新型預(yù)裝式變電站在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用研究

曾潔 陳德朕

摘 要：本文首先介紹了我國(guó)電力工業(yè)新材料、新技術(shù)、新制造的發(fā)展，節(jié)能、低噪聲、智能配電變電站在軌道交通電網(wǎng)改造中的廣泛應(yīng)用。介紹了油浸式配電變電站、非晶鐵心變電站（AMT）、干式變電站、SF6絕緣配電變電站、復(fù)合式變電站及其它類(lèi)型配電變電站等不同類(lèi)型配電變電站的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并從新材料、新結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：預(yù)裝式變電站;軌道交通;應(yīng)用探究

0 引言

隨著城市化建設(shè)步伐的加快和改造，推進(jìn)配電網(wǎng)的改造和建設(shè)，節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、低噪音配電變電站得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司廣泛采用S11系列節(jié)能變電站作為新型配電變電站，并開(kāi)始逐步推廣S13、S15、S16系列。在“十二五”規(guī)劃末期，國(guó)家電網(wǎng)公司將對(duì)S9系列及以下的所有配電網(wǎng)和高耗變電站進(jìn)行改造。這些節(jié)能型配電變電站主要是由于采用了較薄的高滲透硅鋼片或非晶合金鐵芯材料，以及磁導(dǎo)率鐵芯結(jié)構(gòu)（如平面纏繞鐵芯、三維纏繞鐵芯）的多樣化。

1 配電變電站的發(fā)展

（1）節(jié)能型油浸式配電變電站。油浸式配電變電站是目前配電變電站的主要產(chǎn)品，在低損耗、低噪聲、高可靠性，特別是節(jié)能降耗方面取得了良好的效果。油浸式配電變電站按損耗特性分為S9、S10、S11、S12、S13、S15、S16（S15、S16為AMT）系列。S11系列變電站的空載損耗比S9系列低20%，S13系列變電站比S11系列低25%。S11及其以上系列最近在國(guó)家電網(wǎng)公司得到了廣泛的應(yīng)用。SBH15系列（AMT）逐步推廣。國(guó)家能源局于2010年頒布了《軌道交通電網(wǎng)改造技術(shù)原則》。該原則作為改造升級(jí)的配套文件之一，具體指出節(jié)能環(huán)保是軌道交通電力改革的重要原則。根據(jù)這一原則，高中壓配電網(wǎng)變電站應(yīng)選用S11及其以上系列或AMT，這極大地促進(jìn)了節(jié)能型配電變電站的應(yīng)用。2012年，財(cái)政部、發(fā)改委和工業(yè)部聯(lián)合發(fā)布了《高效節(jié)能配電變電站推廣細(xì)則》。加快了高效節(jié)能配電變電站的推廣。

（2）非晶合金配電變電站。上世紀(jì)80年代初，通用電氣、EPRI和ES-EERCO聯(lián)合制造了AMT。我國(guó)于1995年研制了非晶合金變電站原型。非晶態(tài)合金變電站自2000年開(kāi)始逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)。2011年，SGCC要求新應(yīng)用的非晶態(tài)合金配電變電站不低于15%。變電站鐵心材料的非晶態(tài)合金主要是以鐵、鎳、鈷為主要原料，加入少量硼、硅，具有良好的鐵磁性。非晶合金薄帶的制造工藝與傳統(tǒng)的硅鋼薄帶有很大的不同。硅鋼片的制造工藝包括精煉、鎳等，而非晶合金材料則是由液體以極快的速度冷卻到0.027 mm 左右的合金薄帶上。與傳統(tǒng)的硅鋼片相比，該工藝節(jié)約了6～8道工序，節(jié)約了約80%的能耗。此外，取向硅鋼片的屈服率較低，僅為40%～50%，而非晶態(tài)合金屈服率可達(dá)90%。非晶態(tài)磁芯薄帶具有軟磁性能好、硬度高、耐蝕性好等特點(diǎn)。

（3）H級(jí)干式配電變電站。干式變電站以其低噪聲、低損耗、免維護(hù)、高可靠性、無(wú)污染、抗燃燒、抗燃燒等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注和推廣。廣泛應(yīng)用于地鐵、機(jī)場(chǎng)和居民區(qū)。目前干式變電站主要有兩種類(lèi)型：一種是F類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變電站（ORDT），另一種是H類(lèi)真空壓力浸漬干式變電站（OVDT）。上世紀(jì)80年代末以來(lái)，中國(guó)從歐洲引進(jìn)了先進(jìn)的薄型絕緣ORDT 技術(shù)，現(xiàn)已在全國(guó)廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，由于浸漬干式變電站采用真空壓力浸漬（VPI）技術(shù)，并采用美國(guó)杜邦公司的NOMEX紙作為絕緣材料，浸漬干式變電站（作為NOMEX紙絕緣浸漬干式變電站）在我國(guó)開(kāi)始試運(yùn)行。

