箱式變壓器基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

1、箱變概述1.1什么是變壓器變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。1.2什么是箱變箱式變電器，又叫箱式變壓站、預(yù)裝式變電所或預(yù)裝式變電站，簡(jiǎn)稱“箱變”。箱式變壓器作為整套配電設(shè)備，其是由變壓器、高壓電壓控制設(shè)備、低壓電壓控制設(shè)備有機(jī)組合而成。其基本原理在于，通過(guò)壓力啟動(dòng)系統(tǒng)、鎧裝線、變電站全自動(dòng)系統(tǒng)、直流點(diǎn)和相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備，按照規(guī)定順序進(jìn)行合理的裝配，并將所有的組件安裝到特定的防水、防塵與防鼠等完全密封的鋼化箱體結(jié)構(gòu)中，從而形成的一種特定變壓器。1.3箱變優(yōu)點(diǎn)因箱變將傳統(tǒng)變壓器集中設(shè)計(jì)在箱式殼體中，具有投資低、體積小、施工周期短、維修方便、高可靠性、外形多樣化易與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，重量輕、低噪聲、低損耗、操作便捷、組合方式靈活、運(yùn)行安全性高等諸多優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)被廣箱式變壓器泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中，并成為現(xiàn)如今電力工程施工中不可或缺的重要電力設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)有如下：1.3.1占地面積小因?yàn)橄涫阶儔浩鞯膬?nèi)部構(gòu)造安排較為合理，所以占用的空間較小。相對(duì)于傳統(tǒng)的變壓器而言，箱式變壓器通過(guò)科學(xué)合理的手段將高壓配電設(shè)備安裝到一個(gè)密封的鋼結(jié)構(gòu)箱子之中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分緊湊，各個(gè)組件之間縫隙也相當(dāng)小，所以，箱式變壓器所占用的空間也相對(duì)較小。1.3.2操作簡(jiǎn)單箱式變壓器操作方法十分簡(jiǎn)單、便捷，方便進(jìn)行快速組裝。由專門的設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)電力工程施工要求的了解，按照不同要求做出簡(jiǎn)單、便捷操作的單獨(dú)主接線以及配套的箱外設(shè)備，方便進(jìn)行快速組裝。1.3.3自動(dòng)化程度高對(duì)箱體內(nèi)濕度、溫度進(jìn)行控制和遠(yuǎn)方煙霧報(bào)警，滿足無(wú)人值班的要求；根據(jù)需要還可實(shí)現(xiàn)圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控。1.3.4投資省見(jiàn)效快箱式變壓器的應(yīng)用收益高。我們從創(chuàng)建成本來(lái)看，可以清楚的看到箱式變壓器的創(chuàng)建成本往往在30萬(wàn)到50萬(wàn)之間。從運(yùn)行成本來(lái)看，則可以看到即便是在全負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)之下，箱式變壓器每年比普通的變壓器消耗的電量少100萬(wàn)度左右，即便是出現(xiàn)問(wèn)題所進(jìn)行的維護(hù)成本也較少。所以，箱式變壓器具有較高的應(yīng)用收益。1.3.5工廠預(yù)制化設(shè)計(jì)時(shí)，只要設(shè)計(jì)人員根據(jù)變電站的實(shí)際要求，作出一次主接線圖和箱外設(shè)備的設(shè)計(jì)，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號(hào)，所有設(shè)備在工廠一次安裝、調(diào)試合格，真正實(shí)現(xiàn)變電站建設(shè)工廠化，縮短了設(shè)計(jì)制造周期；現(xiàn)場(chǎng)安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡(luò)、出線電纜連接、保護(hù)定值校驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)及其它需調(diào)試的工作，整個(gè)變電站從安裝到投運(yùn)大約只需5～8天的時(shí)間，大大縮短了建設(shè)工期。