腐設計和特殊噴漆處理，可適用于各種惡劣環(huán)境，如多暴風雨和高污染地區(qū)。其箱體在噴漆前經(jīng)過八道預處理工序，然后進行七道噴漆和烘烤工序才算完成，可見其對防腐的慎重態(tài)度。而國內(nèi)生產(chǎn)的美式箱變殼體幾乎沒有進行特殊處理，基本上是采用酸洗后，靜電噴涂處理，甚至有的企業(yè)連酸洗處理都不進行，更有甚者，在外表面上只進行噴漆處理，可想而知，其外殼的防腐能力如何。即便是靜電噴涂處理，由于底表面進行處理時往往會出現(xiàn)一些死角，而靜電噴涂在這些沒有處理好的部位上很難噴涂上粉末，所以必然留下銹蝕的隱患。由于箱變要長年累月的在風吹、雨淋、日曬的戶外環(huán)境中工作，如果表面處理不好，銹蝕將是十分嚴重的。這一問題是十分重要的，也是國內(nèi)幾十年來一直十分關注、重視、研究的課題，所以有許多廠家采用一些其它技術來解決這— 問題。關于防護問題，美式箱變的變壓器油箱和散熱片部分裸露在外邊，其目的就是為了改善散熱條件。但是，由于其直接暴露在陽光下，在陽光的熱輻射下，會不會影響溫升，還沒有詳細介紹。此外，裸露在外的部分很容易受到外力的碰撞、敲擊而遭到損壞。如果一旦損壞，變壓器油就會大量流失，后果不堪設想，所以一些國內(nèi)廠家在散熱片部位又包上一層鋼板，以求得增加防護能力。

美式箱變的高壓負荷開關：

美式箱變的負荷開關是放入到變壓器油箱內(nèi)。油浸式三相聯(lián)動開關可分為二位置（終端式）、四位置（環(huán)網(wǎng)式）兩種，由于此負荷開關是放在變壓器油箱中，其關合位置只能根據(jù)外部操作面板的指示來判斷，而且其操作要通過專用的絕緣操作桿來進行，所以其操作較比復雜。從這一點來看，其操作很不方便。此外，由于看不見負荷開關的開斷觸頭（即明顯斷開點），所以在開斷后，給人們一種不放心的感覺。此外，其負荷開關一旦發(fā)生故障，更換、維修都將是十分困難。負荷開關一般采用真空斷路器。

關于美式箱變的維護

美式箱變安裝使用后，基本上無須維護，但國內(nèi)所生產(chǎn)的產(chǎn)品由于多種原因，箱變的維護工作卻是的。

由于外殼的表面處理技術問題，應加強檢查其銹蝕情況；

美式箱變在油箱中填充的油一般為FR3絕緣油，其燃點可達312℃，并且具有優(yōu)良的電熱特性、絕緣強度高、潤滑性好、熄弧能力強、無毒、可以進行生物分解，因此地減少了對環(huán)境和健康的危害。FR3絕緣油不象傳統(tǒng)礦物油那樣會形成沉淀物，而國內(nèi)生產(chǎn)的美式箱變絕大部分填充的都是25#普通礦物油。此外，一般情況下美式箱變的油箱上部都充有惰性氣體，以防止空氣中的水份交換到油中去。而國產(chǎn)的美式箱變可能還沒有企業(yè)進行此項工作，時間一長，油的性能就要降低，加之其密封性能達不到7個Psig的要求，所以必須定期換油。

美式箱變無油溫保護，只有一個溫度計來顯示油溫，當油溫太高時，依靠插入式熔斷器來進行保護，還有一個壓力釋放閥，用來釋放油箱內(nèi)太大的壓力。因此，應該經(jīng)常檢查在此兩種情況下熔斷器是否正常運行，及外殼是否發(fā)生滲漏油現(xiàn)象。

由于美式箱變的油箱裸露在外部，因此應經(jīng)常進行巡視，以防止在外力碰撞下受到損害而發(fā)生滲漏油。

國產(chǎn)箱變

國產(chǎn)箱變同美式箱變相比增加了接地開關、避雷器，接地開關與主開關之間有機械聯(lián)鎖，這樣可以保證在進行箱變維護時人身的99%安全。國產(chǎn)箱變每相用一只熔斷器代替了美式箱變的兩支熔斷器做保護，其特點是當任一相熔斷器熔斷之后，都會保證負荷開關跳閘而切斷電源，而且只有更換熔斷器后，主開關才可合閘，這一點是美式箱變所不具備的。

國產(chǎn)箱變一般采用各單元相互獨立的結構，分別設有變壓器室、高壓開關室、低壓開關室，通過導線連成一個完整的供電系統(tǒng)。

變壓器室一般放在后部。為了方便用戶維修、更換和增容的需要，變壓器可以很容易的從箱體內(nèi)拉出來或從上部吊出來。由于變壓器放在外殼內(nèi)，其有利的因素是可以防止陽光直接照射變壓器而產(chǎn)生的溫升，同時也可以有效地防止外力碰撞、沖擊及發(fā)生觸摸感電事故；其不利因素是對變壓器的散熱提出了較高的要求。高壓開關室內(nèi)安裝有獨立封閉的高壓開關柜，柜內(nèi)一般安裝有產(chǎn)氣式、壓氣式或真空式負荷開關—熔斷器組合電器，其上安裝的高壓熔斷器可以保證任一相熔斷器熔斷都可以使其主開關分閘，以避免缺相運行。此外還裝有接地開關，其與主開關相互連鎖，即只有分開主開關后，才可合上接地開關，而合上接地開關后，主開關不能關合，以此來保證維護時的安全。在柜內(nèi)還裝有高壓避雷器，整個開關的操作十分方便，只須使用專用配套手柄，就可實現(xiàn)全部開關的關合分斷。同時還可以通過透明窗口觀察到主開關的分合狀態(tài)。

