Анализа на стандардите и конструктивната перформанца на комбинирано дистрибутивно опрема

Стандарди и класификација на комбинирани уреди за дистрибуција на електрична енергија

Постојат многу различни видови на комбинирани уреди за дистрибуција на електрична енергија. Некои од често користените вклучуваат пакетирани подстанции, кутијасто-тип трансформатори, предварително сагледувани подстанции, комбинирани трансформатори, европски-стилски кутијасто-тип подстанции и амерички-стилски кутијасто-тип подстанции.

Соодветни стандарди за комбинирани уреди за дистрибуција на електрична енергија

Во моментов, важните соодветни стандарди за комбинирани уреди за дистрибуција на електрична енергија во Кина вклучуваат:国家标准 GB/T 17467 - 1998 《高压/低压预装式变电站》、机械行业标准 JB/T 10217 - 2000 《组合变压器》以及电力行业的订购标准 DL/T 537 - 2002 《高压/低压预装箱式变电站选型导则》。

1995 година, Меѓународната електротехничка комисија (IEC) објави стандардот IEC1330 - 1995 《高压/低压预装式变电站》。国家标准 GB/T 17467 - 1998 《高压/低压预装式变电站》等同于 IEC1330 标准。在该标准中，预装式变电站被定义为“通过型式试验的设备，用于将电能从高压系统传输到低压系统。它包括变压器、低压和高压开关设备、连接线以及封闭在外壳中的辅助设备”。

机械行业标准 JB/T 10217 - 2000 《组合变压器》规定了组合变压器的标准定义： “将变压器本体、开关设备、熔断器、分接开关及相应的辅助设备组合在一起的变压器”。

电力行业的订购标准 DL/T 537 - 2002 《高压/低压预装箱式变电站选型导则》修订了原 DL/T 537 - 1993 《6-35kV 箱式变电站订货技术条件》，使箱式变电站的电力行业标准与 IEC 1330 - 1995 一致。DL/T 537 - 2002 与 IEC 1330 - 1995（即 GB/T 17467 - 1998）之间的差异如表 1 所示。

上述三项国内标准均为推荐标准。由于各行业特点不同，每个标准都有其独特之处。电力行业的订购标准从用户角度出发，基于国际（国家）标准，并增加了表 1 中介绍的内容，提供了更为详细的设备选择依据。

Комбинирани уреди за дистрибуција на електрична енергија - Класификација

尽管有上述标准，组合配电装置在实际应用中的命名并不十分统一，分类也有所不同。主要有两类：一种是仅将预装式变电站定义为欧式箱式变电站；另一种是将所有组合配电装置统称为预装式变电站，然后将预装式变电站分为“欧式箱式变电站”和“美式箱式变电站”。一些供应商为了满足不同用户的需求，甚至有一种产品有两个名称。

Структура и анализа на перформанса

Европски-стилска предварително сагледувана подстанција

20世纪70年代，中国从法国、德国等欧洲国家引进了6-10kV一体化配电设备。这种创新设备将变电站的三个主要部件（高压开关设备、变压器和低压配电柜）集成在一个外壳中，建立了预装式变电站的概念。

1993年12月，原电力部发布了行业标准 DL/T 537-1993 《6-35kV 预装式变电站技术规范》。该标准第3.1条明确规定：“由高压配电装置、电力变压器、低压配电装置及电能计量装置组成的一体化紧凑型配电成套装置，称为预装式变电站，简称箱式变电站。”源于欧洲设计，这种配置通常被称为欧式预装式变电站。

1998年发布国家标准 GB/T 17467-1998 《高压/低压预装式变电站》后，正式术语转变为“预装式变电站”。然而，在实际使用中，用户和制造商仍然习惯称这些装置为箱式变电站或欧式变电站。

Структурни карактеристики:

欧式变电站通常包括三个功能隔间：

• 高压室

• 低压室

• 变压器室

主要采用两种配置：

• 直线布局：标准配置

• 三角布局：适用于复杂的低压电路要求

相对于传统变电站的性能优势：

• 负载接近优化：

• 供电半径减少40-60%

• 电缆投资成本降低25-35%

• 线路损耗降低15-20%

• 空间效率：

• 占地面积约为传统变电站的10%

• 土建成本降低60-70%

• 简化安装：

• 现场施工时间减少50-60%

技术限制及解决方案：

封装设计带来了关键的热管理挑战：

• 散热受限导致内部温度升高（典型ΔT 增加：8-12°C）

• 潜在的热影响对组件稳定性的影响（估计性能下降：每上升10°C，性能下降3-5%）

工业缓解策略包括：

• 先进的通风系统：

• 迷宫结构的外壳壁

• 轴流排风扇（通常容量为200-400 CFM）

• 热增强措施：

• 散热器优化（表面积增加20-30%）

• 耐热绝缘材料（H级或更高）

• 这些解决方案虽然有效，但也引入了：

• 
  

• 结构复杂性（制造周期延长15-20%）

• 额外能耗（辅助系统：总负荷的5-8%）

• 声发射（典型噪声水平增加3-5 dBA）

最新技术进展：

领先的制造商在热管理方面取得了突破性的发展：

• 新型变压器散热配置（效率提高12-15%）

• 优化外壳空气动力学（温度降低6-8°C）

• 无需强制通风的高容量设计（≥800kVA）

• 符合 GB 1094.11 干式变压器温升限值（最大绕组温升100K）

这些创新在符合国家标准的同时实现了：

• 节能（风扇功率降低100%）

• 噪声水平降低（4-7 dBA）

• 提高运行可靠性（MTBF 提高20-25%）

Американски-стилска кутијасто-тип подстанција (Комбинирани трансформатори)

20世纪90年代，美式三相分箱式自冷配电变压器进入中国市场。根据美国国家标准（ANSI）C57.12.26 - 1992 《带高压插头连接器的垫装分箱式自冷三相配电变压器标准》，高压电缆通过高压隔间的电缆连接器连接到变压器，低压电缆通过低压隔间的螺栓连接到低压端子。垫装分箱式配电变压器的油箱配备了高压熔断器和四位置负荷开关。变压器可以作为终端运行或在网络中运行，保护和控制变压器高压侧的供电状态。

中国的变压器制造商在美式产品的低压隔间中增加了低压断路器和电能表，将其变成组合配电装置。这些装置广泛应用于住宅区。为了与欧式箱式变电站区分，它们被称为美式箱式变电站，也称为组合变压器。机械行业标准 JB/T 10217 - 2000 《组合变压器》详细阐述了组合变压器的标准定义（如上所述）。在3.7节中，它将“高低压隔间”定义为“高低压电缆终端和电气元件的操作控制部分由钢板封闭，依靠油箱壁”的空间。这是与欧式箱式变电站的一个结构区别。

该标准根据油箱结构将组合变压器（美式箱式变电站）分为两种类型：共箱型和分箱型。在共箱型中，高压电气元件与变压器本体共享一个变压器油箱，用字母 ZG 表示。在分箱型中，负荷开关等高压电气元件放在一个单独的油箱中，其他高压电气元件和变压器本体安装在另一个油箱中。两个油箱的油路不连通，用字母 ZF 表示。

