CN102361241A - 箱式变电站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压变电技术，公开了一种箱式变电站，以解决现有的变电站占地大、接线复杂等问题。本发明公开的箱式变电站包括箱体和变电设备，所述箱体的地上部分由高压GIS室、主变室、中压配电室、主控室和电容器室五部分组成，所述箱体各部分的变电设备之间电性连接；其中所述主变室设于该箱体的底层，其内置的主变压器的地下部分为卵石层和事故油池；所述主变室的邻侧设有高压GIS室或中压配电室；所述主变室的邻室纵向叠加有所述箱体剩余三部分中的任意两部分，其顶层部分与所述主变室之上的箱体部分并排设置并共用一底板。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压变电技术，尤其涉及一种箱式变电站。
背景技术
为适应电力系统城市化的发展，高压变电站需要小型化且可工厂成套生产。这不仅有利于在现有城市高负荷密度区选择负荷中心的建站要求，也有利于城市电网改造、减少降压层次、简化接线、大幅降低电能损耗。
作为城市配电网，我国大部分地区现有高压等级为220、110、60KV，中压35、10KV，低压0.4KV，降压层次为3级。例如：220/110/10/0.4KV、220/35/10/0.4KV、220/60/10/0.4KV或4级。例如：220/110/35/10/0.4KV。目前我国城市电网发展面临最大的困难是高压变电站进入市区负荷中心。原因是接线复杂、配电装置占地大、还要为发展预留空间，因此只能建于城区外围地带。
此外，为加快在山区新建电网的建设速度，节省用地也需要高压变电站的小型化。
发明内容
本发明的主要目的在于公开一种变电站，以解决现有的变电站占地大、接线复杂等问题。
为达上述目的，本发明公开一种箱式变电站，包括：箱体和变电设备，其中，所述箱体的地上部分由高压GIS(Gas Isolated Switchgare，气体隔离开关站)室、主变室、中压配电室、主控室和电容器室五部分组成，所述箱体各部分的变电设备之间电性连接；
其中所述主变室设于该箱体的底层，其内置的主变压器的地下部分为卵石层和事故油池；所述主变室的邻侧设有高压GIS室或中压配电室；所述主变室的邻室纵向叠加有所述箱体剩余三部分中的任意两部分，其顶层部分与所述主变室之上的箱体部分并排设置并共用一底板；
所述高压的范围为60KV以上，例如，220KV、225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV；
所述中压的范围为6至60KV，例如，35KV、30KV、22KV、12KV、10KV、6.6KV。
于一具体实施例中，上述主变室之上为主控室，上述主变室的邻侧为中压配电室，上述中压配电室之上为高压GIS室，上述高压GIS室之上为电容器室，且上述电容器室与上述主控室并排设置，其底板连成一体。
于一具体实施例中，上述主变室之上为电容器室，上述主变室的邻侧为高压GIS室，上述高压GIS室之上为中压配电室，上述中压配电室之上为主控室，且上述主控室与上述电容器室并排设置，其底板连成一体。
于一具体实施例中，上述主变室之上为高压GIS室，上述主变室的邻侧为中压配电室，上述中压配电室之上为主控室，上述主控室之上为电容器室，且上述电容器室与上述高压GIS室并排设置，其底板连成一体。
较佳的，上述主变压器由变压器本体和散热片组构成，其中上述变压器本体设置在上述主变室内，上述散热片组设置在上述主变室内外。
较佳的，上述箱体还设有地下部分，上述地下部分设有电缆沟。
较佳的，构成上述主变室的内墙体或外墙体上设置具有通风、防火、防震、防磁、降噪功能的百叶窗和卷帘门。
较佳的，上述箱体的顶层还设有吊装平台。
较佳的，上述箱体由钢结构梁、柱、内墙体、外墙体及设置在上述内墙 体和/或外墙体上的门窗构成，其中上述内墙体由ALC板制成，上述外墙体由GRC板制成，上述门窗由钢化玻璃板制成，可工厂预制化生产。
较佳的，上述箱体各部分的门开在同一侧，不需围墙及环路，可沿路边建设，对选址要求简单，可建于繁华市区。
与现有技术相比，本发明公开的箱式变电站至少具有以下优点：
1.适应国家电网提出的“两型一化”“两型三新”(资源节约型、环境友好型及工业化、新技术、新材料、新工艺)及“全寿命周期管理”的电网建设政策性要求。
