优化预装式变电站壳体的浅论

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摘要：亿力电器设备有限公司生产预装式变电站（俗称箱变）已有十几年历史，从早先的高低压柜自制、壳体外购发展到全部自行生产。随着形势的发展，对箱变的要求不断提高，特别对箱变的外壳有了更高的要求，本文就优化预装式变电站壳体展开论述。

关键词：箱变；预装式变电站；壳体

作者简介：陈小青（1959-），男，福建福州人，福州亿力电器设备有限公司，工程师。（福建 福州 350000）

中图分类号：TM64  文献标识码：A  文章编号：1007-0079（2011）36-0137-02

亿力电器设备有限公司生产预装式变电站（俗称箱变）已有十几年历史，从早先的高低压柜自制、壳体外购发展到全部自行生产。随着形势的发展，对箱变的要求不断提高，特别对箱变的外壳有了更高的要求。下面笔者谈谈对箱变壳体的认识和经验与大家共同探讨，以求箱变外壳设计更趋合理，更好地推动箱变设计的整体发展和进步。

一、简介

箱变是近年来配电设备市场中趋热的产品之一，它在国家现代化生产、生活中起到不可替代的作用。预装式变电站顾名思义就是将中压配电网未端变电站预先在工厂内制造、装配，包括变压器、高压开关设备和控制设备、内部接线（电缆、母排等）、计量、补偿、避雷器等辅助设备配置于一个公用外壳或一组外壳内，并按相应的标准通过了型式试验的一种成套变电站。本地区箱变很少用于永久性使用，多数用于施工工地、路灯、园林、公园等项目中。有时有人将其称为组合式变电站、组合式变压器等。而箱变外壳不但可以起到保护箱弯内配电设备，免除人、畜误入的作用，而且可以起到修饰箱变、装点环境的作用。外壳设计好坏直接影响到里面电器设备的工作状态及其功能的发挥，也影响到箱变总体形象与周围环境的和谐程度。箱变外壳常常因为其内部的电器设备不同，所处环境不同，生产厂家不同而五花八门，千差万别，形式多种多样。但是，百变不离其中。其总体设计仍然有规律可循。福州地区箱变外壳式样相对比较单一。近期省公司营销部通知要求：箱变和环网柜外壳应使用防沾贴涂料覆盖，防止被涂贴影响美观。亿力电器为适应市场需求和响应上级要求，在产品外观上作了很多创新，得到相关部门的认可。箱变外壳按其结构可分为：整体式、分体式等，按材料可分为：普通钢板、水泥预制板、玻璃纤维增强塑料板及铝合金板、彩钢复合板等，按所处位置可分为地上、地下、半地下等（本公司和上海山勇公司合作生产的地埋式箱变在白湖亭收费站附近已使用多年运行情况良好）。

二、总体结构

1.两种布置结构

预装式变电站的外壳总体结构包括三个主要部分：高压室、变压器室和低压配电室；其总体布置主要有两种形式：一种为组合式，另一种为一体式。组合式是指定这三部分各为一室而组成“目”字型或“品”字型布置。而一体式是指以变压器为主体，熔断器及负荷开关等装在变压器箱体内，构成一体布置。组合式布置在采用IEC标准的国家被广泛采用。“目”字型与“品”字型相比，“目”字型接线较为方便，故大多数采用“目”字型布置，但“品”字型结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品”字型布置更为有利。

2.选择温差

外壳是预装式变电站的关键水平之一，外壳等级通常是在自然风散热条件下按变压器油面温度在箱体内和箱体外的温度差分10K、20K、30K，当箱体外、箱体内温差等于、小于10K则为10K，大于等于20K为20K，依此类推。选择箱变容量时，通常由变压器容量查外壳等级对应负荷曲线，确定箱变容量。因此，外壳等级是箱变外壳设计先进性的重要标志，国外设计比较好的欧变（如西门子），可达到5K。采用强迫通风，可提升外壳等级，如由20K降为10K或更多。但是排风扇质量必须可靠，以往曾发生过变压器负荷过载，同时排风扇又坏了，而烧坏变压器的事故。因此，在GB/T17467中不提倡强迫冷却方式，箱变可以配不同的外壳及不同的使用条件下使用，同时有几个相应外壳等级。

