箱变在我国的应用现状及存在问题

摘要：解析了目前国内应用的欧式、美式、国产式三大流派箱式变电站的特性及存在问题，并对国产箱变的改进作了简要介绍。
关键词：箱式变电站；特性；应用现状

　　当前由于城市电网改造和市场化建设，架空线改为电缆入地，城市变电站向小型化、节地、节能、无人值班发展，带来箱式变电站(即预装式变电站，以下简称箱变)的迅猛发展和大量应用。了解各种箱变的特性，发现并解决应用中出现的问题将有利于箱变更好地服务于配电网络的发展。

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。有的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；并将正常使用条件下，变压器在外壳内的温升和同一台变压器在外壳外的温升之差分为10K、20K、30K三个等级，规定了外壳级别有10、20、30三种。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吹风冷却的措施，避免降容。

20世纪80年代中期，前电力工业部进口了梅兰，日兰公司(现并人施耐德公司)箱变并分发给有关供电局试用，对在我国推广箱变，起了促进作用。

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。我国国家计委交通能源司于1998年4月8日颁发的(由国电公司科技局、安运部领导会签的)计司交能函(1998)26号文指出：此类箱变如不进行改进，则不适用于我国10kV中性点不接地电网系统。

　　(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，在上世纪中期这不失为聪明的选择，但这也带来一系列问题，尤其是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。GE公司对此的解释是其采用非晶合金铁心，励磁电源仅是安培级，因此游离碳很少，只要在操作时先断开低压开关即可减少污染。但实际上，美国生产的箱变大部分还是硅钢片铁心，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，不论是GE、Cooper还是美国ABB公司的产品，都只能达到12kV／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16kV／3s以上，而美国ABB公司不能解决此问题。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是“爆炸式”(英文原文)。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“四工位”负荷开关，在手动切换操作时还得仔细找正位置，要实现遥控操作找正位置在机构上、可靠性上都是十分困难的。

　　(7)出线开关少。有人说美式箱变价格便宜，其实不然。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，二者相加价格并不低，而变压器厂出售美式箱变远比出售变压器利润高。

　　(8)标准问题。美式箱变并不符合变电站的全部功能，此点逐渐为人所知。为此沈阳变压器研究所特地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。

　　由于以上原因，国内有识之士提出要限制美式箱变在电网中的应用，以实现可持续发展。

3 箱变在应用中应注意的问题

　　在南方一些地区，箱变的应用正在日益普及，但是有些产品的结构不太合理，既浪费材料(特别是铜母排)，又增加事故隐患。现提出主要几点，和用户单位、设计部门及电力部门专业同志研讨。

3．1 箱变的主保护

　　当前，箱变能够得到广泛的推广使用，得益于高压(12kV)侧组合电器(负荷开关+高压限流熔断器)一箱变主保护的发明和不断完善。其功能是在变压器内部发生故障时，高压侧的开关电器快速、及时地切断电源，避免变压器内部故障扩大。在油浸变压器中，由于液体的不可压缩性，绝缘油在电弧作用下所分解的气体(85％以上为氢和乙炔等可燃性气体)膨胀而将油箱炸开，因此主保护电器的特性配合至关重要。1989年国际配电网会议提供的资料表明，如果能够在20ms内切除故障，变压器油箱不会被炸开。断路器因为有继电保护动作时间，再加上断路器固有动作时间和燃弧时间，一般全开断时间不少于60ms，不能有效的防止油箱炸开、故障扩大。高压限流熔断器则具有速断功能，可在10ms内熔断而切除电源，防止故障扩大。......
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