2、箱体超小型，整体全部开门在一侧，不需围墙及环路，可沿路边建设，对选址要求简单，可建于繁华市区。箱体主要由5部分构成，布局简单、合理、灵活，占用空间小，且箱体顶层的两部分并排设置并共用一底板，该底板可以一体成型制作，从而也使得箱体的制作简便、快捷，成本低；节约了变电站的建设成本。
3、箱体内的各部分的变电设备模块化，安装方便；且基本无外露带电部分，安全可靠。
4.二次设备保护、控制、自动装置、通讯设施均为数字化、智能化、光缆连接(包括本站中馈出中压系统设备)，在技术和功能上满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。
5.变电站外体为可拆装运输的钢结构梁、柱，内外墙及门窗采用ALC板、GRC板、钢化玻璃板构成。特制的变压器室百叶窗及卷帘门具有通风、防火、防震、防磁、降噪声功能。变电站按无人值守智能化考虑，进出门在运行中均为自动闭锁，仅在全站停电后方能开启。
以下以220/10KV变电站为例，相比较于现有的220/110KV变电站做进一步有益效果分析：
6、上述紧凑型成套的箱式变电站，深入负荷中心，接线简单；以220/10KV变电站为例，其主接线高压单回进、出，且对站址及高压线路路径选择都更容易；当单台主变容量不大于50MVA时，无需加限流电抗器，10kV母线不分段，馈出线回路仅4至8回。此外，该箱式变电站的10KV线路可与相邻的其它高压变电站各条10KV线路串接成环(形成变压器并联运行)，使用时既可开环又可合环运行；满足N-1可靠性，便于与其他变电站组网。
7.变压器总容量会因220/110KV级的主变全部取消而减半(投资会节省过半)。
8.断路器等配电设备总数量由于接线简化而大量减少，(其中一部分电压等级由110KV提高为220KV)但其总建设资金比例也有一定量的降低。
9.高压电缆线路全部为220KV，但与原220KV加110KV具有重复性路径的电缆总长相比，长度将有明显减小。
若以输送同容量的220KV与110KV电缆单位工程造价对比，220KV电缆也是较低的。以220KV300mm2铜芯电缆与110KV800mm2铜芯电缆相比；220KV总价稍低，外径二者相近，因此工程建设费用也基本相同(但其运行损耗仅为110KV电缆的70％，最大输送容量却为114％)。
10.简化220/110KV网络结构，可形成在每两个相邻“高压相变”所馈出的10KV用户网络合环运行。解决在现有开环运行下，一处用户故障造成多处用户恢复操作影响供电时间的弊端。这种高、中压并合环运行的“分区配电网”有利于安全、节能、便于用户维修及方便与中、低压分布能源的连接等多方优点。对当前智能电网合理发展及简化系统起助推作用。
11.本次高压紧凑型成套变电站的整体结构设计，是参照了目前应用的变、配电设备尺寸。今后随着成套智能变压器、电子互感器、小型化GIS等最新设备的应用，总体外形尺寸及结构可进一步缩小。
附图说明
图1为本发明实施例一的左视结构示意图。
图2为图1中第一层的平面结构示意图。
图3为图1中第二层的平面结构示意图。
图4为图1中第三层的平面结构示意图。
图5为图2中沿A-A向剖视结构示意图。
图6为本发明实施例二的第一层平面结构示意图。
图7为本发明实施例二的第二层平面结构示意图。
图8为本发明实施例二的第三层平面结构示意图。
图9为图6中沿B-B向剖视结构示意图。
图10为图6中沿C-C向剖视结构示意图。
图11为本发明实施例三的第一层平面结构示意图。
图12为本发明实施例三的第二层平面结构示意图。
图13为本发明实施例三的第三层平面结构示意图。
图14为图11中沿D-D向剖视结构示意图。
图15为图11中沿E-E向剖视结构示意图。
图16为本发明实施例四的第一层平面结构示意图。
图17为本发明实施例四的第二层平面结构示意图。
图18为本发明实施例四的第三层平面结构示意图。
图19为图16中沿F-F向剖视结构示意图。
图20为图16中沿G-G向剖视结构示意图。
附图标记：
箱体1； 主变室11； 10KV低配室12；
220KV GIS室13；主控室14； 电容器室15；
外墙体18； 内墙体19； 10KV配电装置22；
吊装平台3； 钢绞线4； 220KV高压GIS 23；
主变压器21；电容器组25；智能监控保护装置24；
电缆沟5； 步行梯6； 门窗7。
具体实施方式
本发明公开一种箱式变电站，包括：箱体和变电设备，其中，所述箱体的地上部分由高压GIS室、主变室、中压配电室、主控室和电容器室五部分组成，所述箱体各部分的变电设备之间电性连接；