低壓開關柜：一般低壓開關柜內(nèi)都裝有總開關和各配電分支開關、低壓避霄器、電壓和總電流、分支電流的儀表顯示，同時，為了更好的保護變壓器運行安全，往往采取對變壓器上層油溫進行監(jiān)視的措施。當油溫達到危險溫度時，其可以自動停止低壓側(cè)工作（斷開低壓側(cè)負荷），當然其動作值可以根據(jù)要求自行設定。

外殼及防護：國產(chǎn)箱變的各開關柜分別制成獨立柜體，安裝到外殼內(nèi)，可以很方便的更換和維護，同時也提高了防護能力和安全性。其鋼板外殼均采用特殊工藝進行防腐處理，使其防護能力可以達到20年以上。同時，上蓋采用了雙層結構以減少陽光的熱輻射，其外觀可以按照用戶要求配上各種與使用環(huán)境相協(xié)調(diào)的顏色，以達到與自然環(huán)境相適應相點綴的效果。

其它方面：美式箱變和國產(chǎn)箱變均可以增加計量補償?shù)确矫娴墓δ?，只不過是體積稍有增大而已。此外，國產(chǎn)箱變也可以采取肘式電纜頭進行進線電纜插接。順便指出，國產(chǎn)箱變的變壓器一般均采用S9全密封低損耗變壓器，而國外有的產(chǎn)品已經(jīng)采用非晶合金做變壓器鐵芯，以求得降低損耗。在國內(nèi)非晶合金變壓器已經(jīng)有小批量生產(chǎn)，換句話說，就是一次性投資較大，但其帶來的經(jīng)濟效益還是相當可觀的。

國產(chǎn)臥式箱變更準確的講，應稱為歐美一體化箱變，更為貼切。臥式箱變的外觀形同歐式箱變，但體積卻大大小于歐式箱變，略大于美式箱變。這是因為臥式箱變的變壓器、負荷開關及低壓出線方式基本與美式箱變相同、但它有獨立的變壓器室。由于高、低壓出線均在側(cè)壁，所以變壓器室不需考慮防護欄等設施。因臥式箱變體積小、緊湊的結構特點，使一些設計者對其頂蓋設計也大大簡化（不加隔熱層等），僅保留了自然通風散熱冷卻運方式。使置于箱變體內(nèi)的變壓器的散熱水平大大降低 。

特點

箱式變電站主要由多回路高壓開關系統(tǒng)、鎧裝母線、變電站綜合自動化系統(tǒng)、通訊、遠動、計量、電容補償及直流電源等電氣單元組合而成，安裝在一個防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉、可移動的鋼結構箱體內(nèi)，機電一體化，全封閉運行，主要有以下特點：

技術安全可靠

箱體部分采用技術及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標準集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，保證20年不銹蝕，內(nèi)封板采用鋁合金扣板，夾層采用防火保溫材料，箱體內(nèi)安裝空調(diào)及除濕裝置，設備運行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在-40℃～+40℃的惡劣環(huán)境下正常運行。箱體內(nèi)一次設備采用全封閉高壓開關柜（如：xgn型）、干式變壓器、干式互感器、真空斷路器，彈簧操作機構、旋轉(zhuǎn)隔離開關等國內(nèi)技術設備，產(chǎn)品無裸露帶電部分，為全封閉、全絕緣結構，能達到零觸電事故，全站可實現(xiàn)無油化運行，安全性高，二次采用微機綜合自動化系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守。

自動化程度高

全站智能化設計，保護系統(tǒng)采用變電站微機綜合自動化裝置，分散安裝，可實現(xiàn)"四遙"，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，每個單元均具有獨立運行功能，繼電保護功能齊全，可對運行參數(shù)進行遠方設置，對箱體內(nèi)濕度、溫度進行控制和遠方煙霧報警，滿足無人值班的要求；根據(jù)需要還可實現(xiàn)圖像遠程監(jiān)控。

工廠預制化

設計時，只要設計人員根據(jù)變電站的實際要求，作出一次主接線圖和箱外設備的設計，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號，所有設備在工廠一次安裝、調(diào)試合格，真正實現(xiàn)變電站建設工廠化，縮短了設計制造周期；現(xiàn)場安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其它需調(diào)試的工作，整個變電站從安裝到投運大約只需5～8天的時間，大大縮短了建設工期。

組合方式靈活

箱式變電站由于結構比較緊湊，每個箱均構成一個獨立系統(tǒng)，這就使得組合方式靈活多變，一方面，我們可以全部采用箱式，也就是說，35kv及10kv設備全部箱內(nèi)安裝，組成全箱式變電站；也可以僅用10kv開關箱，35kv設備室外安裝，10kv設備及控保系統(tǒng)箱內(nèi)安裝，對于這種組合方式，特別適用于農(nóng)網(wǎng)改造中的舊站改造，即原有35kv設備不動，僅安裝一個10kv開關箱即可達到無人值守的要求?？傊?，箱式變電站沒有固定的組合模式，使用單位可根據(jù)實際情況自由組合一些模式，以滿足安全運行的需要。