箱式变电站在铁路供电系统中的应用

杨 林 黎文生

（西安铁路局绥德供电管理所，陕西 绥德 718000）

箱式变电站在铁路供电系统中的应用

杨 林 黎文生

（西安铁路局绥德供电管理所，陕西 绥德 718000）

箱式变电站是终端变电站，是将高压一次设备、变压器、低压一次设备和二次仪表等集中在一个箱体中，进行供配电的小型变电站。文章对其相关技术进行了研究，并结合工程实际，设计出一种应用于铁路变电系统的35KV箱式变电站，对其智能监控系统进行了相应的介绍。

箱式变电站；铁路供电；智能监控

箱式变电站又称户外成套变电站、预装式变电站，发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家。由于其具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入20世纪90年代中期，我国开始出现简易箱式变电站，并得到了迅速发展，在铁路供电系统中广泛应用。

1 箱式变电站的类型

1.1 箱式变电站的主要类型

箱式变电站主要有美式箱式变电站、欧式箱式变电站和国产紧凑型变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，以区别欧式预装式变电站。它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接。国产紧凑型变电站结合了美式变电站和欧式变电站的优点，在国内也具有广泛的应用。在西安铁路局供电系统中，主要采用美式预装箱式变电站。

1.2 美式预装式变电站的结构型式

1型：变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱；

2型：变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内；

3型：变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。

其中1型为美式箱变的原结构，它的特点是结构紧缩、简洁、体积小、重量轻。2型和3型为1的变形。这种变型的理论根据是：开关操作和熔断器的动作造成的游离碳会影响整个箱变的寿命。由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、工矿企业及各种公共场所，如机场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等，由于铁路供电系统一般远离负荷中心，且距离长、工况条件差，使用箱式变电站具有积极的意义。

2 箱式变电站电气部分设计

在具体的安装过程中，特别是针对预装变电站应设计成能够安全正常使用，为达到方便检查和维护的目的，应该从以下几个方面着重考虑：

2.1 接地

除按 GB/T11022，还应符合以下规定：应提供一条连接预装式变电站的每个元件的接地导体。接地导体的电流密度，如用铜导体，当额定短路持续时间为 1s时不应超过200A/mm2，当额定短路持续时间为3s时不应超过125A/mm2；但其截面积不应小于30mm2。它的端部应有合适的接线端子，以便和装置的接地系统连接。

2.2 辅助设备

对于预装式变电站内的低压装置(例如照明、辅助电源等)，适用时，按GB/T14821.1或GB7251.1防护等级：防止人员触及危险部件、并防止外来物体进入和水分浸入设备的保护是必需的。

2.3 主接线设计与一次设备选型

预装式变电站外壳的防护等级应不低于 GB4208—1993中的IP23D更高的防护等级可以按GB4208予以规定。箱式变电站总体布置如图1所示。

图1 箱式变电站总体布置图

2.4 操作通道

预装式变电站内部的操作通道的宽度应适应于进行任何操作和维护。该通道的宽度应为0.8m或更大些。预装式变电站内部的快关设备和控制设备的门应朝出口方向关闭，或者是转动的，这样不致减少通道的宽度。门在任一开启位置或开关设备和控制设备突出的机械传动装置不应将通道的宽度减少到0.5m。

2.5 预装式变电站的选用

对于给定的运行方式，选用预装式变电站时，要按正常负荷条件和故障情况的要求来选择各元件的额定值。外壳级别的选择取决于周围温度和变压器的负荷系数。对某一额定外壳等级，变压器的负荷系数取决于变电站安装处的周围温度。对变动的负荷，可按GB/T17211，采用一个修正系数。

2.6 主变压器与箱体之间应满足最小防火净距

《35～110kV变电站设计规范》中规定，耐火等级为二级的建筑物与变压器(油浸)之间最小防火净距为 10m。其面对变压器、可燃介质电容器等电器设备的外墙(符合防火墙要求)，在设备总高加3m及两侧各3m的范围内不设门窗不开孔洞时，则该墙与设备之间的防火净距可不受限制；如在上述范围内虽不开一般门窗，但设有防火门时，则该墙与设备之间的防火净距应等于或大于5m。配电装置的最低耐火等级为二级，箱式配电站箱体内部一次系统采用单元真空开关柜结构，每个单元均采用特制铝型材装饰的大门结构，每个间隔后部均设有双层防护板，即可打开的外门，在设计工作中，主变与箱体之间最小防火净距建议采用 10m，以确保变电所安全运行。

