箱式變電站是一種把高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預(yù)制、緊湊式的配電設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，象這種具有成套性強(qiáng)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)方便、以及投資少、見(jiàn)效快、送電周期短等特點(diǎn)的箱式變電站在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。特別是由于城市規(guī)劃、土地升值過(guò)快等多方因素，使得安裝方便、占地面積小的小容量箱式變電站（1000KVA以下）已成為用戶(hù)的首選，一改對(duì)箱式變電站臨時(shí)性設(shè)備的認(rèn)識(shí)。這就使市場(chǎng)需求逐年擴(kuò)大，眾多電器廠家紛紛進(jìn)行生產(chǎn)制造，市場(chǎng)出現(xiàn)了各種各樣的箱式變電站。箱式變電站最大的特點(diǎn)是：“利用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的組合，充分滿(mǎn)足專(zhuān)一用戶(hù)的供電需求。”既然是專(zhuān)一，就是不通用，這就要求制造廠按不同的用戶(hù)需求來(lái)設(shè)計(jì)制造，每個(gè)用戶(hù)所用的供電變壓器容量、開(kāi)關(guān)回路多少、外圍環(huán)境、布置方式等均有差異。由于變壓器安裝在戶(hù)外的箱體中，戶(hù)外太陽(yáng)的爆曬和變壓器本身產(chǎn)生的熱量能否散出以保證變壓器正常的工作就成了用戶(hù)最為關(guān)心的問(wèn)題。下面就以箱式變電站的溫升問(wèn)題為主談?wù)勎夜驹谙渥冎圃爝^(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，以供大家探討，共同提高我國(guó)箱式變電站的制造水平。
一、溫升問(wèn)題
1、溫升是箱變壽命和功率的主要制約因素
     箱變主要發(fā)熱元件--變壓器在運(yùn)行過(guò)程中要產(chǎn)生損耗，這些損耗將全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。熱量的一部分使變壓器自身的溫度升高，另一部分散發(fā)到周?chē)目諝庵腥?。變壓器的所有電磁載體都是發(fā)熱體，而鐵心和繞組是最主要的發(fā)熱體。
    變壓器的壽命取決于其絕緣介質(zhì)的壽命。在正常運(yùn)行條件下，主要是溫度對(duì)絕緣介質(zhì)產(chǎn)生影響。長(zhǎng)期的高溫會(huì)使絕緣介質(zhì)老化，逐漸喪失其耐電性能。
各種絕緣介質(zhì)在某一溫度作用下都有一定的壽命。油浸式變壓器所采用的絕緣材料主要是絕緣紙和紙板，設(shè)計(jì)壽命一般為二十年。通過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，人們認(rèn)為：與二十年壽命相對(duì)應(yīng)的絕緣介質(zhì)長(zhǎng)期允許的最高溫度約為98℃。也就是說(shuō)，油浸式變壓器中的絕緣介質(zhì)在98℃的溫度作用下，可以連續(xù)運(yùn)行二十年。
    變壓器中各部位的溫度是不同的，在額定條件下運(yùn)行時(shí)，各部位的溫度都不應(yīng)該超過(guò)絕緣材料所允許的最高工作溫度。所以，GB1094標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油浸式變壓器的正常使用條件為：
海撥不超過(guò)1000m，最高氣溫+40℃，最熱月平均溫度+30℃，最高年平均溫度+20℃等；規(guī)定了變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的溫升限值為：頂層油溫升55K（非全密封型），繞組平均溫升65K。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升限值是把變壓器周?chē)諝獾哪昶骄鶞囟?0℃作為基數(shù)，是頂層油溫和繞組平均溫度對(duì)年平均20℃空氣溫度的差值。變壓器的絕緣最重要的是繞組絕緣，一般認(rèn)為，繞組最熱點(diǎn)溫度與平均溫度相差13K，所以，繞組的平均溫升限值是98-20-13=65K。