其中所述主变室设于该箱体的底层，其内置的主变压器的地下部分为卵石层和事故油池；所述主变室的邻侧设有高压GIS室(如下述实施例中的220KV GIS室)或中压配电室(如下述实施例中的10KV低配室)；所述主变室的邻室纵向叠加有所述箱体剩余三部分(该剩余三部分由主控室、电容器室、以及中压配电室或高压GIS室其中之一组成)中的任意两部分，其顶层部分与所述主变室之上的箱体部分并排设置并共用一底板；
所述高压包括但不限于220KV、225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV；
所述中压包括但不限于35KV、30KV、22KV、12KV、10KV、6.6KV。
在变电站中，本发明所述高压为60KV以上、中压为6至60KV，低压为6KV以下，常见的为0.4KV。
本发明中，由于主变室的邻室纵向叠加有两部分，若单独基于主变室邻室纵向角度来观测，该箱体的结构呈三层式箱体；但若单独基于主变室的纵向角度来观测，该箱体则属于两层式箱体；值得说明的是，在下述实施例中，为便于描述，统一将该箱体称为三层式箱体，并将其主变室视为纵向的第一层和第二层的结合体，但是为便于描述，下述实施例统一将该主变室称为第一层的主变室，后续不再赘述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
按城网运行方式优化的需求，在一般市区高压小型化变站(220/10KV)对馈出中压线的长度而言(≤1.26km)不成问题。为此，下述实施例公开一种220/10KV的小型化变电站。
实施例一
如图1-5所示，本发明的箱式变电站包括三层式箱体1，箱体1整体长14.5米、宽10.8米、高15.5米，箱体1第一层为主变室11和10KV低配室(注：该低配室不是指代低压配电室，而是指中压的10KV相比较于220KV低，后续不再赘述)12，其中主变室11高10米，宽10.8米，10KV低配室12高4米，宽10.8米，主变室11与10KV低配室12总体长度为14.5米；箱体1第二层为220KV GIS室13，220KV GIS室13设置在10KV低配室12上，高7米，宽10.8米，长度与10KV低配室12一致，该220KV GIS室内设220KV高压GIS；箱体1第三层为主控室14和电容器室15，其中，主控室14设置在主变室11上，电容器室15设在220KV GIS室13上，宽均为10.8米，高均为4.5米，总体长度为14.5米；主控室14及电容器室15的底部向箱体1外侧延伸设置有吊装平台3，长14.5米、款1.2米，用于吊装变电设备，方便检修或维护。主变室11、10KV低配室12、220KV GIS室13、电容器室15内均设有走廊，走廊内设有步行梯6。
主变室11内设主变压器21，10KV低配室12内设10KV配电装置22，220KV GIS室13内设220KV高压GIS 23，主控室14内设智能监控保护装置24，电容器室15内设电容器组25，作为10KV配电装置22的无功补偿设备，10KV配电装置22与主变压器21通过钢绞线4连接、220KV高压GIS 23与 主变压器21通过钢绞线4(或电缆、或光缆)连接，电容器组25与10KV配电装置22通过电缆连接，智能监控保护装置24与主变压器21、10KV配电装置22、220KV高压GIS 23、电容器组25均电性连接。变压器21的输入电压为220KV，输出电压为10KV。变压器21的地下部分为卵石层和事故油池，其它部分均为电缆夹层。各级电压电缆按不同方向与相关管路或隧道相接。
箱体1由钢结构梁、柱、内墙体19、外墙体18及设置在内墙体19和/或外墙体18上的门窗7构成，其中内墙体19由ALC板制成，外墙体18由GRC板制成，门窗由钢化玻璃板制成。构成主变室11的内墙体19或外墙体18上设置有具有通风、防火、防震、防磁、降噪功能的百叶窗和卷帘门。ALC是蒸压轻质混凝土(Autoclaved Lightweight Concrete)的简称，是高性能蒸压加气混凝土的一种。ALC板是以粉煤灰(或硅砂)、水泥、石灰等为主原料，经过高压蒸汽养护而成的多气孔混凝土成型板材，内含经过处理的钢筋增强，密度小、强度高。GRC(Glass Fiber Reinforced Cement)即玻璃纤维增强水泥制品。是由抗碱玻璃纤维与低碱度水泥组成的一种水硬性的新型复合材料，具有高强度、抗裂、耐火、韧性好、不怕冻、易成形等特点，适宜制作成薄壁、高强、形状复杂的制品。
