知識乾貨！圖文介紹箱式變壓器基礎知識！

2018-02-12
加入好友隨時分享有用經驗！

1、箱變概述

1.1什麼是變壓器

變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（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、工頻試驗變壓器、調壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、衝擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。

▲ 配電變壓器

1.2什麼是箱變

箱式變電器，又叫箱式變壓站、預裝式變電所或預裝式變電站，簡稱「箱變」。箱式變壓器作為整套配電設備，其是由變壓器、高壓電壓控制設備、低壓電壓控制設備有機組合而成。其基本原理在於，通過壓力啟動系統、鎧裝線、變電站全自動系統、直流點和相應的技術設備，按照規定順序進行合理的裝配，並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構中，從而形成的一種特定變壓器。

▲ 配電箱式變電器

1.3箱變優點

因箱變將傳統變壓器集中設計在箱式殼體中，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境相協調，重量輕、低雜訊、低損耗、操作便捷、組合方式靈活、運行安全性高等諸多優勢等特點被廣箱式變壓器泛應用在各個領域之中，並成為現如今電力工程施工中不可或缺的重要電力設備。優點有如下：

1.3.1 佔地面積小

因為箱式變壓器的內部構造安排較為合理，所以佔用的空間較小。相對於傳統的變壓器而言，箱式變壓器通過科學合理的手段將高壓配電設備安裝到一個密封的鋼結構箱子之中，其內部結構十分緊湊，各個組件之間縫隙也相當小，所以，箱式變壓器所佔用的空間也相對較小。

1.3.2 操作簡單

箱式變壓器操作方法十分簡單、便捷，方便進行快速組裝。由專門的設計人員通過對電力工程施工要求的了解，按照不同要求做出簡單、便捷操作的單獨主接線以及配套的箱外設備，方便進行快速組裝。

1.3.3 自動化程度高

對箱體內濕度、溫度進行控制和遠方煙霧報警，滿足無人值班的要求；根據需要還可實現圖像遠程監控。

1.3.4 投資省見效快

箱式變壓器的應用收益高。我們從創建成本來看，可以清楚的看到箱式變壓器的創建成本往往在30萬到50萬之間。從運行成本來看，則可以看到即便是在全負荷的運行狀態之下，箱式變壓器每年比普通的變壓器消耗的電量少100萬度左右，即便是出現問題所進行的維護成本也較少。所以，箱式變壓器具有較高的應用收益。

1.3.5 工廠預製化

設計時，只要設計人員根據變電站的實際要求，作出一次主接線圖和箱外設備的設計，就可以選擇由廠家提供的箱變規格和型號，所有設備在工廠一次安裝、調試合格，真正實現變電站建設工廠化，縮短了設計製造周期；現場安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯絡、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其它需調試的工作，整個變電站從安裝到投運大約只需5～8天的時間，大大縮短了建設工期。

1.3.6 組合方式靈活

箱式變壓器組合方式靈活。由於箱式變壓器具有結構緊促、簡單的特點，所以其每一個單體都是一個獨立的系統，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強的靈活性。

1.3.7 技術先進安全可靠

箱式變壓器運行的安全性、穩定性較高。因為箱式變壓器的外殼採用的是具有較強防腐能力的金屬導體，其內部設備與設備之間所用介面採用的也是絕緣材料，箱內設有空調與除潮設備，這樣就大大提高了箱式變壓器對外界環境的抵抗能力，提高了其運行的安全性與可靠性。

1.3.8 外形美觀，易與環境協調

通過選擇箱式變電站的外殼顏色，從而極易與周圍環境協調一致，特別適用於城市建設，如：城市居民住宅小區、車站、港口、機場、公園、綠化帶等人口密集地區，它既可作為固定式變電所，也可作為移動式變電所，具有點綴和美化環境的作用。箱變藍色考慮到與大自然的協調統一，成藍色為的是和藍天相互輝映。