1.3.6組合方式靈活箱式變壓器組合方式靈活。由于箱式變壓器具有結(jié)構(gòu)緊促、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以其每一個(gè)單體都是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，這樣就造成了箱式變壓器在組合的方式上面就具備了相當(dāng)強(qiáng)的靈活性。1.3.7技術(shù)先進(jìn)安全可靠箱式變壓器運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性較高。因?yàn)橄涫阶儔浩鞯耐鈿げ捎玫氖蔷哂休^強(qiáng)防腐能力的金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部設(shè)備與設(shè)備之間所用接口采用的也是絕緣材料，箱內(nèi)設(shè)有空調(diào)與除潮設(shè)備，這樣就大大提高了箱式變壓器對(duì)外界環(huán)境的抵抗能力，提高了其運(yùn)行的安全性與可靠性。1.3.8外形美觀，易與環(huán)境協(xié)調(diào)通過(guò)選擇箱式變電站的外殼顏色，從而極易與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，特別適用于城市建設(shè)，如：城市居民住宅小區(qū)、車站、港口、機(jī)場(chǎng)、公園、綠化帶等人口密集地區(qū)，它既可作為固定式變電所，也可作為移動(dòng)式變電所，具有點(diǎn)綴和美化環(huán)境的作用。箱變藍(lán)色考慮到與大自然的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，成藍(lán)色為的是和藍(lán)天相互輝映。1.4箱變不足箱式變電站，是當(dāng)前電網(wǎng)改造應(yīng)用的主要方向，但就某些方面還存在著一些不足，具體表現(xiàn)在：箱式變壓器選點(diǎn)多數(shù)在居民核心區(qū)和道路兩旁，施工產(chǎn)生的噪音及粉塵污染，會(huì)對(duì)城市環(huán)境及居民正常生活造成一定影響；傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)施工時(shí)需開(kāi)挖市政設(shè)施和放置建筑性材料，必然占用較大施工場(chǎng)地，給交通帶來(lái)不便，不利于居民的正常出行；按傳統(tǒng)方法箱式變壓器從基礎(chǔ)施工到安裝完成一般需要12天左右，施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不利于大規(guī)模使用；傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)在基礎(chǔ)開(kāi)挖、養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，如因警示標(biāo)志不清晰或安全圍欄損壞，附近居民、行人誤入施工場(chǎng)地，可能造成人身傷害，增加安全風(fēng)險(xiǎn)；其五，如為箱式變壓器增容改造工程，停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將對(duì)居民的基本生活用電造成嚴(yán)重影響。1.5箱變應(yīng)用廣泛應(yīng)用于城網(wǎng)中道路兩旁的配電線路住宅小區(qū)、街道，大型工地，高層建筑，公園，商業(yè)中心、輕站、機(jī)場(chǎng)、廠礦、企業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校及臨時(shí)性設(shè)施等場(chǎng)所。2、箱變的分類2.1按外觀及外殼材質(zhì)分2.1.1景觀式外殼箱變：木條式抗曬性能強(qiáng)，不易導(dǎo)熱，降低了內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行溫度?？箖鲂?，耐腐蝕，不生銹，不需要維修，壽命長(zhǎng)。有較好的防潮性能，不會(huì)因冷熱變化而產(chǎn)生凝露。2.1.2景觀式外殼箱變：石材式有較好的阻燃性能，防火性能好?？筛鶕?jù)周圍環(huán)境選擇外型和顏色，同時(shí)起到美化環(huán)境的作用。2.1.3普通鐵殼式箱變有較好的阻燃性能，防火性能好。