美式箱变和国产箱变的技术分析与比较

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/5/30 17:21:14

关键词: 技术分析

摘要：介绍了美式箱变的技术性能和结构，并结合我国国情对其进行了技术分析，同时介绍了国产箱变的一些主要技术性能、结构、特点并与美式箱变进行了比较。

关键词：美式箱变；分析；国产箱变，比较

TechnicalAnalysisandComparisionbetweenAmericanBoxTransformer

SubstationandHomeBoxTransformerSubstation

SUNBen′an1,ZHOUXiao—ming2

(1.ShenyangElectricDrivingResearchInstitute，Shenyang110025China；2.ProductQualitySupervisionandTestInstituteofLiaoningProvince，Shenyang110034China)

Abstract：ThispaperpresentsthetechnicalpropertiesandconstructionofAmericanboxtransformersubstatiomandmakestechnicalanalysesforitcombinedwithChina′sactualconditions．Inthemeantimeitalsopreseatssomemaintechnicalproperties，construction，featuresofhomeboxtransformersubstationandcomparisionwithAmericanboxtransformersubstation．

Keywords:Americanboxtransformersubstation；analysis；homeboxtransformersubstation；compari—sion

1概述

随着现代化城市建设的发展，城市用电负荷的急骤增加，供电半径越来越小，架空送电已经逐渐被电缆送电所取代，这些都为箱式变电站的发展提供了极大的空间。

箱式变电站是60年代从国外发展起来的一种新式供电设备，从结构上来说，基本上可分为欧洲式和美国式两种。箱式变电站在我国已有30多年的发展历史，生产厂有上百家，年产上万台。

箱式变电站的名称在发展过程中各国家和公司叫法不一，有的叫“箱式变电站”、“工厂组装式变电站”、“亭子式户外变电站”，还有的叫“落地式变电站”和“紧凑型变电站”。1989年我国原能源部及后来的电力部的标准取名为“箱式变电站”，原机械部标准取名为“组合式变电站”。1998年我国制订了GB/T17467—1998标准，取名为《高压/低压预装式变电站》(high—voltage/low—voltageprefabricatedsubstation)，其等效采用IEC1330—1995标准的原则。至于现在市场上的名称和称呼，已成为俗称或行业名称，在此为了叙述方便，简称为“箱变”。

箱变具有成套性强、体积小、占地少、能伸入负荷中心、提高供电质量、减少损耗、送电周期短、选址灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点。而且可以安装到人行道旁、绿化区、生活小区、生产现场等场合，与周围环境浑然一体，成为其景色的一个点缀。正是箱变这些独具特点，使其被越来越多的用户所接受和欢迎。

我国的箱变最初是从欧式箱变发展而来的，其体积往往比较庞大。随着我国对外经济的开放，市场经济的大力发展，大约在90年代，美国COOPER公司率先在中国市场打入了美式箱变，并以其独有的特点在中国市场获得了迅速的发展。目前，我国从南到北，从东到西，几乎到处都可以看到这种美式箱变的身影，而且大都是国内厂家仿造的产品，其质量可以说参差不齐。通过这些年的应用和实践，有必要对美式箱变结合我国国情进行认真分析，给予正确定位，以此来推动我国箱变的技术和市场发展。

2美式箱变的技术性能

2.1箱变的电气原理图

2.2美式箱变的主要技术参数

美式箱变符合“美国电力制造商协会(NEMA)”，和“美国国家标准局(ANSI)”所颁布的最新标准，其主要技术数据见表1

2.3美式箱变的主要特点

2.3.1过载能力强，允许过载2倍2个小时，过载1.6倍7个小时而不影响箱变寿命。

2.3.2采用肘式插接头，可以十分方便高压进线电缆的连接，并可在紧急情况下作为负荷开关使用，即可带电拔插。

2.3.3采用双熔断器保护，插入式熔断器(BAY—o—net)为双敏熔丝(温度、电流)保护箱变二次侧发生的短路故障。后备限流保护熔断器(ELSP)保护箱变内部发生的故障，用于保护高压侧。

2.3.4变压器一般采用高燃点油(R—TEMP)。

2.3.5高压负荷开关保护用熔断器等全部元件都与变压器铁芯、绕组放在同一油箱内。

3美式箱变外壳的防腐和防护

据美国COOPER公司的美式箱变资料介绍，其箱体采用防腐设计和特殊喷漆处理，可适用于各种恶劣环境，如多暴风雨和高污染地区。其箱体在喷漆前经过八道预处理工序，然后进行七道喷漆和烘烤工序才算完成，可见其对防腐的慎重态度。而目前国内生产的美式箱变壳体几乎没有进行特殊处理，基本上是采用酸洗后，静电喷涂处理，甚至有的企业连酸洗处理都不进行，更有甚者，在外表面上只进行喷漆处理，可想而知，其外壳的防腐能力如何。即便是静电喷涂处理，由于底表面进行处理时往往会出现一些死角，而静电喷涂在这些没有处理好的部位上很难喷涂上粉末，所以必然留下锈蚀的隐患。由于箱变要长年累月的在风吹、雨淋、日晒的户外环境中工作，如果表面处理不好，锈蚀将是十分严重的。这一问题是十分重要的，也是国内几十年来一直十分关注、重视、研究的课题，所以有许多厂家采用一些其它技术来解决这—问题。