使用时，可预先挖设深度为2.7米的电缆沟5，最好与箱体1的长度和宽度尺寸一致，电缆沟4用于放置变电设备的电缆，箱体1至于电缆沟4上。
实施例二
如图6-10所示，箱体1整体长14米(其中主变室11长度为6米，220KVGIS室13长度为8米)、宽9米、高14.5米，第一层设主变室11和220KV GIS室13，第二层设10KV低配室12，10KV低配室12位于220KV GIS室13上，主变室11高10米，220KV GIS室13高6米，10KV低配室12高4米，第三层设主控室14及电容器室15，主控室14设于10KV低配室12上，电容器室15设于主变室11上，电容器室高4.5m、宽9.0m、长14.0m。整体结构及 全部变电设备(箱体各部分变电设备之间的电性连接可参照上述实施例一，在此及后续实施例基本类似，不再赘述)均无外露可燃部分，符合紧凑型成套变电站安全规范。基础为现场施工的深2.7m地下夹层(包括电缆沟5)，除主变压器下为卵石层及事故油池外，其它部分均为电缆夹层。各级电压电缆按不同方向与相关管路或隧道相接。
实施例三
如图11-15所示，作为实施例二的一种变形，如图11-16所示，主变压器21由变压器本体211和散热组片212构成，为更好的解决主变压器21的散热问题，变压器本体211至于主变室11内，将散热组片212至于主变室11外侧，这样主变室的长度相对实施例二中减小，从而使箱体1的整体长度减小为13米，如图所示，其中主变室11长度为5米，220KV GIS室13长度为8米，其他部分与上述实施例二一致，在此不再赘述。
实施例四
如图16-20所示，箱体1整体长13米(其中主变室11长度为6米，10KV低配室12长度为8米)、宽9米、高14.5米，第一层设主变室11和10KV低配室12，第二层设主控室14，主控室14位于10KV低配室12上，第三层设220KV GIS室13及电容器室15，220KV GIS室13位于主变室11上，主控室14设于主控室14上，主变室11高8.5米，220KV GIS室13高6米，10KV低配室12高4米，主控室14高4.5米，电容器室高6m、宽9.0m、长14.0m。本实施例箱体各部分的变电设备之间的电性连接关系可参照以上实施例，在此不再赘述；进一步的，如图19所示，本实施例还可以增设电缆架29来固定各变电设备之间的电缆连接关系。
由上述的4个实施例至少可得出，该变电站的箱体主要由5部分构成，布局简单、合理、灵活，占用空间小，且箱体顶层的两部分并排设置并共用一底板，该底板可以一体成型制作，从而也使得箱体的制作简便、快捷，成本低；节约了变电站的建设成本。
上述的结构，最小型的一种长箱体13m，宽9m，高14.5m占地面积仅120m2，具有以下有益效果：
a.超小型，整体全部开门在一侧，不需围墙及环路，可沿路边建设，对选址要求简单，可建于繁华市区。
b.全部室内安装，设备模块化，基本无外露带电部分，小型化、高可靠、较长期免维修(高压设备为GIS，主变压器为密封、油浸、低损耗，中压设备为封闭柜，无功补偿、中性点接地及所内变均为干式封闭安装)。全部一次设备装智能终端。
c.二次设备保护、控制、自动装置、通讯设施均为数字化、智能化、光缆连接(包括本站中馈出中压系统设备)，在技术和功能上满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。
d.变电站外体为可拆装运输的钢结构梁、柱，内外墙及门窗采用ALC板、GRC板、钢化玻璃板构成。特制的变压器间百叶窗及卷帘门具有通风、防火、防震、防磁、降噪声功能。变电站按无人值守智能化考虑，进出门在运行中均为自动闭锁，仅在全站停电后方能开启。
在我国现有城网新建或改造工程中如全部采用了220/110KV紧凑型成套变电站，可从几个方面与现在城网进行对比：
a.变压器总容量会因220/110KV级的主变全部取消而减半(投资会节省过半)。
b.断路器等配电设备总数量由于接线简化而大量减少，(其中一部分电压等级由110KV提高为220KV)但其总建设资金比例也有一定量的降低。
c.高压电缆线路全部为220KV，但与原220KV加110KV具有重复性路径的电缆总长相比，将有明显减小。
