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摘要：根据美式及欧式箱式变电站的主要特点，分析了在住宅小区供电中型式的确定、布点方案及容量确定等问题，并提出了相应的对策措施。
关键词：箱式变电站 美式及欧式 布点方案 容量
箱式变电站是社会经济发展和城市建设的必然产物。随着近二十多年的经济发展，城市供电的格局发生了较大的变化，过去那种集中降压、长距离配电的方式已经大大制约了城市供电，并降低了供电企业的经济效益。原因是供电半径过大，线路损耗随着用电负荷的增加而大大增加，同时供电质量也大大降低。要减少线路损耗，保证供电质量，就得提高供电电压，这是众所周知的事实。为此，国家在城网建设中，要求高压直接进入市区，深入负荷中心。有资料显示，将供电电压从380V上升到10kV，可以减少线路损耗60％，减少总投资和用铜量52％，其经济效益相当可观。要实现高压深入负荷中心，箱式变电站是最经济、方便、有效的设备之一。
箱式变电站，是集高压开关柜、变压器、低压开关柜于一体，并在制造厂内装配完成的预装式变电站。由于箱变具有成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗、缩短送电周期、选择灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少及见效快等一系列优点；所以箱变有着广阔的使用范围，它适用于城市公共配电、高层建筑、住宅小区、公园、高速公路等，还适用于油田、工矿企业及施工场所等。它是继土建变电所之后崛起的一种崭新的变电站，在我区的住宅小区建设中，为提高城建形象，改善居住环境，各有关部门纷纷要求取消架空线路。对此，除广泛采用高、低压电缆外，在城区用地十分紧张、以土建方式建造变电站非常困难的情况下，采用10kV箱式变电站是一种优化选择方案。
现笔者就住宅小区箱式变电站供电几个问题进行一些探讨。
1 箱式变电站型式的选择
1．1 欧式箱变特点
根据产品结构不同及采用元器件的不同，箱变分为欧式箱变和美式箱变两种典型形式。
欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中，从结构上采用高、低压开关柜，变压器组成方式，这种箱变称为欧式箱变，形象比喻为给高、低压开关柜、变压器盖了房子。由于变压器室温很高，引起散热困难，影响出力；另一方面在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜，所以箱式变体积较大。
1．2 美式箱变特点
在结构上将负荷开关、环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中。避雷器也采用油浸式氧化锌避雷器。变压器取消油枕，油箱及散热器暴露在空气中，这种箱变称为美式箱变，形象比喻为变压器旁边挂个箱子。美式箱变从布置上看，其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置，而是品字型布置。从结构上看，这种箱式变分为前、后两部分：前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作把手，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片。将变压器绕组、铁心、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕，采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱，油箱及散热器暴露在空气中，散热优于欧式箱变。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化，这种箱式变电站的占地面积和体积大大减小，由于其体积很小再加上只是一侧开门，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4，体积仅为同容量欧式箱变的1/5－1/3。
1．3 两类箱变的比较
从保护方面，欧式箱变高压侧采用负荷开关加限流熔断器保护。发生一相熔断器熔断时，用熔断器的撞针使负荷开关三相同时分闸，避免缺相运行，要求负荷开关具有切断转移电流能力。低压侧采用负荷开关加限流熔断器保护，美式箱变高压侧采用熔断器保护，而负荷开关只起投切转换和切断高压负荷电流的功能，容量较小。当高压侧出现一相熔丝熔断，低压侧的电压就降低，塑壳自动空气开关欠电压保护或过电流保护就会动作，低压运行不会发生。从产品成本看，欧式箱变成本高。从产品降价空间看，美式箱变还存在较大降价空间，一方面美式箱变三相五柱铁心可改为三相三柱铁心，另一方面，美式箱变的高压部分可以改型后从变压器油箱内挪到油箱外，占用高压室空间。