有較好的機(jī)械性能，耐沖擊性好2.1.4按用戶要求的外觀形式可根據(jù)周圍環(huán)境選擇外型和顏色，同時(shí)起到美化環(huán)境的作用。2.2按結(jié)構(gòu)分2.2.1組合式變電站（簡(jiǎn)稱美式箱變）組合式變電站（簡(jiǎn)稱美式箱變）按照油箱結(jié)構(gòu)分為共箱式和分箱式兩種，優(yōu)點(diǎn)：體積小占地面積小、便于安放、便于偽裝，容易與小區(qū)的環(huán)境相協(xié)調(diào)。可以縮短低壓電纜的長(zhǎng)度，降低線路損耗，還可以降低供電配套的造價(jià)。缺點(diǎn)：供電可靠性低；無(wú)電動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)法增設(shè)配電自動(dòng)化裝置；無(wú)電容器裝置，對(duì)降低線損不利；由于不同容量箱變的土建基礎(chǔ)不同，使箱變的增容不便；當(dāng)箱變過(guò)載后或用戶增容時(shí)，土建要重建，會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的停電時(shí)間，增加工程的難度。應(yīng)用：美式箱變適用于對(duì)供電要求相對(duì)較低的多層住宅和其他不重要的建筑物的用電。根據(jù)我們的實(shí)際使用情況看，美式箱變配上小型的環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)站后，完全適用多層住宅的供電需求。因?yàn)榫褪窍渥儼l(fā)生故障，對(duì)居民的影響不大，但不適應(yīng)于小高層和高層。2.2.2預(yù)裝式變電站（簡(jiǎn)稱歐式箱變）預(yù)裝式變電站（簡(jiǎn)稱歐式箱變）采用環(huán)網(wǎng)型和終端型兩類。優(yōu)點(diǎn)：輻射較美式箱變要低，因?yàn)闅W式箱變的變壓器是放在金屬的箱體內(nèi)起到屏蔽的作用；可以設(shè)置配電自動(dòng)化，而且還有美式箱變的主要優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：體積較大，不利于安裝，對(duì)小區(qū)的環(huán)境布置有一定的影響；應(yīng)用：歐式箱變適用于多層住宅、小高層、高層和其他的較重要的建筑物。3、箱變結(jié)構(gòu)箱變包括高壓室，變壓器室，低壓室。箱式變壓器內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)如下圖所示：3.1高壓室高壓室一般由高壓進(jìn)線柜、高壓計(jì)量柜、高壓出線柜組成，如果為環(huán)網(wǎng)型箱變還有高壓環(huán)網(wǎng)柜。3.1.1.高壓進(jìn)、出線柜高壓進(jìn)線柜與高壓出線柜是變壓器高壓側(cè)電流流經(jīng)的路徑，根據(jù)需要其中包含了高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（或斷路器、熔斷器），高壓避雷器，帶電顯示器，接地刀閘、故障顯示器及電纜接頭等元件。根據(jù)需要，部分還會(huì)配置電流互感器、電壓互感器、零序電流互感器、電流表及電壓表等原件。上圖中高壓進(jìn)線柜采用的是帶電顯示器（DXN）與壓避雷器（FV）等組成，高壓出線柜一般由高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（QF）、帶電顯示器（DXN）、高壓接地刀閘等組成。一般高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器及高壓接地刀閘組合到一塊組成的高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)。帶電顯示器DXN顯示裝置由電壓傳感器和顯示器兩部分組成，兩部分經(jīng)安裝連線組成了電壓顯示裝置。電壓傳感器為環(huán)氧樹(shù)脂澆注型的支柱絕緣子，10kV的高壓經(jīng)電壓傳感器取出70V的電壓信號(hào)。作用用以反映顯示裝置處高壓回路電源有電或無(wú)電情況。高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（QF）接通和切斷額定電壓和額定電流下的電路，并造成可見(jiàn)的空氣間隔，不能切斷短路電流，與高壓熔斷器串聯(lián)使用，用負(fù)荷開(kāi)關(guān)切斷負(fù)荷電流，高壓熔斷器切斷短路及過(guò)載電流。熔斷器（FU）高壓熔斷器又稱變壓器保護(hù)用高壓限流熔斷器。