关于防护问题，美式箱变的变压器油箱和散热片部分裸露在外边，其目的就是为了改善散热条件。但是，由于其直接暴露在阳光下，在阳光的热幅射下，会不会影响温升，目前还没有详细介绍。此外，裸露在外的部分很容易受到外力的碰撞、敲击而遭到损坏。如果一旦损坏，变压器油就会大量流失，后果不堪设想，所以一些国内厂家在散热片部位又包上一层钢板，以求得增加防护能力。

4美式箱变的高压负荷开关

美式箱变的负荷开关是放入到变压器油箱内。油浸式三相联动开关可分为二位置(终端式)、四位置(环网式)两种，其主要技术参数如下：

额定工作电流：600A；

额定工作电压：15kV；

雷电冲击耐压：95kV；

1分钟工频耐压：35kV；

负荷开断电流：600A；

2秒短时耐受电流：12000A；

额定短路关合电流：12000A；

机械寿命：2000次。

由于此负荷开关是放在变压器油箱中，其关合位置只能根据外部操作面板的指示来判断，而且其操作要通过专用的绝缘操作杆来进行，所以其操作较比复杂。从这一点来看，其操作很不方便。此外，由于看不见负荷开关的开断触头(即明显断开点)，所以在开断后，给人们一种不放心的感觉。此外，其负荷开关一旦发生故障，更换、维修都将是十分困难。

5美式箱变的熔断器保护

美式箱变的高压侧保护采用两级熔断器作为短路保护，可以分别对高压侧内部故障和二次侧短路故障进行保护，其两级保护熔断器全部插入在油箱中。

插入式熔断器可以在箱变带负荷情况下更换熔丝，其与负荷开关无任何机械关联，这样，按我国国情来看，我们的用电一般都不太均衡，而且负荷侧短路故障也是十分突出。一旦二次侧短路故障达到一定数量级时，完全有可能造成插入式熔断器熔断而导致两相运行，如果不能及时发现，就会诱发更大故障。因此此种保护不太理想。当然，这种故障有时可以用减少负荷用户(即增加单位用户用电量，例如：每户由2000W用电量设计为4000～5000W用电量)，在低压侧采取保护措施等方法来解决。但由于用电负荷侧的故障是随机的且不可预料，加之我们很多制造厂对低压侧的配电开关选择不是很合理，所以很容易导致插入式熔断器的某相熔断之现象。这里应指出，美式箱变原装机不配低压分支开关，而是采用直接进户的方式，这是由于其国情所决定的。

再有，美式箱变的油温过高也是依靠插入式熔断器的熔断来进行保护的。

对于美式箱变的后备保护熔断器，主要作用是保护变压器一次侧绕组发生的短路故障，换句话说，变压器的一次绕组短路造成限流熔断器熔断后，这台箱变基本上就不可能再维修了，只能返厂。因此，此熔断器熔断，一次侧短路都会给美式箱变带来无法修复的后果。其次，美国COOPER公司生产的美式箱变可以加装全绝缘氧化锌避雷器，但在国内生产的所有美式箱变几乎没有一家安装的，这应该说是一个严重的缺陷。高压避雷器无论从防雷还是抑制操作过电压等因素来说，都是十分必要的。

6关于美式箱变的维护

可以这样说，美式箱变安装使用后，基本上无须维护，但国内所生产的产品由于多种原因，箱变的维护工作却是不可缺少的。

6.1由于外壳的表面处理技术问题，应加强检查其锈蚀情况

6.2美式箱变在油箱中填充的油一般为R—TEMP油，其燃点可达312℃，并且具有优良的电热特性、绝缘强度高、润滑性好、熄弧能力强、无毒、可以进行生物分解，因此最大程度地减少了对环境和健康的危害。R—TEMP油不象传统矿物油那样会形成沉淀物，而国内生产的美式箱变绝大部分填充的都是25#普通矿物油。此外，一般情况下美式箱变的油箱上部都充有惰性气体，以防止空气中的水份交换到油中去。而国产的美式箱变可能还没有企业进行此项工作，时间一长，油的性能就要降低，加之其密封性能达不到7个Psig的要求，所以必须定期换油。

6.3美式箱变无油温保护，只有一个温度计来显示油温，当油温太高时，依靠插入式熔断器来进行保护，还有一个压力释放阀，用来释放油箱内太大的压力。因此，应该经常检查在此两种情况下熔断器是否正常运行，及外壳是否发生渗漏油现象。

