導讀

摘 要：10kV 及其以下油浸地下組合變壓器的環境要求和設計經驗，以及智能特點。
關鍵詞：地下式組合變壓器，環境，設計，智能化。

一

引言

九十年代以前架空線路像蜘蛛網一樣，嚴重影響現代城市的美化和環境。 隨著城市的規劃發展和城市電網改造的不斷深入，架空線被電纜替代進入了地下，各種高低壓配電設備置于地下，逐漸成為城網配電改造的一個新方向，可使城市街景市貌得到改善。 其中，地下式變壓器是地埋式產品中的一個重要組成部分。 地下式組合變壓器的設計制造成為系統供電質量及安全的關鍵。

地下式變壓器一般安裝在地溝的檢修孔以及小型地坑中。針對其特殊的運行環境，其密封防水，絕緣，防腐防銹及溫升控制問題是產品設計的關鍵部分。設計產品的性能一般按國內配電變壓器的最先進水平要求，設計成S15 型非晶合金鐵心變壓器，S11、S13 型節能環保型變壓器。在負荷變化大的場合，可將有載調容調壓變壓器用于地下，更加節能。

隨著電網的協調發展，科技和信息化、自動化、互動化水平的提高，實現電網智能化是電網發展的關鍵一步，變電設備實現智能控制勢在必行。

本文作者根據多年設計其產品的經驗撰文，供大家參考。

二

地下式變壓器的技術要求和參數

（1）地坑內的環境溫度

       最高環境溫度+55℃

       最低環境溫度-10℃

       最高月平均溫度+45℃

（2）安裝環境

無爆炸性、腐蝕性氣體，安裝地點無劇烈震動沖擊，變壓器可在地坑或泥土中，油箱和裸露部分浸沒于水中能長期運行。

（3）性能參數

       產品技術指標：按國家節能產品指標為主。

       電壓等級：高壓 6kV、10kV

       低壓：0.4kV

       額定頻率：50Hz

       額定容量：30kVA~1600kVA

（4）地下式變壓器除應符合GB1094.1~3，GB1094.5，GB/T6451 和JB/T10217 的規定外，還應滿足以下要求：

1）密封性良好，以滿足產品運行的要求。需進行產品浸水試驗。水面高于產品最高點至少200mm，持續時間不少于20h，之后在水下進行絕緣電阻測量，外施耐壓和感應耐壓試驗，試驗要符合JB/T501 的規定。

2）地下式變壓器運行的環境溫度一般允許比正常環境溫度高10℃，所以地下式變壓器各部位的溫升限值一般要求比常規產品的相對應國標規定值低10K，即將油頂層溫升控制在50K，繞組溫升控制在55K。

3）地下式變壓器油箱或箱體外部及所有裸露金屬零部件因長期處于惡劣環境，故這些部件外部應涂以防腐材料或由防腐材料制成，表面應平整光滑。

4）對地下式變壓器油箱應有機械強度的要求：在50kPa 正壓力下應無損傷及不得出現不允許的永久變形；在100kPa 正壓力下不得出現開裂現象。

5）安裝地下式變壓器的地坑可根據額定容量的大小，其四周留有適當空間，設置排水設施，坑蓋設置通風及人孔，以便于散熱和觀察運行情況。

6）地下組合式變壓器一次系統圖：如圖1

三

地下式變壓器的設計

地下式變壓器器身采用專門配套的低損耗、高效率的S11、S13、S15 型變壓器。

3.1 鐵心

為適應國家節能減排的需要，降低變壓器的空載損耗，能節省大量電能，為此鐵心均采用新材料，新工藝，如非晶合金鐵心（空載損耗較S11 下降70%-80%，但價格較高，噪音稍大）及取向晶態冷軋硅鋼片（27QGH100/23ZDKH90/23ZDKH85 低損耗硅鋼片） 卷繞鐵心結構，疊鐵心采用多級接縫結構，使鐵心體積減小，重量減輕，空載損耗降低，空載電流下降80%，噪音下降10dB 以上，繞組導線重量減少，變壓器體積減小，設計時，盡量降低變壓器的高度，相應減少地坑的容積。

3.2 繞組

容量＜ 315KVA 時，高低壓繞組采用銅線一體繞制的長圓形線圈；容量315KVA-1600KVA 時，采用低壓為銅箔、高壓為銅線一體繞制的長圓形及橢圓形線圈；絕緣耐熱等級為B 級，具備較大的溫升裕度。地下式變壓器完全滿足國家標準和機械行業專業標準所規定的要求。