由于于高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)只能切斷負(fù)荷電流，當(dāng)遇到短路和過(guò)載情況時(shí)，電流變大，負(fù)荷開(kāi)關(guān)就不能切斷此時(shí)的電流，遇到大電流，則由熔斷器來(lái)切斷大電流。作短路和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)用。接地刀閘接地刀閘就是戶內(nèi)高壓接地開(kāi)關(guān)，是配用于12kV戶內(nèi)交流金屬鎧裝移開(kāi)式金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備及其它高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的主要元件，也可單獨(dú)使用。作為在12kV及以下的交流50Hz電力系統(tǒng)中接地保護(hù)之用。具有關(guān)合短路電流能力。結(jié)構(gòu)合理、體積小、操作靈活、易安裝調(diào)整。它具有一定的關(guān)合能力以保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)其它電氣設(shè)備不受損壞，可與各種高壓開(kāi)關(guān)柜配套使用，作為高壓電器設(shè)備檢修時(shí)接地保護(hù)。避雷器（FV）金屬氧化物避雷器是當(dāng)前限制過(guò)電壓最先進(jìn)的一種保護(hù)電器，被廣泛地用于發(fā)電、輸變、變電、配電系統(tǒng)中，使電氣設(shè)備的絕緣免受過(guò)電壓的損害。有機(jī)外套金屬氧化物避雷器是有機(jī)絕緣材料和傳統(tǒng)的瓷套式金屬氧化物避雷器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，具有電氣絕緣性能好，介電強(qiáng)度高、抗漏痕、抗電蝕、耐熱、耐寒、耐老化、防爆、憎水性、密封性等優(yōu)點(diǎn)。限制過(guò)電壓保護(hù)交流電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備免遭大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓損壞。3.1.2.高壓環(huán)網(wǎng)柜環(huán)網(wǎng)是指環(huán)形配電網(wǎng)，即供電干線形成一個(gè)閉合的環(huán)形，供電電源向這個(gè)環(huán)形干線供電，從干線上再一路一路地通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)向外配電。這樣的好處是，每一個(gè)配電支路既可以同它的左側(cè)干線取電源，又可以由它右側(cè)干線取電源。當(dāng)左側(cè)干線出了故障，它就從右側(cè)干線繼續(xù)得到供電，而當(dāng)右側(cè)干線出了故障，它就從左側(cè)干線繼續(xù)得到供電，這樣一來(lái)，盡管總電源是單路供電的，但從每一個(gè)配電支路來(lái)說(shuō)卻得到類似于雙路供電的實(shí)惠，從而提高了供電的可靠性。如無(wú)特殊情況，這方面在我們實(shí)際使用中是不需要的。高壓進(jìn)線柜接線示意圖中高壓進(jìn)線柜采用的是帶電顯示器（DXN）與壓避雷器（FV）等組成，高壓出線柜一般由高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（QF）、帶電顯示器（DXN）、高壓接地刀閘等組成。3.1.3.高壓計(jì)量柜高壓計(jì)量柜的主要組成是電流互感器、電壓互感器以及相關(guān)保護(hù)設(shè)備（如熔斷器等）。高壓計(jì)量柜并不是硬性要求，主要是看客戶需求，一般情況下是不需要的。如果是低壓側(cè)需要計(jì)量柜，其原理與布線與高壓計(jì)量柜是一樣的，都是通過(guò)電流互感器和電壓互感器進(jìn)行測(cè)量。電壓互感器（PT）作電壓、電能測(cè)量及繼電保護(hù)之用。電流互感器（CT）全封閉支柱式結(jié)構(gòu)，作電氣測(cè)量和電氣保護(hù)之用。高壓熔斷器（FU）戶內(nèi)高壓限流熔斷器，用于電壓互感器的保護(hù)。其斷流容量為1000MVA。在短路時(shí)以限制線路電流到最小值的方式進(jìn)行瞬時(shí)開(kāi)斷。3.2變壓器室箱變內(nèi)可裝各種型號(hào)的油變，干變。在此需要注意的是油浸式變壓器的成本低，但對(duì)環(huán)境的要求更高，它的危險(xiǎn)性程度要高，故今后在人口密集處應(yīng)盡量避免使用油浸變壓器。