关于箱式变电站在城市轨道交通中的实际应用

刘见娜 崔 哲

山东省产品质量检验研究院 山东 济南 250102

城市轨道交通对提高城市居民出行效率和缓解地面交通压力等方面具有重要作用与意义，考虑到传统变电所占地面积大、结构复杂、容易受到环境因素影响和制约，故城市轨道交通建设中必须采用先进的箱式变电站。

1 箱式变电站主要特点

箱式变电站（以下简称“箱变”）包含诸多电气单元，所有电气单元均安装于钢结构箱体当中，真正实现了机电一体化，且采用全封闭运行模式。箱变的特点主要包含以下几点。

（1）技术先进且安全可靠。箱变的箱体引入了国内先进技术，外壳通常为镀铝锌钢板，框架按照集装箱标准进行制作，防腐能力强，能实现20年不发生锈蚀，以铝合金扣板为内封板，并设置防火保温夹层，在箱体中设置空调装置与除湿装置，在运行过程中能防止自然气候环境的干扰及影响，在相对恶劣的条件下依然可以正常运行。另外，箱体中的所有一次设备均为当前最先进的设备，成套产品，没有直接外露的带电体，是一个全封闭且绝缘的整体结构，能有效防止触电事故发生。由于采用无油化运行模式，所以还有很高的安全性，二次设备运行实现高效自动化，无需人员值守[1]。

（2）有较高的自动化程度。整个箱变均按照智能化原则进行设计，以综合自动化系统作为箱体保护系统，并进行分散安装，以此实现四遥，所有单元均支持独立运行，有齐全的继保功能，能远方设置和监控各项运行参数，并能对箱体中的温湿度实施控制报警，达到无人值守基本要求；此外，按照实际需要，还能采用图像的模式进行远程监控。

（3）可实现工厂预制化。在设计过程中，一般只需要相关设计人员一般变电站具体运行要求为依据，在编制一次设备主接线图的同时对箱外设备进行设计，采用由厂家提供的成品箱变，任何设备都能在工厂中进行安装与调试，使变电站建设达到工厂化的目标，缩短箱变的设计与制造工期。在现场安装过程中只需要对箱体进行定位、在箱体之间进行电缆联络、对保护定值进行校验，工作量少，从安装开始到正式投运的时间不超过5-8d。

（4）组合方式十分灵活。因箱变的结构较为紧凑，每个箱体都能形成独立运行的系统，这样会使组合方式变得十分灵活。箱变组合模式不固定，不同使用单位可结合实际情况进行自由组合，从而实现安全运行目标[2]。

（5）投资少、见效快。与其它相同规模的普通变电站相比，采用箱变能减少四到五成的投资。另外，在运行方面，因箱变采用的是先进设备，尤其是无油设备，所以能从本质上解决传统变电站存在的渗漏等实际问题，还能对变电站进行状态检查，切实减少维护方面的工作量，经预估，每年可减少约10万元的维护费用，有着显著的经济效益。

（6）占地面积较小。采用箱变无需进行大规模土建施工，相同规模条件下，箱变占地面积只有普通变电所的10%左右，而且还能充分利用局部空间，与国家节地政策相符。

（7）箱变外形美观。如前所述，箱体外壳为镀铝锌钢板，并按照集装箱标准进行制造，整体外形十分美观，在能使供电达到可靠的基础上，可选择不同的外壳颜色，以此和周围环境达到协调，在城市建设中尤其适用。在城市轨道交通系统中，采用箱变除了能作为一种固定式变电所，还能作为移动式，起到对环境进行点缀与美化的重要作用[3]。

2 城市轨道交通箱式变电站安装运行

在城市轨道交通系统中安装与运行箱变应注意以下各项要点：

（1）箱变的箱壳门应采用外开的方式，将把手、锁与暗闩配置齐全，同时要对暗闩与锁进行防锈处理。变压器室的通风采用自然通风方式，箱内温度与变压器处理要有关系关系。按照实际需要在变压器室中安装温度监控装置与具备自启动功能的通风装置，确保变压器可以在既定环境条件下满负荷运行。变压器应可以从侧门和顶部两个部分实现进出。箱变运行时的噪音水平不能超过要求。无论箱体外壳采用的是金属材料还是非金属，都要对金属框架进行良好接地，并设置好接地端子，将接地符号标注清除[4]。