▲ 配電箱式變電器

1.4箱變不足

箱式變電站，是當前電網改造應用的主要方向，但就某些方面還存在著一些不足，具體表現在：

箱式變壓器選點多數在居民核心區和道路兩旁，施工產生的噪音及粉塵污染，會對城市環境及居民正常生活造成一定影響；

傳統的現澆混凝土基礎施工時需開挖市政設施和放置建築性材料，必然佔用較大施工場地，給交通帶來不便，不利於居民的正常出行；

按傳統方法箱式變壓器從基礎施工到安裝完成一般需要12天左右，施工時間過長，不利於大規模使用；

傳統的現澆混凝土基礎在基礎開挖、養護期內，如因警示標誌不清晰或安全圍欄損壞，附近居民、行人誤入施工場地，可能造成人身傷害，增加安全風險；其五，如為箱式變壓器增容改造工程，停電時間過長，將對居民的基本生活用電造成嚴重影響。

1.5箱變應用

廣泛應用於城網中道路兩旁的配電線路住宅小區、街道，大型工地，高層建築，公園，商業中心、輕站、機場、廠礦、企業、醫院、學校及臨時性設施等場所。

2、箱變的分類

2.1按外觀及外殼材質分

2.1.1 景觀式外殼箱變：木條式

抗曬性能強，不易導熱，降低了內部設備的運行溫度。抗凍性，耐腐蝕，不生鏽，不需要維修，壽命長。有較好的防潮性能，不會因冷熱變化而產生凝露。

▲ 木條式箱變

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。可根據周圍環境選擇外型和顏色，同時起到美化環境的作用。

▲ 石材式箱變

2.1.3 普通鐵殼式箱變

有較好的阻燃性能，防火性能好。有較好的機械性能，耐衝擊性好

▲ 鐵殼式式箱變

2.1.4 按用戶要求的外觀形式

可根據周圍環境選擇外型和顏色，同時起到美化環境的作用。

▲ 定製式箱變

2.2按結構分

2.2.1 組合式變電站（簡稱美式箱變）

組合式變電站（簡稱美式箱變）按照油箱結構分為共箱式和分箱式兩種，

優點：

體積小佔地面積小、便於安放、便於偽裝，容易與小區的環境相協調。可以縮短低壓電纜的長度，降低線路損耗，還可以降低供電配套的造價。

缺點：

供電可靠性低；無電動機構，無法增設配電自動化裝置；無電容器裝置，對降低線損不利；由於不同容量箱變的土建基礎不同，使箱變的增容不便；當箱變過載后或用戶增容時，土建要重建，會有一個較長的停電時間，增加工程的難度。

應用：

美式箱變適用於對供電要求相對較低的多層住宅和其他不重要的建築物的用電。根據我們的實際使用情況看，美式箱變配上小型的環網開關站后，完全適用多層住宅的供電需求。因為就是箱變發生故障，對居民的影響不大，但不適應於小高層和高層。

▲ 美式箱變

2.2.2 預裝式變電站（簡稱歐式箱變）

預裝式變電站（簡稱歐式箱變）採用環網型和終端型兩類。

優點：

輻射較美式箱變要低，因為歐式箱變的變壓器是放在金屬的箱體內起到屏蔽的作用；可以設置配電自動化，而且還有美式箱變的主要優點。

缺點：

體積較大，不利於安裝，對小區的環境布置有一定的影響；

應用：

歐式箱變適用於多層住宅、小高層、高層和其他的較重要的建築物。

▲ 歐式箱變

3、箱變結構

箱變包括高壓室，變壓器室，低壓室。箱式變壓器內、外部結構如下圖所示：

▲ 箱變結構圖

▲ 主要設備

3.1高壓室

高壓室一般由高壓進線櫃、高壓計量櫃、高壓出線櫃組成，如果為環網型箱變還有高壓環網櫃。

▲ 高壓櫃接線示意圖

3.1.1.高壓進、出線櫃

高壓進線櫃與高壓出線櫃是變壓器高壓側電流流經的路徑，根據需要其中包含了高壓負荷開關（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。根據需要，部分還會配置電流互感器、電壓互感器、零序電流互感器、電流表及電壓表等原件。上圖中高壓進線櫃採用的是帶電顯示器（DXN）與壓避雷器（FV）等組成，高壓出線櫃一般由高壓負荷開關（QF）、帶電顯示器（DXN）、高壓接地刀閘等組成。