     變壓器在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量是靠熱傳導(dǎo)、熱輻射和對(duì)流這三種形式散出的。從繞組到繞組表面，熱量靠熱傳導(dǎo)的形式散出；從繞組表面到油中，靠對(duì)流的形式散出；熱量從油箱外壁散到空氣中是靠對(duì)流和輻射這兩種形式實(shí)現(xiàn)的。油箱外壁對(duì)空氣的溫差最大，約占總溫升的60%--70%，從這點(diǎn)看，變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度是很重要的。
     現(xiàn)在不少箱式變電站中安裝了干式變壓器，干式變壓器的繞組溫升限值是100K，最熱點(diǎn)溫度與平均溫度相差15K，干式變壓器的正常使用條件與油變相同。 但是，干式變壓器是一個(gè)比油變高得多的熱源，從干變到變電站內(nèi)的空間再到變電站外的空間，有很大的溫度梯度。一般的干式變壓器都帶有風(fēng)機(jī)，可以在強(qiáng)迫風(fēng)冷的狀態(tài)下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)使變壓器的溫度更快地散發(fā)到周?chē)慕橘|(zhì)中。這就要求箱式變電站具備更好的通風(fēng)散熱條件。要求變電站內(nèi)、外空 間的溫度保持不變難以做到，但必須控制變電站對(duì)外部空氣的溫升，使之趨于最小。
    安裝在箱式變電站中的變壓器同樣要求周?chē)諝獾哪昶骄鶞囟炔坏酶哂?0℃，由于環(huán)境惡劣導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行溫度升高，一方面將影響變壓器的壽命，另一方面，如果要保證變壓器的額定負(fù)荷，其繞組的直流電阻將變大，負(fù)載損耗增加，促使變壓器的溫度進(jìn)一步升高，最終不得不降低負(fù)荷，從而使變壓器的使用效率降低。以S9-630kVA為例，為保證溫升限值而降低負(fù)荷，其相互關(guān)系見(jiàn)圖1。
2、雙層通道式結(jié)構(gòu)解決了溫升問(wèn)題
      用戶(hù)選購(gòu)一臺(tái)供電變壓器，都希望能滿(mǎn)負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷使用，要保證這個(gè)希望值，就必須注重箱變外殼的自然通風(fēng)量的設(shè)計(jì)，外邊的冷空氣要與箱變里的熱空氣形成對(duì)流，從而確保供電變壓器的繞組溫升，保證滿(mǎn)負(fù)荷或短時(shí)超負(fù)荷能力。我們是這樣解決溫升這個(gè)問(wèn)題的；外殼采用自然對(duì)流的雙層隔熱的風(fēng)道結(jié)構(gòu)（該結(jié)構(gòu)已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利），采用這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本滿(mǎn)足供電變壓器的散熱要求。在短時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，我們?cè)鲈O(shè)了溫控強(qiáng)排風(fēng)裝置確保供電變壓器安全運(yùn)行。我們?cè)诓捎么嗽O(shè)計(jì)方案之前也走過(guò)一段彎路，一開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)采用單層結(jié)構(gòu)不行，就采用雙層填充隔熱材料的結(jié)構(gòu)，結(jié)果一驗(yàn)證，我們做了個(gè)保溫箱。后又改成頂部通風(fēng)，增加了強(qiáng)制通風(fēng)等手段，溫升問(wèn)題解決了，但又帶來(lái)了凝露問(wèn)題。就這樣通過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證和數(shù)百處的改進(jìn)，最終確定了現(xiàn)在的這種方案。并在電科院做了多種規(guī)格的型式試驗(yàn)，其溫升值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值（見(jiàn)溫升試驗(yàn)記錄表）。按新方案生產(chǎn)的幾百臺(tái)箱式變電站已投入運(yùn)行，使用在南方、北方等地區(qū)，經(jīng)歷了嚴(yán)冬和酷暑的考驗(yàn)。       
3、溫升試驗(yàn)的計(jì)算