2.7 35kV电缆出线应穿钢管敷设

为求美观，变电所内35kV箱式配电站箱体四围一般均设计为水泥路面，35kV线路终端杆一般在变电所围墙外10m处。如果将电缆直埋，引至线路终端杆，将给检修带来很大不便。因此35kV电缆出线应穿钢管敷设，以方便维护检修。如35kV线路终端杆距离变电所较远，则箱体至变电所围墙段的35kV电缆出线必须穿钢管敷设。在电缆出线末端的线路终端杆上装设新型过电压保护器，以防止过电压。

3 箱式变电站内部电器设备选定

3.1 箱式变电站高压配电装置接线应尽量简单

高压配电装置的接线应该既有终端变电站接线，也应有适应环网供电的接线。高压配电装置宜采用符合开关加熔断器组合结构，油浸式变压器容量在800kVA及以上时，应采用能切断电源的装置与变压器瓦斯保护相配合。高压配电装置

应具有防止误拉、合开关设备，带负荷拉、合刀闸，带电挂地线，带地线合闸和工作人员误入带电间隔的五防措施。负荷开关和熔断器之间也应有可靠的连锁。箱体门内侧应附有主回路线路图、控制线路图、操作程序及注意事项。母线宜采用绝缘导线(或绝缘母线)。高压进出线应考虑电缆的安装位置和便于进行试验。

3.2 变压器应采用损耗低、体积小、适合箱体内安装的结构

根据具体的工作要求，可以采用油浸式、干式或气体绝缘式、无载调压式或有载调压式。变压器如有油枕，其油标应便于监视。变压器的铭牌应面向箱门一侧。容量 315kVA及以上变压器，宜装设电接点温度计，以监测变压器上层油温(或气体温度)和启动通风冷却装置。

4 箱式变电站智能监控系统设计

预装式变电站和传统的供电所相比，虽然有着明显的优势，但仍存在一些不足之处，比如没有变压器故障监控，无防环境影响的保护控制等。传统的保护只在高压侧配置负荷开关和熔断器，变压器有的装有专用温度控制器，低压室出线一般设有空气开关和塑壳开关。鉴于这种情况，对箱式变电站智能监控采用预装式变电站智能监控单元。它集中采集了预装式变电站所有有用的信息，包括电参量、环境温湿度、变压器温度等信息。通过对这些信息的综合分析作出对应动作，确保变电站的经济、安全运行，延长使用寿命。箱变的监控内容主要有以下几个方面：

4.1 电参量监测与保护

实时在线监测高压侧三相入口电压/出口电流，低压侧各输出端口电流，记录运行时的电压，电流，功率，功率因数，供上位机调用或本地监测；实时监测预装式变电站三相高压端出口电流故障，根据故障状态及时分断负荷开关或向上位机发送故障状态信号。

4.2 防凝露保护

预装式变电站一般用于户外，对高压室，低压室实时在线监测温湿度信号，根据当前温湿度值及时启停除湿，升温设备，破坏凝露的生成，有效防止高压开关和低压开关设备因表面出现凝露而发生闪络放电事故。

4.3 变压器室温度保护

变压器在运行过程中由于负荷及各种原因的影响，温度容易升高，若不及时对其降温，或在温度急聚上升时做出相应地处理，将影响变压器出力甚至设备故障或永久损坏。通过实时监测变压器绕组温度或变压器油温，当监测温度超过设定值时，可启动风扇，强迫排风散热。

4.4 参数在线数字化显示和设定

使用8位LED循环显示高压侧入口三相电压和出口三相电流、低压侧各输出端口电压高压侧低压室温湿度和变压器室温度，通过按“显示”键可显示高压侧最新出口故障电流。故障电流地整定值和各路温湿度的上小限设置值均可通过键盘设置修改，或通过上位机下发命令而设置修高故障电流整定值和温湿度上下限值。

4.5 系统组网与集中化管理

预装式变电站无人值守的特点，使得系统组网成为必然。现场总线通信RS485/422人机通信接口能方便地通过电力线载波、无线电信道、通信电缆与县调或地调进行可靠通信，符合部颁通信规约标准，从而全面支持“四遥”功能。

5 结束语

箱式变电站在铁路供电系统中具有及其重要的作用，采用预装式箱式变电站具有设备紧凑、重量轻、体积小，且可移动等优点，尤其是在户外工作环境下具有不可比拟的作用。再配以智能监控系统，能够确保变电站安全、稳定、经济的运行。该设计方案也可以应用于其他领域的变电站设计。

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[2] 包建伟.35KV箱式变电站在农网改造与建设中的应用 [J].农村科技,2010(02).

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TM633

A

1008-1151(2011)08-0132-02

2011-04-26

杨林（1978－），男，陕西扶风人，西安铁路局绥德供电管理所助理工程师，从事电气设备的设计、安装与维护工作。