共箱型组合变压器

除了具有欧式箱式变电站的优点外，共箱型组合变压器还具有以下优点：

• 占地面积小：约占欧式箱式变电站面积的3/5。

• 散热效果好：变压器直接暴露，有利于散热。结构相对简单，售价相对较低（约为欧式箱式变电站的3/5）。

• 运输和安装方便：体积较小，运输和安装更方便。

在中国背景下，直接从国外进口的美式箱式变电站存在以下缺陷：

• 变压器油劣化：当高压负荷开关操作时，产生的电弧可能导致变压器油分解，影响美式箱式变电站的整体使用寿命。

• 缺相运行：当高压熔断器熔断时，可能会导致变压器在缺相状态下运行。

• 高压电路功能有限：高压电路功能相对简单，不能完全满足当前电气运行规程的要求。例如，高压负荷开关没有明显的断开点。

为了解决这些问题，国内制造商进行了多项改进。如上所述，在美式箱式变电站的低压隔间中增加了低压断路器（通常是智能空气断路器），以实现过载、欠压、短路和接地等多种故障保护。这消除了由于低压馈线短路或过载而导致高压熔断器熔断的现象，避免了变压器的缺相运行。其次，对高压部分进行了重新设计。例如，在高压保护方面，美式箱式变电站使用负荷开关切断负载电源，并依靠后备保护熔断器和插拔式熔断器进行全范围的电源保护。

分箱型组合变压器

目前，大多数变压器制造商生产的美式箱式变电站属于ZG型共箱组合变压器。为了消除上述共箱组合变压器的缺点，国内变压器制造商将负荷开关和后备保护熔断器等高压元件与变压器油箱分离。在负荷开关等高压元件的小隔间内注入高闪点油，在变压器油箱内注入普通25号油。这样不仅解决了因操作负荷开关导致变压器油老化的问题，也解决了在整个变压器油箱中使用高闪点油（因其粘度高）带来的散热问题。

非晶合金变压器的应用

变压器是箱式变电站中尺寸最大、发热最多的部件。其结构特点和损耗水平直接影响箱式变电站的整体设计。

1996年，中国成功开发并生产了500 kVA以下的非晶态配电变压器，但产量较小，未能大规模生产。1998年，上海新电电气公司从美国通用电气公司（GE）引进了非晶变压器的设计和制造技术，进行大规模生产。目前，已有20多家非晶变压器制造商。非晶合金铁芯的空载损耗仅为S9系列的20%，显示出非常显著的节能效果。

ANSI配电变压器标准也在更广泛的变压器技术和市场中发挥作用。然而，限制非晶合金变压器在国内箱式变电站中应用的主要因素是价格，需要国家实施相应的激励政策。事实上，国内外对使用非晶合金变压器有很多激励政策。据台湾制造商称，台湾地区对非晶合金变压器产品制定了严格的标准。无论用户在哪里购买非晶合金变压器，都可以根据变压器容量获得补贴，每千瓦可获得数万新台币的奖励。

欧式箱式变电站与美式箱式变电站的比较

如上所述，美式和欧式箱式变电站都在体积、占地面积和环境协调性方面具有优势。美式箱式变电站通常参考ANSI相关配电变压器规范设计，甚至在占地面积、价格和散热等方面比欧式箱式变电站更具优势。例如，DXB(W)-1.10型箱式变电站的高压和低压套管、分接开关、油枕和放油阀安装在一侧壁上，分别封闭在独立的高低压设备隔间中。变压器成为箱式变电站外壳的一部分，其余三面侧壁则配备暴露在空气中的波纹散热片，改善了散热条件，减少了某些损耗。

然而，由于美式箱式变电站的散热部分长时间暴露在空气中，会出现自然环境引起的材料腐蚀等问题，影响设备的整体使用寿命。此外，在夏季，美式箱式变电站的散热片温度可达80-90°C以上，对意外靠近的人造成烫伤风险。

使用非晶合金变压器的欧式箱式变电站是国内制造商新开发的产品。它是继非晶合金组合变压器（包括共箱型和分箱型）之后的技术进步。通过改进其他散热设计，它们在满足国家温升要求的同时实现了自然冷却，消除了通风风扇的能耗和噪音。因此，非晶合金欧式箱式变电站具有优异的技术特性。

结论

随着标准的进一步推广，组合配电装置的命名应变得更加统一。技术的发展和制造工艺及结构的改进使美式和欧式箱式变电站比传统变电站更具优势。它们更好地适应了市场对配电设备小型化、环境协调性、多功能性和可靠供电的需求。如果使用非晶合金等环保节能材料能够得到一定的政策激励，国内箱式变电站的技术经济性能将进一步提升。