美式箱变体积比较小，布置紧凑，，高低压室内为开关，一股容量为800kVA以下；欧式箱变体积大，南高压室、变压器和低压室组成，高低压室配置开关柜，容量可以做到20000kVA。
因此可以说同容量的两种箱变相比较，美式箱变的结构更为合理。在住宅小区中，容量较小时选择美式箱变，容量较大时选择欧式箱变。
2 箱变布点；方案探讨
在传统的城镇双杆式公用变布置中，由于住户用电容量偏小，住宅层数较低，一直采用小容量、多布点的原则。配变容量根据住户数而定，初装容量一般100－250kVA，最终容量400kVA以下。住宅小区的箱变布置是否也采用同样的原则呢?经过认真分析，我们认为箱式小区变以规划布点为主，以大容量为优化方案，确定最终容量、一步到位。这是基于以下几点考虑：
2．1 为美化环境、少占绿地
由于双杆式配变台区的10kV线路、低压线路是架空的，因此即便少放一台配变，由于电源必须供人每户居民，其架空线路并不会减少，况且多放一台配变也不占地面绿地，也就是说，对于双杆式配变台区而言，台区的多少对环境的总体影响基本不变，因此其比较适用多布点的原则。而对于箱变而言，其进出线均为电缆，唯一露出地面的电力设备是箱式变压器，因此箱变数量当然是越少越好。由于客户的供电容量是确定的，因此，箱变数量减少，就意味着单台箱变的容量就要增大。
2．2 箱变多少，对线损影响不大
双杆台区小容量、多布点的一大优点是减少低压线路的供电半径、减少导线电流，从而达到减少低压线路线损的目的。对于箱变，根据合理布点的原则，其一般放置在二幢或几幢房子的中间的绿地上，供电半径不过几十米，由于可供布置的环境的限制，供电半径几乎与箱变数量无关。每个箱变低压出线3－6回，通过电缆排管供至每幢楼旁的电缆分支箱，每个分支箱再出4－8回供电至每一梯户的电能表箱处，每一电能表再供电至每一用户。对于双杆变而言，其低压出线一般为左右二回出线，因此，当线路上的用户数增加时，其线路上流过的电流同时增大，而对于箱变而言，随着供电用户数的增加，箱变出线回路数也同时增加，但每一回出线的供电负荷基本不变。所以，无论箱变数量多少，低压线路的损耗基本保持不变。相反，由于配变数量减少，在可比的情况下，铁损反而下降。
2．3 由小区特点决定
在住宅小区箱变布点时，我们并非为了大容量而使用大变压器，就如上述所言，采用合理布点的原则，即先确定一个合理的供电范围，再根据供电范围内的 用电负荷情况计算配变容量，并根据此容量一步到位。
2．4 节约投资
一台630kVA箱变需资金约为21万元，即333元/kVA：而一台315kVA的箱变也需18万元，即571元/kVA。这是由于，箱变内的负荷开关等设备成本所占比例较高，因此，单台箱变的容量越大，其每一千伏安的成本就越低。
2．5 可靠性分析
箱变采用环网供电，可靠性较高，无论是使用二台小容量的箱变，还是采用一台大容量的箱变，其对用户的供电可靠率基本一致。如低压有特别重要的用户，可通过电缆分支箱切换。
2．6 电压分析
以S9型配变为例，100－500kVA配变的阻抗电压均为4％，630－1600kVA配变的阻抗电压也仅为4.5％。也就是说，当小容量的配变和大容量的配变均处于同等负荷率的情况下，其在配变上的电压损失是一致的。事实上，如果采用二台250kVA配变替代一台500kVA，由于500kVA所带用户数是每台250kVA配变所带用户数的一倍，因此，500kVA用户用电的同时率要低于250kVA用户用电的同时率，即当出现最高负荷时，500kVA配变的负荷率要小于每台250kVA配变负荷率，因此，当出现最高负荷时，500kVA配变上的电压损耗要比每台250kVA配变都小。由于每回低压出线的负荷基本上都是一样的，则电压在低压线路上的损耗是一样的，因此，采用大容量的箱变，其电压要优于小容量配变。
3 箱式变电站容量的确定
箱式变电站容量的确定应根据实际负荷的大小来确定，一般采用需要系数法进行计算。比如一，幢25层一梯六户的高层住宅，在户外设置一台箱变。每户的负荷按7kW考虑，需要系数可根据表1所列选用。
此次供电每台箱变供电用户150户，据此，每台配变的负荷为7kW×150×0.33=346.5kW，以功率因数补偿至0.9计，则配变容量为385kVA，取整为400kVA。
4 使用中需注意的其他几个问题