干式變壓器成本更高，但其安全性要好，一般使用在人員比較密集的場(chǎng)所。應(yīng)選用難燃型，外殼防護(hù)等級(jí)不得低于IP23D（D電線無(wú)法接觸危險(xiǎn)部位或零件)。3.3低壓室低壓室一般由低壓進(jìn)線柜、低壓補(bǔ)償柜、低壓出線柜組成。3.3.1低壓進(jìn)線柜與低壓出線柜低壓進(jìn)線柜與出線柜就是分配變壓器二次側(cè)電路的電柜，這其中需要注意的是低壓出線柜往往不止一個(gè)，因?yàn)橐慌_(tái)低壓出線柜一般只允許4-6路出線，而在實(shí)際使用中往往不止4-6路，故低壓出線柜一般都是好幾臺(tái)一起使用上圖低壓柜接線示意圖低壓進(jìn)線柜由三個(gè)電流表（A）、一個(gè)電壓表（V）、一個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（測(cè)量電壓用）、一個(gè)溫度控制儀（WK）、合閘按鈕、分閘按鈕、合閘指示燈、分閘指示燈、隔離開(kāi)關(guān)（QS）、斷路器（QF）、電流互感器（TA）等元件組成。低壓隔離開(kāi)關(guān)（QS）普通的隔離刀開(kāi)關(guān)不可以帶負(fù)荷操作，通過(guò)與斷路器配合使用，在斷路器切斷電路后才能操作隔離開(kāi)關(guān)，刀開(kāi)關(guān)起隔電作用，造成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，以確保檢修人員的安全。主要用于配電設(shè)備的控制電路中，作不頻繁地電動(dòng)接通和切斷或隔離電源之用，操作應(yīng)在無(wú)負(fù)荷下進(jìn)行。隔電作用，造成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，以確保檢修人員的安全。低壓斷路器（QF）低壓斷路器，又稱低壓自動(dòng)開(kāi)關(guān)，是一種帶保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)，當(dāng)負(fù)荷電路發(fā)生過(guò)載、短路及欠壓故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，也可用于不頻繁啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)或接通、分?jǐn)嚯娐?。常用的低壓斷路器有框架式斷路器（萬(wàn)能式）、塑料外殼式短路器（裝置式）、智能型斷路器、快速斷路器和限流式斷路器。殼斷路器（QF）用來(lái)分配電能且作為線路及電源設(shè)備的過(guò)載、短路和欠電壓保護(hù)。與低壓進(jìn)線柜的斷路器同樣的作用，但是分?jǐn)嗄芰Σ煌?。低壓出線的分?jǐn)嗄芰σ鹊蛪哼M(jìn)線柜的小的多。電流互感器（CT）把大電流按比例變成小電流，作電流、電能測(cè)量和繼電保護(hù)保護(hù)之用3.3.2低壓電容柜原來(lái)日常用電設(shè)備中除了電阻性負(fù)載，大部分是感性負(fù)載，像日光燈、變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)等。這些感性負(fù)載，使電源相位發(fā)生變化，導(dǎo)致電壓波動(dòng)大，無(wú)功功率增大，浪費(fèi)電能。而通過(guò)電容補(bǔ)償柜進(jìn)行無(wú)功因素的補(bǔ)償，可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題，提供供電效率。電容補(bǔ)償柜的自動(dòng)補(bǔ)償裝置可以根據(jù)用電負(fù)荷的變化，自動(dòng)設(shè)置電容組數(shù)的投入，減低大量無(wú)功電流，從而減少無(wú)功用電。低壓電容柜中的電容器是容性負(fù)荷的裝置，與感性負(fù)荷的裝置連接在同一電路中，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量，當(dāng)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸收能量，能量在兩者之間轉(zhuǎn)換。這樣感性負(fù)荷吸收的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率得到補(bǔ)償，從而將控制因素控制在0.9以上。這就是電容柜的補(bǔ)償原理。上圖低壓柜接線示意圖低壓進(jìn)線柜由三個(gè)電流表（A）、一個(gè)功率因數(shù)表（COS）、功率控制器（P