     箱式變電站選用導(dǎo)則的電力部標(biāo)準(zhǔn)DL/T537-2002及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17467-1998 6.2中關(guān)于溫升試驗(yàn)的說(shuō)明是這樣的：溫升試驗(yàn)的目的是校驗(yàn)箱式變電站外殼設(shè)計(jì)的正確性，即能正常運(yùn)行和不縮短站內(nèi)元件的預(yù)期壽命。試驗(yàn)時(shí)必須測(cè)量變壓器液面和繞組（干式變壓器只測(cè)繞組）的溫升和低壓設(shè)備的溫升。試驗(yàn)應(yīng)證明：變壓器在外殼內(nèi)的溫升與同一臺(tái)變壓器在外殼外部測(cè)得的溫升差值不大于外殼級(jí)別規(guī)定的數(shù)值，如級(jí)別0（0K）、級(jí)別10（10K）、級(jí)別20（20K）、級(jí)別30K（30K），而每一級(jí)別值是這樣計(jì)算的：△t≤△t2-△t1(注: △t2 變壓器在外殼內(nèi)的溫升  △t1變壓器在外殼外部的溫升)
國(guó)內(nèi)關(guān)于箱變外殼的級(jí)別△t數(shù)值如下：
級(jí)別0  △t≤0K， 級(jí)別10  △t≤10K， 級(jí)別20 △t≤20K， 級(jí)別30  △t≤30K
現(xiàn)將國(guó)內(nèi)某一知名品牌所提供的變壓器型式試驗(yàn)報(bào)告溫升數(shù)據(jù)為例：
1）、干式變壓器
SCB9-630KVA干式變壓器實(shí)測(cè)溫升為：高壓繞組  80K  低壓繞組  77K雙層通道式結(jié)構(gòu)的箱式變電站內(nèi)同規(guī)格型號(hào)干式變壓器實(shí)測(cè)溫升為：高壓繞組 86K  低壓繞組81.1K。則外殼級(jí)別數(shù)值為：高壓繞組△t= 86K-80K=6K（10級(jí)） 低壓繞組△t 81.1K-77K=4.1K（10級(jí)）從上面所列出的數(shù)據(jù)表明，雙層通道式結(jié)構(gòu)的箱式變電站已經(jīng)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的10級(jí)水平。

2）、油浸式變壓器
S9M-500kVA油浸式變壓器在外殼外面實(shí)測(cè)溫升為：頂層油面：48.8K  高壓繞組  54.8K  低壓繞組60.5K
雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變電站內(nèi)同規(guī)格型號(hào)的油浸式變壓器實(shí)測(cè)溫升為：頂層油面 51.4 K  高壓繞組 56.3K  低壓繞組62.8K
則外殼級(jí)別數(shù)值為：頂層油面△t=51.4K-48.8K=2.6K（10級(jí)）   高壓繞組△t=56.3K-54.8K=1.5K（10級(jí)）低壓繞組△t=62.8K-60.5K=2.3K（10級(jí)）
      從上面所列出的數(shù)據(jù)表明，箱變的外殼級(jí)別值△t遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10級(jí)別，所以說(shuō)雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的箱式變電站已經(jīng)完全達(dá)到國(guó)家規(guī)定的10級(jí)水平。因此，雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的箱變是非常成功的，完全達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
表1為雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的箱變DXB-1250KVA（裝干式變壓器）箱式變電站溫升型式試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)。
二、雙層通道式結(jié)構(gòu)的箱式變電站箱體的綜合指標(biāo)
1、選用材料
      雙層通道式結(jié)構(gòu)箱式變電站箱體的材料可以是金屬、非金屬或者兩者的組合，按照GB/T2423.4-1997標(biāo)準(zhǔn)要求能耐受一定機(jī)械力的作用，即20J的撞擊力的作用。如果外殼是非金屬的，是耐老化阻燃性材料，應(yīng)采用靜電屏蔽或加大電氣距離等方法，以防止產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電荷.