設計時銅線和銅箔，均采用無氧銅材質，負載損耗有很大程度的降低，所以發熱量低，過載能力強，允許過載2倍2個小時，過載1.6 倍7個小時，而不會影響變壓器的工作壽命。

3.3 高壓側保護

由一次系統圖可看出，高壓側保護采用美式箱變的保護方式。

在技術設計上，保護組件選用性能可靠、結構先進的油浸式負荷開關、串聯兩級熔斷器作為地下式變壓器高壓側保護，兩級熔斷器分別為插入式熔斷器和后備熔斷器，降低了運行成本及提高故障時的保護能力。插入式熔斷器為雙敏（溫度、電流）熔斷器，在變壓器低壓側發生短路故障、過負荷及油溫過高時熔斷。后備保護熔斷器用以斷開變壓器內部短路電流，主要是在高壓側繞組發生短路故障時保護變壓器。

根據用戶需要，也可設計成沒有輔助保護設備的地下式變壓器，其結構簡單，價格低廉。

3.4 高低壓出線

地下式變壓器高低壓一般均為電纜進出線，采用防水全密封、全絕緣、全屏蔽的接線方式，保證了整臺變壓器無帶電部分裸露，實現零絕緣距離。高壓使用一體式套管座和插拔式電纜接頭進線，電纜接線與電纜用熱縮管進行全密封全絕緣連接緊密，不松脫。低壓出線端子使用低壓電纜套管（低壓密封引線裝置）。容量≥ 630KVA 時，底座用升高座，電纜用船用電纜密封件模塊，全密封。以上裝置安裝方便，耐腐蝕，耐老化，免維護，設備在水中浸泡24 小時仍能正常供電，運行安全可靠。

其它各電器元件在箱蓋固定后，在箱蓋頂部加裝一個金屬密封盒，將它們封裝其中。

3.5 絕緣結構的設計

絕緣全部采用H 級絕緣材料，主絕緣采用H、F 級絕緣材料，增強了絕緣強度，絕緣油選用高燃點β 油，安全防火，增強過負荷能力，但此種設計價格昂貴。根據用戶需要，可選用A 級或B 級的混合耐熱絕緣材料，以降低變壓器的成本。

3.6 箱體

箱體防護等級一般按GB4208 達到IP68 要求，即產品安裝于地面以下，在浸沒水中一段時間正常運行。采用全密封油箱，箱沿與箱蓋間用耐油軟木橡膠膠排密封。由于地下式變壓器的所有操作均在頂部進行，所以操作面板置于油箱的頂部，組件在箱蓋上的布置圖，見圖2所示。油箱采用較高機械強度的鋼板焊接，組焊完成后，進行噴丸處理，按產品標準進行油箱的整體密封試驗，散熱器采用厚鋼板組焊結構，大大提高箱體的防滲漏能力，最后進行噴漆、噴塑等防腐材料處理，防腐、防水、防潮性能好。

圖2 箱蓋安裝示意圖

3.7 溫升與散熱

地下式變壓器深埋于地下或置于地坑中，在運行過程中，產生的損耗—熱量—散熱過程是不可避免的。采用平板油箱及平板散熱器，表面采用深色面漆，以增強輻射，這樣有利于熱油循環。通過變壓器上的測溫裝置和地坑中的熱電偶傳遞信號。在燈箱外殼中的風機，可以自動對地坑基礎內進行排風和送風來降低整個系統的溫度。使各部位的溫升限值比常規產品的相對應國標規定值低10K，可使其在使用壽命周期內無溫升故障。

3.8 LED 顯示器及廣告燈箱式的戶外開關設備

LED 顯示器及廣告式燈箱是適應我國多樣市場需要的一個創造性產品，不僅美化周圍環境，而且可以內置低壓配電柜和小型化的高壓開關柜，使配電解決方案靈活多樣化，地下式變壓器容量大型化。廣告式燈箱直接安裝在地下式變壓器上方，形成一體式的地下組合變壓器。結構特點如下：

（1）開關設備的保護外殼采用廣告燈箱式結構，燈箱外殼的兩門可全角度打開，且有彈簧支撐定位，便于開關設備的操作和維護。

（2）燈箱外殼的兩面為廣告板，采用體積小、光源均勻的LED 發光元件，LED 燈使廣告板與周圍環境和諧統一，增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環保的要求。實現經濟效益和社會效益雙豐收。

