光伏电站箱变选型分析袁洪章

袁洪章

摘要：分析主要箱变的结构及优缺点，对各种箱变进行比较，为工程中箱变选型提供建议。

关键词：箱变；干式变；选型

一引言

箱式变电站，把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、隔热、全封闭的钢结构箱体内。箱变适用于矿山、工厂企业、光伏电站和风力发电站，成为新型的成套变配电装置。箱变按照结构特点分为欧变、美变及华变，工程中根据项目实际选择合适的箱变型式。

二欧式箱变特点

1、高压配电装置结构：

欧式箱变高压配电装置，从进线方式上分为：终端型、环网型两种；从进线方位上分可分为：从箱体顶部架空进线和利用高压电缆沟从地下进出线，这是现代设计较为普遍的采用方法。

2、变压器室结构：

欧式箱变都设有独立的变压器室，变压器室主要由：变压器，自动控温系统，照明及安全防护栏等构成。

变压器运行时，将在箱变中产生大量的热量，所以变压器室的散热、通风问题是欧式箱变设计中应重点考虑的问题；变压器运行时，产生的热量使变压器室的温度不断升高，所以自然通风散热往往不能保证变压器可靠、安全运行；欧式箱变设计中，除变压器容量较小的箱变采用自然通风外，一般都设计了测温保护，用强制排风措施加以解决。该系统主要由测量装置，测变压器室温、油温均可。然后通过自动控制电路，对排风扇是否需要投入，按变压器可靠、安全运行温度的设定范围进行设置控制。

欧式箱变中，变压器既可选用油浸式变压器，也可采用干式变压器，但由于干式变压器价格较高，所以在用户没有特别要求的情况下，应首选油浸式变压器、以降低制造成本。变压器容量一般在100-1250kVA为宜，最大不应超过1600kVA。

3、低压室结构设计：欧式箱变的低压室按工矿企业或住宅小区的使用场合的不同，在设计结构上应有所不同。欧变低压室的输出路数，在结构设计上根据变压器容量大小和用户使用需求的不同而不同。变压器容量小，用户需求输出路数较少的可少设；而变压器容量大，用户要求输入出路数多的，可考虑设计路数多一些，还可考虑按带走廊操作形式进行布局。

三美式箱变特点

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。

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。

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。

变压器一般采用高燃点油（FR3）。

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。

美箱负荷开关

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，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。现在的负荷开关一般采用真空断路器。

美箱维护

由于外壳的表面处理技术问题，应加强检查其锈蚀情况；

美式箱变在油箱中填充的油一般为FR3绝缘油，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。FR3绝缘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。

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。

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。

四国产箱变特点

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。

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。

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。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。

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。

国产箱变的变压器一般均采用S9、全密封低损耗变压器，有的产品已经采用非晶合金做变压器铁芯，以降低损耗。

国产卧式箱变更准确的讲，称为欧美一体化箱变。卧式箱变的外观形同欧式箱变，但体积却大大小于欧式箱变，略大于美式箱变。这是因为卧式箱变的变压器、负荷开关及低压出线方式基本与美式箱变相同、但它有独立的变压器室。由于高、低压出线均在侧壁，所以变压器室不需考虑防护栏等设施。因卧式箱变体积小、紧凑的结构特点，使一些设计者对其顶盖设计也大大简化（不加隔热层等），仅保留了自然通风散热冷却运方式，国产卧式箱变得主要缺点为，存在局部过热现象，造成绝缘油过热分解，容易造成油中气体含量超标。

五美式箱变与欧式箱变的比较

与同容量的欧式箱变相比较，美式箱变的结构更为合理。由于欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中，变压器室温很高，引起散热困难，影响出力；另一方面在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜，所以箱式变体积较大。美式箱变与欧式箱变结构上不一样。从布置上看，其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置，而是品字型布置。从结构上看，这种箱式变分为前、后两部分前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作柄，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片，将变压器绕组、铁芯、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕，采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱，油箱及散热器暴露在空气中，没有散热困难。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。

由于结构简化，美式箱变的占地面积和体积大大减小，由于其体积很小再加上只是一侧开门，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4，体积仅为同容量欧式箱变的1/5-1/3。美式箱变高压侧采用熔断器保护，低压侧采用塑壳自动空气断路器保护，与中国10kV配变保护方式相同。高压熔断器保护变压器内部故障，自动空气断路器保护低压侧线路的过电流、短路、欠电压故障。

美式箱变存在的缺点。由于负荷开关浸在油里，油被电弧碳化、分解，产生乙炔等有害气体，使得性能下降，曾发生事故。看不到明显断开点，检修不方便。由于箱式变长期处于太阳的直晒下，影响塑壳断路器的散热，使得断路器不能正常开断负载及短路电流，易引发高压侧故障。

六变压器选型

欧式箱变可采用油浸式或干式变压器，美式箱变及华式箱变一般采用油浸变压器.油浸变与干式变区别如下：

1绝缘和散热不一样，干式变采用树脂绝缘，靠自然风冷，大容量靠风机冷却，油浸式变压器靠绝缘油进行绝缘，靠绝缘油在变压器内部循环将线圈产生的热量带到散热片进行散热.

2油浸变由于防火需要，一般安装在单独的变压器室内或室外，干式变必须安装在室内，一般安装在低压配电室内，不需要独立房间.

3对负荷承受能力不同，一般干式变应在额定容量下运行，而油浸式变压器过载能力较好.

4造价不一样，对同容量变压器来讲，干式变采购价格比油浸变高很多.

5从运行维护角度，干式变工作量小.

6区域气候比较潮湿闷热地区，易使用油浸变，在使用干式变时，应配备强制风冷设备

7干式变绝缘等级高，耐高温，油浸变绝缘等级低，不耐高温.

干式变与油浸变各有优缺点，可根据实际需要进行选型，发电厂低压厂用变压器采用干式变，高压厂用变压器及主变采用油浸变；光伏电站采用干式变与油浸变均可，从运行维护角度方便考虑，采用干式变.

七结论箱变选型建议

大中型光伏电站一般分成多个方阵，每个方阵配置一台箱变。在箱变选型时，应综合考虑价格因素，气象因素，环境因素，占地面积，运行维护要求等.从价格比较，欧式箱变价格最高，美式箱变次之，华式箱变最低；从占地面积比较，欧式箱变占地最大，华式箱变次之，美式箱变最小；从运行维护角度，华式箱变符合中国习惯；从散热方面考虑，欧式箱变变压器全室内布置，散热差，美式箱变变压器一部分在室外，散热较好，华式箱变变压器三面在室外，散热最好.

三种箱变各有优缺点及适用范围，使用单位应根据项目实际情况合理选型，提高光伏电站的安全可靠性及经济实用性，并方便运行维护，提高经济效益.

参考文献：

[1]GB17467-2010高压∕低压预装式变电站

[2]GBT1094.11-2007电力变压器第11部分干式变压器

[3]5DLT537-2002高压低压预装箱式变电站选用导则

[4].GB50797-2012光伏发电站设计规范

作者简介：

袁洪章（1968.3-），男，山东寿光人，成都科技大学电力系统及其自动化专业，高级工程师注册电气工程师，单位：山东电力建设第一工程公司，研究方向：发电厂电气专业、光伏发电、新能源发电、输变电。