（2）箱变冷却方式主要为自然风循环。基于此，要注意箱变周围不能堆放杂物，特别是要注意防止室门不能被堵塞，经常性清理通风孔附着的杂物，避免电气设备温度超标。在低压断路器发生跳闸后，立即通过检查确定导致跳闸的具体原因，加以解决后进行试送。若试送不成功，应进一步排除潜在的故障，然后开始送电，避免事故扩大。在箱变的高压配电室当中应安装氧化锌避雷器，所用安装方法应方便后续试验与拆除更换。

（3）箱变的接地与零线共用同一个接地网，接地网需要在基础四角设置接地桩，以此形成一个整体。箱变和接地网之间要有不少于两处相连。在箱变正式投入运行后，应对接地连接部位进行经常性的检查，不能存在松动与锈蚀。定期对接地电阻进行测量，要求接地电阻不超过4Ω。对于箱变所用高压配电装置，应做好定期巡视，并根据巡视的结果及时维护，进而发现潜在的缺陷，并立即整修。如果箱变的停用时间达到3个月以上，则需在再次投运之前做好各项预防性试验工作。对开断能力失效的高压熔断器进行更换，停止变压器的供电，在操作过程中应解除既有的机械连锁，同时要用绝缘操作棒进行操作。箱变的每个电缆孔都要做好封堵，避免小动物进入引起事故[5]。

（4）箱变应在相对较高的位置进行安装，不能安装于低洼处，否则可能引起雨水倒灌，对箱变中的设备运行造成影响。在浇筑混凝土平台的过程中，应在高低压侧预留一定空档，为电缆进出线正常敷设创造便利条件。在开挖地基的过程中，若地面上堆积大量垃圾与腐殖土，应开挖到实土，然后采用土质良好的土体进行回填并夯实，最后还要回填一层三合土，以保证基础达到稳固。

（5）变压器运行：①当在额定条件下运行时，可长时间按照定容量的方式进行；②变压器上层油温应始终控制在85℃以下，其温升不能超过60℃；③变压器任意绕组的负荷都能超出额定要求；④如果三相负荷未能达到平衡，则要对最大电流项对应的负荷进行实时监控；⑤变压器可采取以下几种运行方式：第一，外加一次电压可高于额定电压，但不能超过运行分接头自身额定电压1/20；第二，在变压器运行过程中，瓦斯继保必须投入信号并接入跳闸；第三，在变压器正式投运开始前，应做好检查，确定变压器是否完好，有良好的带电运行条件；第四，在大修、抢修与换油完成后，建议静止48h的时间，在油中的所有气泡均消除之后即可开始投入到运行状态；第五，压力释放器正常运行过程中如果产生异常压力，则释放器立即自动释放，在油箱的压力恢复正常状态后，阀盖封闭。当释放器动作时，阀盖将指示杆向上顶起，此时应采用手动的方式压复位，使微动开关发生动作，通过搬动扳手实现机械复位，为下次动作做好准备[6]。

（6）当变压器出现以下情况时应立即停止运行：内部出现异常响声且响声分布不均匀，同时伴有明显的电击声与爆裂声；油温达到105℃以上；当负荷与冷却装置均正常运行时温度异常上升；变压器出现严重的漏油现象，使油液表面快速下降；压力释放器产生信号；套管出现严重的开裂、破坏及放电。

（7）断路器运行：①对分合闸的具体位置进行观察，确认是否正确，整个机构的动作是否保持正常，同时做好相关记录；②观察断路器中是否存在异常响声与严重发热，若发现问题，应立即查明其产生原因，并在必要的情况下及时要求调度将运行退出，并做好清查与检修；③运行过程中断路器机构箱不可随意打开，充分利用停电的时间做好清扫、检查，并对检查发现的缺陷进行处理，所有维护项目都应认真做好记录；④储能机构结束储能后，应立即断开开关，储能只能在本次合闸中使用，在下次合闸之前应重新储能。如果停电，应检修试验合闸，必要时可采用手动方式进行储能[7]。