（4）三維環(huán)形鐵心配電變電站。上世紀(jì)90年代，一些中國(guó)制造商開(kāi)發(fā)了立體環(huán)形鐵心配電變電站。卷鐵芯變電站經(jīng)歷了信號(hào)相位、一維三相、三維三相的發(fā)展過(guò)程。S13型三維環(huán)形鐵心配電變電站是用傳統(tǒng)的硅或非晶合金材料制成的。正三角形的三維結(jié)構(gòu)是由三個(gè)單芯盒組成，三個(gè)磁路的長(zhǎng)度相同且最短。三相平衡，空載損耗低，諧波少，噪聲低。與同容量的S13疊層結(jié)構(gòu)變電站相比，可節(jié)省硅鋼片20%以上的消耗，銅片2%～3%以上的消耗，空載電流下降50%以上，噪聲降低4 db～6 db。南方電網(wǎng)公司在2012年廣泛使用S13型變電站。與此同時(shí)，2012年10月，廣東海鴻有限公司在世界范圍內(nèi)首次展示了三維創(chuàng)傷磁芯AMT。該產(chǎn)品突破了傳統(tǒng)AMT的平面軋制鐵芯結(jié)構(gòu)。利用非晶磁芯的三維纏繞磁芯結(jié)構(gòu)和低損耗特性，解決了傳統(tǒng)AMT在噪聲高、短路電阻低、體積大、材料使用量大等方面的瓶頸。新型節(jié)能三維環(huán)形鐵心變電站的深入研究和開(kāi)發(fā)成功，將有助于節(jié)能三維纏繞鐵心技術(shù)的推廣應(yīng)用。立體超環(huán)面型芯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，但也存在一些固有的不足，如芯輥、退火、線(xiàn)圈加工所需的專(zhuān)用設(shè)備和工裝模具較多，要求嚴(yán)格，投資大，效率較低。影響鐵芯退火的因素較多，鐵芯損耗系數(shù)的色散較大，退火后的過(guò)程也較多。由于變電站鐵心繞組的三維環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)，給維護(hù)和維修帶來(lái)了困難。

（5）SF6絕緣配電變電站。采用SF6氣體絕緣的干式配電變電站在日本得到了廣泛的應(yīng)用，而在我國(guó)應(yīng)用較少。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝與傳統(tǒng)油浸式變電站相似。阻燃性能最優(yōu)越，但缺陷明顯，如一旦制造工藝不好就容易泄漏。因此，變電站的制造工藝是制約變電站發(fā)展的重要因素之一。當(dāng)制造工藝不能達(dá)到一定水平時(shí)，不應(yīng)提倡開(kāi)發(fā)這種變電站。

（6）組合變電站。美國(guó)箱式變電站稱(chēng)為預(yù)制變電站，國(guó)內(nèi)又稱(chēng)組合變電站。組合式變電站最早是由美國(guó)研制的。而歐式箱式變電站又稱(chēng)組合變電站。歐式箱式變電站采用高低壓開(kāi)關(guān)柜和變電站的結(jié)構(gòu)組成，所有設(shè)備均安裝在金屬外殼殼體內(nèi)。箱體采用普通高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器和低壓開(kāi)關(guān)柜，體積變大。美國(guó)箱式變電站在結(jié)構(gòu)上與歐洲箱式變電站不同。從布局來(lái)看，低壓室、變電站室和高壓室不是一個(gè)頭形布局，而是一個(gè)單獨(dú)的布局。從結(jié)構(gòu)上看，這種箱式變電站可分為前者、后者兩部分：前者是高低壓操作間隔，后者包括高低壓操作端子、負(fù)荷開(kāi)關(guān)操作手柄、空載穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)、插入式熔斷器、油位指示器等。后者是油箱和散熱片，變電站繞組、鐵芯、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器放入變電站油箱。避雷器還采用油浸式金屬氧化物避雷器。取消了變電站油枕，根據(jù)油氣間隙定容原則設(shè)計(jì)了密封油箱，油箱和散熱器由于沒(méi)有散熱問(wèn)題而暴露在空氣中。低壓斷路器采用塑殼斷路器作為主斷路器和出線(xiàn)斷路器。美國(guó)變電站與歐洲變電站最大的區(qū)別是高壓分區(qū)，美國(guó)變電站只有兩種高壓接線(xiàn)方式，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（雙電源）或終端電源。由于歐洲變電站的各種功能單元成為獨(dú)立的，每個(gè)單元（高壓、變電站、低壓）可根據(jù)用戶(hù)要求定制。美式變電站受高壓的制約，而且體積小，功能靈活性遠(yuǎn)不如歐式變電站。但它比歐洲的變電站便宜得多。

2 結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能型、小型化、卷鐵芯和非晶鐵心配電變電站是目前的主要變電站。而H級(jí)干式變電站和三維繞組式AMT是今后的發(fā)展方向。智能配電網(wǎng)的應(yīng)用、電力電子新技術(shù)和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，將直接影響配電變電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變電站行業(yè)將走上低碳化、經(jīng)濟(jì)化、可持續(xù)發(fā)展的道路。

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