（3） 廣告燈箱與開關設備的門鎖獨立設置，燈箱維護不影響開關設備運行。

（4） 燈箱外殼設有聲光報警裝置，受到外界破壞，可發出報警信號。

（5）開關設備采用雙層門結構，防護等級達到IP34，第二層為儀表門，確保燈箱式外殼被破壞以后，低壓柜仍然達到一個完整獨立的戶外低壓產品的保護水平，低壓電量就地顯示和遠程抄表。

四

油浸地下式組合變壓器結構

五

智能型地下式變壓器的組成及特點

該產品將內置或外置于變壓器本體的傳感器和控制器及變壓器智能組件，與現代移動通訊技術與計算機技術結合，形成了機電一體化的智能產品—智能型地下式組合變壓器。其工作原理如圖4 所示。

10kV 配電變電站是電力網絡的節點，它將電壓10kV變為0.4kV，匯集電流，分配電能。將現代電子技術融入其中，采用高精度的A/D 采樣器件，高性能的32 位或64 位DSP 處理器，系統具備以下功能：

（1）在線檢測功能

地下組合式箱變內置GPRS 通訊模塊以及通訊接口RS232,RS485 和USB 接口，可對控制器遠程或就地設置參數和讀取數據。能夠接收主站下發的對時命令，具有遠程在線升級終端應用程序功能。

采用無線網絡技術的地下式變壓器綜合操控裝置，多功能電力儀表（NZ194E-9SY）, 向控制中心或設備管理人員實時報告地下式組合變壓器和低壓設備的運行狀況，如輸出電流、電壓、變壓器油頂層溫度，地坑溫度、用電量、負荷情況、坑內積水水位（地坑底部設置有集水池，并安裝有三位置液位控制儀，高位時報警，切斷負荷開關，使變壓器退出運行，中位聲光報警，低位時啟動潛水泵。）等，還可以實現遙遠控制以及對高壓負荷開關實行電動操作，從而實現真正的“三遙”。

（2）故障控制

主要對過負荷控制、斷電控制、缺相欠壓、過電壓、油頂層溫度控制等。

（3）防盜、防竊電功能

當變壓器及母線被盜時發出信號遠程報警。計量裝置被竊電者打開時，發出報警信號。

（4）遠程抄表、付費率管理功能

利用GSM 移動通訊網絡，用手機或計算機對遠方的電能表進行讀取數據，并能實現預付費和復費率管理。預付費管理可解決電費拖欠問題。復費率管理是通過后臺計算機的一個指令實現的，它可同時改變所在運行表的時段及費率。該功能能使供電方與用戶互動，隨時查詢供電質量情況及電費余額。

（5）對時功能

就地可以通過人機界面選擇時間整定菜單修改系統的時間，遠方通過通訊網絡實現對時功能。

（6）后臺監控管理功能

有后臺管理軟件（SCADA）實現。該系統監控軟件與智能型地下式組合變壓器配套可對其進行監控記錄及預付費和復費率用電管理。該軟件還具有用戶信息管理，變壓器運行維護檔案管理，工作情況記錄以及查詢、報警、遠程抄表等功能。供電部門利用網路能有效控制各智能配電變電站。

  圖4 智能型地下式組合變壓器原理框圖

六

結束語

由于該產品體積小，結構緊湊，性能優越可靠，可靈活實現配電方案，滿足供電部門的安全要求。它的體積僅為同容量預裝式變電站的1/3，可節省占地面積70~80%，投資費用大大減少，燈箱廣告或LED 顯示屏能夠創造收益，與周邊環境和諧統一，增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環保的要求，現已廣泛用于居民小區，城鎮街道，市政工程，工礦企業，公園高速公路等場所。

智能型地下式變壓器采用配電自動化系統，集保護、測量、控制、監控于一體。電力公司可以完成自動電能計量，自動抄表，獲得及時、準確和完整的數據，滿足各專業對用電信息的需求，同時用戶可以進行用電信息查詢，實現電網公司與用戶之間的雙向互動。

依據上述所生產的地下式變壓器（PST-ZGS11-Z（H）-30~1600-12/0.4）預裝地埋式箱變2010 年被河南省科學技術廳，河南省電力公司鑒定為科技成果產品，在省內外推廣使用，受到用戶一致好評。

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來源：變壓器技術