三、通风方式

国内外壳等级大多为5K、10K、20K，本公司生产的箱变外壳吸取国内扣环式或迷宫式通风槽优点，在自然通风条件下，可以达到5K以下。

箱变顶盖为单体且可提起，它有硬浮泡填充的强化玻璃纤维聚脂壳构成，壳体、壁板和门板符合高绝缘的要求，两侧环流通风借助铝材筛板可防止异物进入，杜绝小动物引起的接地、短路事故。

户外箱变在结构上采用了顶盖与箱体之间用弹簧拉紧的措施，在正常情况下顶盖紧闭，出现故障发生电弧时，故障电弧产生的巨大能量使箱体的内部压力迅速上升，此时，由弹簧拉紧的顶盖被抬高几厘米将压力迅速释放，避免发生爆炸故。

四、不同材料对比

预装式变电站的外壳是给变电站盖小房子。外壳结构：骨架是用成型钢材焊接或用螺栓联接而成，外壳可采用普通钢板、普通彩钢板、敷铝锌板、不锈钢板及铝合金板、表面再涂防护油漆。也可采用玻纤水泥预制板的非金属箱变。壳体结构具有优良的耐久性、抗腐性和抵抗内部故障电弧的影响。一般环境条件下可选用普通钢板、普通彩钢板，易腐蚀、锈蚀的环境可选用敷铝锌板、铝板及不锈钢板。普通钢板造价较低，但耐腐蚀性较差。而后几种金属材料的耐腐蚀相对就好些，他们共同特点是制做比较简单。而非金属材料大都具有防潮、耐腐蚀、阻燃、维修少的特点。欧洲有些公司推荐采用非金属材料。如阿尔斯通提供的外壳材料比较如表1。

五、玻璃纤维水泥优于钢板

由此可知，抗腐蚀性、抗火性、抗内部电弧性性能等，两种水泥外壳显著优于金属外壳。尤其是最近几年国内新推出的玻璃纤维增强水泥板，这种材料是用特种玻璃纤维和特种水泥预加工而成，具有许多特点。

（1）该材料机械强度高，耐热抗压，比钢筋水泥结构轻4/5。

（2）具有抗紫外线辐射、抗曝晒性能好，可避免因外部温度而引起箱内温度升高。

（3）易成型，外形可变性好，装饰性强，对环境具有适应性和协调性，可涂色对环境也有点缀效果。

（4）防潮、阻燃、耐腐蚀，能适应各种气候条件，壳体不会因冷热而产生凝露。

（5）特殊玻璃纤维水泥壳体制作成本比钢板低，比有色金属材料更低，有利于降低造价。

六、金属壳体比较

预装式变电站的外壳材料若采用钢板，钢板厚度一般为3mm，外表涂油漆。由于用于户外，外壳风吹日晒雨淋，油漆容易斑剥，过几年应再刷油漆，重整如新。外壳若用铝合金，一般厚度为2mm，可加肋加固，外表亦应涂色，与环境协调。若用彩钢复合板，厚度一般为50mm，彩钢复合板的两边外层的厚度一般为0.6mm彩色钢板，中间为泡沫板，两者胶合在一起。此板的色彩在轧制时已涂上，经久耐用，十几年不会脱落。在做壳体时应先画好尺寸，用曲线锯锯掉中间泡沫，再装上安装用的金属构件即可，总之，加工简单。这种预装式变电站装好后，外表不再涂油漆。