6.4由于美式箱变的油箱裸露在外部，因此应经常进行巡视，以防止在外力碰撞下受到损害而发生渗漏油。

7美式箱变与国产箱变的对比

7.1如前所述的主接线图可见，国产箱变同美式箱变相比增加了接地开关、避雷器，接地开关与主开关之间有机械联锁，这样可以保证在进行箱变维护时人身的绝对安全。国产箱变每相用一只熔断器代替了美式箱变的两支熔断器做保护，其最大特点是当任一相熔断器熔断之后，都会保证负荷开关跳闸而切断电源，而且只有更换熔断器后，主开关才可合闸，这一点是美式箱变所不具备的。

7.2国产箱变的主要技术参数见表2

7.3两种箱变均采用：“品”字形结构(以500KVA为例，其外形尺寸美式箱变长1965，宽1450，高1850；国产箱变长920，宽1650，高1850)。可见其外形尺寸无大差别。

7.4国产箱变的负荷开关

国产箱变的高压负荷开关一般可分为产气式、压气式、真空式等，其主要技术参数如下；

额定工作电流：630A；额定工作电压：10kV；

雷电冲击耐压：85kV；1分钟工频耐压：48kV；

负荷开断电流：630A；4秒热稳定电流：20kA；

额定短路关合电流：50kA；机械寿命：2000次。

7.5国产箱变的结构和防护

国产箱变一般采用各单元相互独立的结构，分别设有变压器室、高压开关室、低压开关室，通过导线连成一个完整的供电系统。

7.5.1变压器室一般放在后部。为了方便用户维修、更换和增容的需要，变压器可以很容易的从箱体内拉出来或从上部吊出来。由于变压器放在外壳内，其有利的因素是可以防止阳光直接照射变压器而产生的温升，同时也可以有效地防止外力碰撞、冲击及发生触摸感电事故；其不利因素是对变压器的散热提出了较高的要求。

7.5.2高压开关室内安装有独立封闭的高压开关柜，柜内一般安装有产气式、压气式或真空式负荷开关—熔断器组合电器，其上安装的高压熔断器可以保证任一相熔断器熔断都可以使其主开关分闸，以避免缺相运行。此外还装有接地开关，其与主开关相互连锁，即只有分开主开关后，才可合上接地开关，而合上接地开关后，主开关不能关合，以此来保证维护时的安全。在柜内还装有高压避雷器，整个开关的操作十分方便，只须使用专用配套手柄，就可实现全部开关的关合分断。同时还可以通过透明窗口观察到主开关的分合状态。

7.5.3低压开关柜：一般低压开关柜内都装有总开关和各配电分支开关、低压避霄器、电压和总电流、分支电流的仪表显示，同时，为了更好的保护变压器运行安全，往往采取对变压器上层油温进行监视的措施。当油温达到危险温度时，其可以自动停止低压侧工作(断开低压侧负荷)，当然其动作值可以根据要求自行设定。

7.5.4外壳及防护：国产箱变的各开关柜分别制成独立柜体，安装到外壳内，可以很方便的更换和维护，同时也提高了防护能力和安全性。其钢板外壳均采用特殊工艺进行防腐处理，使其防护能力可以达到20年以上。同时，上盖采用了双层结构以减少阳光的热幅射，其外观可以按照用户要求配上各种与使用环境相协调的颜色，以达到与自然环境相适应相点缀的效果。

7.6其它方面

美式箱变和国产箱变均可以增加计量补偿等方面的功能，只不过是体积稍有增大而已。此外，国产箱变也可以采取肘式电缆头进行进线电缆插接。顺便指出，国产箱变的变压器一般均采用S9全密封低损耗变压器，而国外有的产品已经采用非晶合金做变压器铁芯，以求得降低损耗。在国内非晶合金变压器已经有小批量生产，换句话说，就是一次性投资较大，但其带来的经济效益还是相当可观的。两种箱变的其它功能基本上是大同小异而已，本文不再介绍。

8结束语

通过以上对美式箱变的技术性能分析和与国产箱变的对比介绍，可以说两种产品各有特色。从某种意义上来说，国产箱变更适合我国国情，具有更大的可靠性和安全性。同时也应该承认，国产箱变也借鉴了一些美式箱变的特点来完善提高产品的性能。但我们还必须看到国产箱变(包括仿制的美式箱变)的制造质量和外观等方面仍有很多要改进和提高的地方，尤其是美式箱变的许多元件国产化以后，其质量十分令人担忧，这是一切业内人士都应该看到和认识到的。只有这样，相信我国的箱变一定能够达到一个新的更高的水平而走向世界。以上分析属个人看法，仅供参考，但箱式变电站肯定是一个大有作为的产品，它必将随着国民经济的发展，而获得长足的进步和大规模的发展。

来源：中国电力技术资讯

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