(1)由于箱变是免维护设计，在维护上不是很方便，因此在开关设备的选择上我们应优先选择性能比较优良的，变压器选用性能好、低损型的，如现在推荐使用的卷铁心S11型。
(2)无论美式还是欧式箱变散热都不是尽善尽美的，尤其是在太阳直晒比较严重的地区，温度升高，影响塑壳断路器分断，使得断路器不能正常开断负载及短路电流，易引发故障，因此散热装置是必要的，尤其要在箱式变基础中做成散热池，以增加对流。
关键词：箱式变电站 美式及欧式 布点方案 容量
箱式变电站是社会经济发展和城市建设的必然产物。随着近二十多年的经济发展，城市供电的格局发生了较大的变化，过去那种集中降压、长距离配电的方式已经大大制约了城市供电，并降低了供电企业的经济效益。原因是供电半径过大，线路损耗随着用电负荷的增加而大大增加，同时供电质量也大大降低。要减少线路损耗，保证供电质量，就得提高供电电压，这是众所周知的事实。为此，国家在城网建设中，要求高压直接进入市区，深入负荷中心。有资料显示，将供电电压从380V上升到10kV，可以减少线路损耗60％，减少总投资和用铜量52％，其经济效益相当可观。要实现高压深入负荷中心，箱式变电站是最经济、方便、有效的设备之一。
箱式变电站，是集高压开关柜、变压器、低压开关柜于一体，并在制造厂内装配完成的预装式变电站。由于箱变具有成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗、缩短送电周期、选择灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少及见效快等一系列优点；所以箱变有着广阔的使用范围，它适用于城市公共配电、高层建筑、住宅小区、公园、高速公路等，还适用于油田、工矿企业及施工场所等。它是继土建变电所之后崛起的一种崭新的变电站，在我区的住宅小区建设中，为提高城建形象，改善居住环境，各有关部门纷纷要求取消架空线路。对此，除广泛采用高、低压电缆外，在城区用地十分紧张、以土建方式建造变电站非常困难的情况下，采用10kV箱式变电站是一种优化选择方案。
现笔者就住宅小区箱式变电站供电几个问题进行一些探讨。
1 箱式变电站型式的选择
1．1 欧式箱变特点
根据产品结构不同及采用元器件的不同，箱变分为欧式箱变和美式箱变两种典型形式。
欧式箱变是将变压器及普通的高压电器设备装于同一个金属外壳箱体中，从结构上采用高、低压开关柜，变压器组成方式，这种箱变称为欧式箱变，形象比喻为给高、低压开关柜、变压器盖了房子。由于变压器室温很高，引起散热困难，影响出力；另一方面在箱体中采用普通的高压负荷开关和熔断器、低压开关柜，所以箱式变体积较大。
1．2 美式箱变特点
在结构上将负荷开关、环网开关和熔断器结构简化放入变压器油箱浸在油中。避雷器也采用油浸式氧化锌避雷器。变压器取消油枕，油箱及散热器暴露在空气中，这种箱变称为美式箱变，形象比喻为变压器旁边挂个箱子。美式箱变从布置上看，其低压室、变压器室、高压室不是目字型布置，而是品字型布置。从结构上看，这种箱式变分为前、后两部分：前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括高低压接线端子，负荷开关操作把手，无载调压分节开关，插入式熔断器，油位计等；后部为注油箱及散热片。将变压器绕组、铁心、高压负荷开关和熔断器放入变压器油箱中。避雷器也采用油浸式金属氧化物避雷器。变压器取消油枕，采取油加气隙体积恒定原则设计密封式油箱，油箱及散热器暴露在空气中，散热优于欧式箱变。低压断路器采用塑壳断路器作为主断路器及出线断路器。由于结构简化，这种箱式变电站的占地面积和体积大大减小，由于其体积很小再加上只是一侧开门，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4，体积仅为同容量欧式箱变的1/5－1/3。
1．3 两类箱变的比较
从保护方面，欧式箱变高压侧采用负荷开关加限流熔断器保护。发生一相熔断器熔断时，用熔断器的撞针使负荷开关三相同时分闸，避免缺相运行，要求负荷开关具有切断转移电流能力。低压侧采用负荷开关加限流熔断器保护，美式箱变高压侧采用熔断器保护，而负荷开关只起投切转换和切断高压负荷电流的功能，容量较小。当高压侧出现一相熔丝熔断，低压侧的电压就降低，塑壳自动空气开关欠电压保护或过电流保护就会动作，低压运行不会发生。从产品成本看，欧式箱变成本高。从产品降价空间看，美式箱变还存在较大降价空间，一方面美式箱变三相五柱铁心可改为三相三柱铁心，另一方面，美式箱变的高压部分可以改型后从变压器油箱内挪到油箱外，占用高压室空间。