2、結(jié)構(gòu)型式
     雙層通道式結(jié)構(gòu)箱式變電站箱體分帶操作走廊和不帶操作走廊兩種；箱體骨架分組裝式和焊接式；高壓室、低壓室和變壓器室可布置成目字形和品字形。箱體應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，在起吊、運(yùn)輸和安裝時(shí)沒(méi)有變形或損壞；箱體的外觀和色彩美觀，與環(huán)境協(xié)調(diào)。箱體的基座高出地基300~600mm。沉箱式箱體地下部除有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度外，還有防腐、防水措施。
箱體高、低壓室和變壓器室設(shè)可自動(dòng)開(kāi)閉的充分的照明設(shè)施。所有的門(mén)向外開(kāi)，開(kāi)啟角度大于90°，并設(shè)定位裝置，門(mén)有密封措施，裝有把手、暗閂和能防雨、防堵、防銹的暗鎖；鉸鏈采用不銹鋼或銅質(zhì)鉸鏈，鉸鏈固定方式能防止在門(mén)外拆卸。門(mén)的設(shè)計(jì)尺寸與所裝用的設(shè)備尺寸相配合。帶有操作走廊的箱體，其高壓開(kāi)關(guān)柜前留有不少于900mm的操作空間，低壓開(kāi)關(guān)柜前留有不少于600mm的空間。
3、隔熱通風(fēng)措施
    箱體設(shè)足夠的自然通風(fēng)和隔熱措施，有足夠的進(jìn)出風(fēng)通道，可以保證在一般周?chē)諝鉁囟认逻\(yùn)行時(shí)，所有電器設(shè)備的溫度不超過(guò)其最大允許溫度。高壓設(shè)備連線雷電沖擊電壓滿(mǎn)足GB/T716927.1標(biāo)準(zhǔn)。油浸變壓器室除自然通風(fēng)外，一般還裝設(shè)不少于2只容量相當(dāng)?shù)妮S流通風(fēng)機(jī)，并可隨變壓器運(yùn)行溫度的變化自動(dòng)投切。箱體頂蓋的傾斜度不小于3°，并裝設(shè)防雨檐。

4、表面處理及防潮、防雨措施
箱體基座和所有外露金屬件均進(jìn)行防銹處理，并噴涂耐久的防護(hù)層，箱體有可靠的密封性能，門(mén)、窗和通風(fēng)口設(shè)防塵、防小動(dòng)物進(jìn)入和防滲、漏雨水措施。箱體的內(nèi)壁和隔板用金屬或非金屬材料，其色彩與內(nèi)部電器設(shè)備顏色協(xié)調(diào)，金屬構(gòu)件亦進(jìn)行防銹處理和噴涂防護(hù)層。箱體內(nèi)設(shè)驅(qū)潮裝置，以盡量避免內(nèi)部元件發(fā)生凝露。
     5、噪音水平
     雙層通道式結(jié)構(gòu)箱式變電站由于安裝在居民小區(qū)、路邊等人口聚集區(qū)，因此噪音水平也是一個(gè)比較重要的指標(biāo)。箱式變電站噪音主要來(lái)自于變壓器。雙層結(jié)構(gòu)通道式箱變具有良好的隔音效果。

6、防護(hù)等級(jí)和撞擊性能
      箱式變電站由于安裝在戶(hù)外，箱變外殼的防護(hù)等級(jí)、防撞擊性能等指標(biāo)也很重要：箱變的防護(hù)等級(jí)一般不低于GB4208-1993中的IP23，也可以做到IP43，箱變外殼能承受20J能量的撞擊的少許變型不影響箱變的電氣性能和防護(hù)等級(jí)。按GB/T17467-1998.5.4.2中要求頂部最小負(fù)荷應(yīng)為2500N/mm2，在車(chē)輛通行處地下安裝的箱式變電站頂部最低應(yīng)能承受50KN作用在600cm2的表面上（830KN/m2）,目前國(guó)內(nèi)外所生產(chǎn)的金屬箱變外殼和非金屬外殼一般均能達(dá)到要求。雙層通道式結(jié)構(gòu)的金屬箱變外殼和非金屬箱變外殼由于采用雙層通道式結(jié)構(gòu)，所以防護(hù)性能要高于標(biāo)準(zhǔn)要求。
目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)箱式變電站的廠家很多，希望我們?cè)O(shè)計(jì)的雙層通道式結(jié)構(gòu)箱變點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o同行們以啟示。相信隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，箱式變電站也處在一種不斷發(fā)展變化中，其外觀、技術(shù)性能也在不斷的提高，也越來(lái)越被廣大用戶(hù)所接受，成為終端配電系統(tǒng)的主流及用戶(hù)的首選。