一般高壓負荷開關、高壓熔斷器及高壓接地刀閘組合到一塊組成的高壓負荷開關。

帶電顯示器DXN

顯示裝置由電壓感測器和顯示器兩部分組成，兩部分經安裝連線組成了電壓顯示裝置。

電壓感測器為環氧樹脂澆注型的支柱絕緣子，10kV的高壓經電壓感測器取出70V的電壓信號。

作用用以反映顯示裝置處高壓迴路電源有電或無電情況。

▲ 顯示器

▲ 電壓感測器

高壓負荷開關（QF）

接通和切斷額定電壓和額定電流下的電路，並造成可見的空氣間隔，不能切斷短路電流，與高壓熔斷器串聯使用，用負荷開關切斷負荷電流，高壓熔斷器切斷短路及過載電流。

▲ 高壓負荷開關、熔斷器圖

熔斷器（FU）

高壓熔斷器又稱變壓器保護用高壓限流熔斷器。由於於高壓負荷開關只能切斷負荷電流，當遇到短路和過載情況時，電流變大，負荷開關就不能切斷此時的電流，遇到大電流，則由熔斷器來切斷大電流。作短路和嚴重過載保護用。

接地刀閘

接地刀閘就是戶內高壓接地開關，是配用於12kV戶內交流金屬鎧裝移開式金屬封閉開關設備及其它高壓開關設備的主要元件，也可單獨使用。作為在12kV及以下的交流50Hz電力系統中接地保護之用。具有關合短路電流能力。結構合理、體積小、操作靈活、易安裝調整。

它具有一定的關合能力以保護開關設備內其它電氣設備不受損壞，可與各種高壓開關櫃配套使用，作為高壓電器設備檢修時接地保護。

避雷器（FV）

金屬氧化物避雷器是當前限制過電壓最先進的一種保護電器，被廣泛地用於發電、輸變、變電、配電系統中，使電氣設備的絕緣免受過電壓的損害。

有機外套金屬氧化物避雷器是有機絕緣材料和傳統的瓷套式金屬氧化物避雷器技術優點相結合，具有電氣絕緣性能好，介電強度高、抗漏痕、抗電蝕、耐熱、耐寒、耐老化、防爆、憎水性、密封性等優點。

限制過電壓保護交流電力系統的電氣設備免遭大氣過電壓和操作過電壓損壞。

▲ 金屬氧化物避雷器

3.1.2.高壓環網櫃

環網是指環形配電網，即供電幹線形成一個閉合的環形，供電電源向這個環形幹線供電，從幹線上再一路一路地通過高壓開關向外配電。這樣的好處是，每一個配電支路既可以同它的左側幹線取電源，又可以由它右側幹線取電源。當左側幹線出了故障，它就從右側幹線繼續得到供電，而當右側幹線出了故障，它就從左側幹線繼續得到供電，這樣一來，儘管總電源是單路供電的，但從每一個配電支路來說卻得到類似於雙路供電的實惠，從而提高了供電的可靠性。

如無特殊情況，這方面在我們實際使用中是不需要的。

高壓進線櫃接線示意圖中高壓進線櫃採用的是帶電顯示器（DXN）與壓避雷器（FV）等組成，高壓出線櫃一般由高壓負荷開關（QF）、帶電顯示器（DXN）、高壓接地刀閘等組成。