美式箱变体积比较小，布置紧凑，，高低压室内为开关，一股容量为800kVA以下；欧式箱变体积大，南高压室、变压器和低压室组成，高低压室配置开关柜，容量可以做到20000kVA。
因此可以说同容量的两种箱变相比较，美式箱变的结构更为合理。在住宅小区中，容量较小时选择美式箱变，容量较大时选择欧式箱变。
2 箱变布点；方案探讨
在传统的城镇双杆式公用变布置中，由于住户用电容量偏小，住宅层数较低，一直采用小容量、多布点的原则。配变容量根据住户数而定，初装容量一般100－250kVA，最终容量400kVA以下。住宅小区的箱变布置是否也采用同样的原则呢?经过认真分析，我们认为箱式小区变以规划布点为主，以大容量为优化方案，确定最终容量、一步到位。这是基于以下几点考虑：
2．1 为美化环境、少占绿地
由于双杆式配变台区的10kV线路、低压线路是架空的，因此即便少放一台配变，由于电源必须供人每户居民，其架空线路并不会减少，况且多放一台配变也不占地面绿地，也就是说，对于双杆式配变台区而言，台区的多少对环境的总体影响基本不变，因此其比较适用多布点的原则。而对于箱变而言，其进出线均为电缆，唯一露出地面的电力设备是箱式变压器，因此箱变数量当然是越少越好。由于客户的供电容量是确定的，因此，箱变数量减少，就意味着单台箱变的容量就要增大。
2．2 箱变多少，对线损影响不大
双杆台区小容量、多布点的一大优点是减少低压线路的供电半径、减少导线电流，从而达到减少低压线路线损的目的。对于箱变，根据合理布点的原则，其一般放置在二幢或几幢房子的中间的绿地上，供电半径不过几十米，由于可供布置的环境的限制，供电半径几乎与箱变数量无关。每个箱变低压出线3－6回，通过电缆排管供至每幢楼旁的电缆分支箱，每个分支箱再出4－8回供电至每一梯户的电能表箱处，每一电能表再供电至每一用户。对于双杆变而言，其低压出线一般为左右二回出线，因此，当线路上的用户数增加时，其线路上流过的电流同时增大，而对于箱变而言，随着供电用户数的增加，箱变出线回路数也同时增加，但每一回出线的供电负荷基本不变。所以，无论箱变数量多少，低压线路的损耗基本保持不变。相反，由于配变数量减少，在可比的情况下，铁损反而下降。
2．3 由小区特点决定
在住宅小区箱变布点时，我们并非为了大容量而使用大变压器，就如上述所言，采用合理布点的原则，即先确定一个合理的供电范围，再根据供电范围内的 用电负荷情况计算配变容量，并根据此容量一步到位。
2．4 节约投资
一台630kVA箱变需资金约为21万元，即333元/kVA：而一台315kVA的箱变也需18万元，即571元/kVA。这是由于，箱变内的负荷开关等设备成本所占比例较高，因此，单台箱变的容量越大，其每一千伏安的成本就越低。
2．5 可靠性分析
箱变采用环网供电，可靠性较高，无论是使用二台小容量的箱变，还是采用一台大容量的箱变，其对用户的供电可靠率基本一致。如低压有特别重要的用户，可通过电缆分支箱切换。
2．6 电压分析
以S9型配变为例，100－500kVA配变的阻抗电压均为4％，630－1600kVA配变的阻抗电压也仅为4.5％。也就是说，当小容量的配变和大容量的配变均处于同等负荷率的情况下，其在配变上的电压损失是一致的。事实上，如果采用二台250kVA配变替代一台500kVA，由于500kVA所带用户数是每台250kVA配变所带用户数的一倍，因此，500kVA用户用电的同时率要低于250kVA用户用电的同时率，即当出现最高负荷时，500kVA配变的负荷率要小于每台250kVA配变负荷率，因此，当出现最高负荷时，500kVA配变上的电压损耗要比每台250kVA配变都小。由于每回低压出线的负荷基本上都是一样的，则电压在低压线路上的损耗是一样的，因此，采用大容量的箱变，其电压要优于小容量配变。
3 箱式变电站容量的确定
箱式变电站容量的确定应根据实际负荷的大小来确定，一般采用需要系数法进行计算。比如一，幢25层一梯六户的高层住宅，在户外设置一台箱变。每户的负荷按7kW考虑，需要系数可根据表1所列选用。
此次供电每台箱变供电用户150户，据此，每台配变的负荷为7kW×150×0.33=346.5kW，以功率因数补偿至0.9计，则配变容量为385kVA，取整为400kVA。
4 使用中需注意的其他几个问题
(1)由于箱变是免维护设计，在维护上不是很方便，因此在开关设备的选择上我们应优先选择性能比较优良的，变压器选用性能好、低损型的，如现在推荐使用的卷铁心S11型。
(2)无论美式还是欧式箱变散热都不是尽善尽美的，尤其是在太阳直晒比较严重的地区，温度升高，影响塑壳断路器分断，使得断路器不能正常开断负载及短路电流，易引发故障，因此散热装置是必要的，尤其要在箱式变基础中做成散热池，以增加对流。