（8）隔离开关运行：①对支持瓷瓶进行观察，确认是否保持完整和洁净，有无裂纹与破损情况产生；②对机械连锁装置进行检查，确认是否保持完整与可靠；③检查所有引线的连接是否可靠，同时不能存在断裂、变色与氧化等情况；④如果隔离开关发生卡涩，则不可使用蛮力进行拉合，否则会使开关产生损伤，或导致接地连锁装置被损坏。

3 城市轨道交通箱式变电站使用要求

箱变主要由三部分构成，分别为高低压室与变压器室，属于简易变配电系统，在选择具体变压器部分时，可完全按照一般的通则进行处理，注意需将容量控制在1250kVA以内。

（1）在简单照明条件下，在箱变的高压接线当中无需进行高压计量，只进行低压计量，也可无计量。馈出回路数为4-6回，借助塑料断路器进行控制与保护[8]。

（2）在动力照明条件下，需增加一定回路数量，一般为8-12回，同时还要提供无功补偿。

（3）在特殊情况下，由于箱变的占地面积相对较小，所以可以在更多场所应用，能将高电压供电顺利延伸至负荷中心，以此缩短低压供电半径，进而减少电能损耗。另外，低压供电线路相对较少，通常不超过4-6路，能极大的缩短工程施工周期，减少工程的投资。

箱变使用环境条件：（1）海拔高度不能超过1000m；（2）环境温度应保持在-25℃～+40℃范围内；（3）风速不能超过35m/s；（4）空气相对湿度不能超过90%；（5）地震水平加速度不能超过0.4m/s，地震垂直加速度不能超过0.2m/s；（6）使用场所不能存在导电灰尘与可能腐蚀金属和绝缘物的物质，也不能堆放危险物品；（7）箱变的安装地点不能存在剧烈震动，且垂直斜度不能超过3°。

4 城市轨道交通箱式变电站检查维修

对箱变进行安装、验收、试验及运行维护过程中都应严格遵守电力部门提出的相关规定。此外还应注意下列事项：

（1）用户在收货的过程中应严格按照相关规定进行认真检查，对不能立即安装到位的产品，应存放在符合使用要求的场所。

（2）箱变产品的起吊应采用专门的吊具在底部进行。

（3）箱变产品应沿水平方向安防于处理完成的基础，并在四角处安装地脚螺栓，然后在基础和箱变底座之间存在的缝隙使用水泥砂浆进行密封，防止雨水进入到箱体内部。

（4）在高低压室底封板处连接高低压电缆，并在电缆和穿管处做好密封防水。

（5）高压侧进线方式无论是架空或电缆，都要在变电站周围增设断口，确保操作人员可以确定变电站中是否带电，保证人员安全，防止触电事故发生[9]。

（6）将箱变安装到位后应及时进行可靠接地，设于底座的主接地端子、变压器中性点与外壳，以及避雷器下桩头，都要由专门的安装部门负责直接接地。每个接地需使用同一个接地装置，接地电阻不能超过4Ω，从接地网开始引接到接地引线的数量应达到两条以上。

箱变安装结束或维修完成后，需在正式投运之前做好如下各项检验及试验工作：

（1）检查箱变的内部是否清洁；

（2）检查箱变各操作机构的动作是否灵活；

（3）检查箱变主要电器通断是否灵活与可靠；

（4）检查箱变电器辅助触头通断是否准确与可靠；

（5）检查箱变各表计与继电器的动作是否准确；

（6）检查箱变仪表与互感器变比和接线极性是否正常；

（7）检查箱变每个电器的螺母是否完全拧紧，电气安装是否准确到位和牢固；

（8）检查箱变母线连接状况是否良好，支持绝缘子夹持件的安装是否可靠；

（9）检查箱变电器各项整定值能否达到相关要求，熔芯规格是否准确；

（10）检查主电路和辅助电路之间的连接点能否满足电气原理图提出的要求；

（11）检查箱变内部保护接地实际电阻值是否符合要求，要求不超过0.01Ω；

（12）检查各部分是否按照电压等级要求实施耐压试验。

5 结语

综上所述，轨道交通日趋成为当前大型城市主要公共交通方式，箱式变电站在城市轨道交通中的应用能从根本上解决采用常规变电所存在的占地和安全等方面的问题，以上对城市轨道交通中箱式变电站的具体应用要点进行分析与总结，旨在为实际的工程建设提供技术参考。