3.1.3.高壓計量櫃

高壓計量櫃的主要組成是電流互感器、電壓互感器以及相關保護設備（如熔斷器等）。

高壓計量櫃並不是硬性要求，主要是看客戶需求，一般情況下是不需要的。

如果是低壓側需要計量櫃，其原理與布線與高壓計量櫃是一樣的，都是通過電流互感器和電壓互感器進行測量。

電壓互感器（PT）

作電壓、電能測量及繼電保護之用。

▲ 電壓互感器

電流互感器（CT）

全封閉支柱式結構，作電氣測量和電氣保護之用。

▲ 電流互感器

高壓熔斷器（FU）

戶內高壓限流熔斷器，用於電壓互感器的保護。其斷流容量為1000MVA。在短路時以限制線路電流到最小值的方式進行瞬時開斷。

▲ 高壓熔斷器

3.2變壓器室

箱變內可裝各種型號的油變，干變。

在此需要注意的是油浸式變壓器的成本低，但對環境的要求更高，它的危險性程度要高，故今後在人口密集處應盡量避免使用油浸變壓器。

乾式變壓器成本更高，但其安全性要好，一般使用在人員比較密集的場所。

應選用難燃型，外殼防護等級不得低於IP23D（D電線無法接觸危險部位或零件)。

▲ 變壓器及變壓器室

3.3低壓室

低壓室一般由低壓進線櫃、低壓補償櫃、低壓出線櫃組成。

▲ 低壓櫃接線示意圖

3.3.1 低壓進線櫃與低壓出線櫃

低壓進線櫃與出線櫃就是分配變壓器二次側電路的電櫃，這其中需要注意的是低壓出線櫃往往不止一個，因為一台低壓出線櫃一般只允許4-6路出線，而在實際使用中往往不止4-6路，故低壓出線櫃一般都是好幾台一起使用

上圖低壓櫃接線示意圖低壓進線櫃由三個電流表（A）、一個電壓表（V）、一個萬能轉換開關（測量電壓用）、一個溫度控制儀（WK）、合閘按鈕、分閘按鈕、合閘指示燈、分閘指示燈、隔離開關（QS）、斷路器（QF）、電流互感器（TA）等元件組成。

▲電流表

▲電壓表

低壓隔離開關（ QS）

普通的隔離刀開關不可以帶負荷操作，通過與斷路器配合使用，在斷路器切斷電路后才能操作隔離開關，刀開關起隔電作用，造成一個明顯的斷開點，以確保檢修人員的安全。主要用於配電設備的控制電路中，作不頻繁地電動接通和切斷或隔離電源之用，操作應在無負荷下進行。隔電作用，造成一個明顯的斷開點，以確保檢修人員的安全。

▲ 隔離刀開關

低壓斷路器（QF）

低壓斷路器，又稱低壓自動開關，是一種帶保護裝置的開關，當負荷電路發生過載、短路及欠壓故障時，能自動切斷電路，也可用於不頻繁啟動電動機或接通、分斷電路。常用的低壓斷路器有框架式斷路器（萬能式）、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。

▲低壓斷路器

殼斷路器（QF）

用來分配電能且作為線路及電源設備的過載、短路和欠電壓保護。與低壓進線櫃的斷路器同樣的作用，但是分斷能力不同。低壓出線的分斷能力要比低壓進線櫃的小的多。

▲ 塑殼斷路器

電流互感器（CT）

把大電流按比例變成小電流，作電流、電能測量和繼電保護保護之用

▲電流互感器

3.3.2 低壓電容櫃

原來日常用電設備中除了電阻性負載，大部分是感性負載，像日光燈、變壓器、發動機等。這些感性負載，使電源相位發生變化，導致電壓波動大，無功功率增大，浪費電能。而通過電容補償櫃進行無功因素的補償，可以有效的解決這個問題，提供供電效率。電容補償櫃的自動補償裝置可以根據用電負荷的變化，自動設置電容組數的投入，減低大量無功電流，從而減少無功用電。

低壓電容櫃中的電容器是容性負荷的裝置，與感性負荷的裝置連接在同一電路中，當容性負荷釋放能量時，感性負荷吸收能量，當感性負荷釋放能量時，容性負荷吸收能量，能量在兩者之間轉換。這樣感性負荷吸收的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率得到補償，從而將控制因素控制在0.9以上。這就是電容櫃的補償原理。

上圖低壓櫃接線示意圖低壓進線櫃由三個電流表（A）、一個功率因數表（COS）、功率控制器（PK）、萬能轉換開關、電容工作指示燈、隔離開關（QS）、電流互感器（TA）、小型斷路器（QF）、切換電容接觸器（KM）、電容器（C）、避雷器（FV）等元件組成。如下圖：