七、防护等级

预装式变电站是户外调和，防止人体、小动物及异物进入并触及电体，保护人身及设备安全十分重要，但其密封要求一般不突出。如西门子预装式变电站外壳采DIN40050.EN60519或IEC规定的防护等级为IP40。其它欧洲公司也有类似情况。国内箱变一般防护等级可达到IP23D，但有的非开关类企业生产箱变，对防护等级概念不清楚，有的通风百叶窗槽宽10mm以上（没有加装防护网）。

八、外壳形状、色彩要与周边环境相协调

随着箱变越来越多地进入到风景名胜区、城市观光区、豪华别墅区等，对箱变外形、色彩设计也越来越高。多生产一些亭台楼阁、洋楼、别墅形状的外壳再辅之以和谐的色彩风景画、壁画加以装饰，使之不但不会成为环境的一个秽点，而且会成为一个景观一个环境中的一大亮点。

九、总结

随着科技进步，社会的发展，预装式变电站外壳设计又将迈上了一个新台阶。把握住今后的发展方向，使其外壳设计更好地顺应时代要求是我们急切关注和要解决的问题。

1.箱变外壳设计将向小型化、紧凑型、经济型方向发展

随着城市用地日趋紧张，小型的的、紧凑布置的、价格相对便宜的箱变会越来越受到追捧，而且随着电气设备的小型化也会促使箱变外壳的小型化和紧凑化。现在，已经有厂家打破原有的结构布置形式，而改用上下布置，更大地减少占地，降低成本。

2.向组合式、模块式方向发展

现在，大多数厂家生产箱变外壳都是单台生产，从底座、骨架、壳体、箱盖、元器件安装调试到检验出厂，生产周期过长，制约了规模化生产，难以保证生产质量和产品的互换、更新。而只有通过将箱变外壳分解，使之变成底座、侧板、顶盖和门等标准的模块配件，预制、储存，才可能在需要时组合拼装生产，减少现场焊接量，缩短生产周期，降低成本，提高产品质量，促进规模化生产。现在本公司的产品已按模块化发展，将主要件预制、储存，使生产进度大大加快。

3.向非金属外壳、景观型方向发展

由于箱变使用量日趋扩大，不少箱变已进入公园、风景名胜、旅游胜地、高档住宅区、城市商业中心等，箱变必须适应环境，甚至要求成为景观的一个组成部分，因此已出现了一些影视型箱变，如：古建筑风貌、迪斯尼乐园式小洋楼、小别墅、风景艺术外壳、亭台等。目前国产的景观型箱变，显著优于进口的以简单几何图形为基调的箱变。可以预测今后三到五年，随着箱变市场的进一步扩大，景观型箱变的数量和使用比例将不断提升。当然，用户对变通型箱变的造型和色彩也很重视。应配置有个性的外形和色彩。非金属外壳不光有比较好的防腐功能，而且易设计较好景观外形，近年来市场占有率上升较快，预计不太长一段时间内非金属外壳和景观箱变可占到箱变总量的40%~50%。本公司技术部门已提出玻纤水泥箱变可行性试制方案，近期将往苏州商谈专利转让。

4.向地下、半地下方向发展

随着我国经济的持续而快速的发展，我国的城市越来越多，越来越大，城市人口越来越多，城市建筑用地日趋紧张，城市用电负荷越来越大、越来越集中。这就要求建设一个占地少、集约化程度高、使用安全可靠的供电系统。而且地下、半地下箱式变电站正是顺应了这种时代要求而出现的新型变电站。这种新型箱变借鉴国外的成功经验最大限度地节约用地，符合现代化大城市向地下发展的急迫需求。

以上只是本人对箱变壳体的技术总结，相信随着科学技术的发展，新设备、新材料、新设计手段的出现，预装式变电站的外壳设计也会不断发展更新。更多采用新设计理念、新材料、新工艺生产的箱变在不久的将来就会出现在我们的视野中，亿力电器将朝着这个方向不断创新和改进，紧跟时展。这也将会给我国的现代化建设增添更大的活力。