若以输送同容量的220KV与110KV电缆单位工程造价对比，220KV电缆也是较低的。以220KV300mm2铜芯电缆与110KV800mm2铜芯电缆相比；220KV总价稍低，外径二者相近，因此工程建设费用也基本相同(但其运行损耗仅 为110KV电缆的70％，最大输送容量却为114％)。
d.简化220/110KV网络结构，可形成在每两个相邻“高压相变”所馈出的10KV用户网络合环运行。解决现有开环运行，一处用户故障影响多处用户恢复操作所需的供电时间。这种高、中压并合环运行的“分区配电网”有利于安全、节能、便于用户维修及与中、低压分布能源的连接等多方优点。对当前智能电网合理发展及简化系统起助推作用。
e.本次高压紧凑型成套变电站的整体结构设计，是参照了目前应用的变、配电设备尺寸。今后随成套智能变压器、电子互感器、小型化GIS等最新设备的应用，总体外形尺寸及结构可进一步缩小。
通过上述分析，采用220KV紧凑型成套变电站的综合技术经济合理性可归纳为：简化了城市电网、降低了能源损耗、节省了建设投资、大大缩小了占地、谐调美化了市容。再有最关键的问题是能将高压变电站布置于最合理的负荷中心。其综合效益是极为明显的。
根据不同需要，按上述“超小型220/10KV箱变”的基础模式，还可以制成下数种变压紧凑型成套变电站：
a.不同系统电压等级类型
220/10KV小型成套变电站也可用于其它多种电压等级(高压225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV等，中压35KV、30KV、22KV、6.6KV等)及不同容量的主变压器(外体尺寸则可做相应的调整)，还可在条状地域的山区应用，对简化电网接线、降耗、减少建设投资、加快建设速度、促进及改善智能电网的发展均能起关键作用。
b.取代高压枢纽变电站的开闭站类型
位于城市周边的220KV枢纽变电站其10KV侧负荷密度并不一定很大，因此设两台≤50KMA的主变压器即可。220KV GIS单母线分段(或双母线)进出线10回(可部分架空进出线)参照上述：“高压箱变”布置结构可设计出长30m，宽9m，高14.5m占地面积小于300m2，可工厂成套生产的“超小型高压 枢纽变电站”。
此外，配合城网不同地区需要也可设计长30m，宽9m，高10m高压成套“小型化开闭站”。不设降压主变压器及无功补偿设备。可设为分区高压配电网集控及维修中心办公间，建在高4m的一层。二层高6m为220KV GIS设备间。
c.配合现有城网改建需要的科化接线类型
现有城区高压变电站两台主变压器较多，主接地线为中压单母线分段，高压多为内桥、外桥、四角等简化接线。其总体结构也可以“高压箱变”为模式设计为长24m，宽9m，高14.5m占地面积小于220m2。用于10KV用户负荷较大布置分散或对电缆接线运行管理等有特殊要求的地区。高压紧凑型成套变电站创新设计研发成功，将促进建立新型城市电网结构框架，使配电网更为简化、安全、节能、大大降低建设资金。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种箱式变电站，包括箱体和变电设备，其特征在于，所述箱体的地上部分由高压GIS室、主变室、中压配电室、主控室和电容器室五部分组成，所述箱体各部分的变电设备之间电性连接；
其中所述主变室设于该箱体的底层，其内置的主变压器的地下部分为卵石层和事故油池；所述主变室的邻侧设有高压GIS室或中压配电室；所述主变室的邻室纵向叠加有所述箱体剩余三部分中的任意两部分，其顶层部分与所述主变室之上的箱体部分并排设置并共用一底板；
其中所述高压的范围为60KV以上，所述中压的范围为6至60KV。
2.根据权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述主变室之上为主控室，所述主变室的邻侧为中压配电室，所述中压配电室之上为高压GIS室，所述高压GIS室之上为电容器室，且所述电容器室与所述主控室并排设置，其底板连成一体；
其中所述高压包括220KV、225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV；
所述中压包括35KV、30KV、22KV、12KV、10KV、6.6KV。
3.根据权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述主变室之上为电容器室，所述主变室的邻侧为高压GIS室，所述高压GIS室之上为中压配电室，所述中压配电室之上为主控室，且所述主控室与所述电容器室并排设置，其底板连成一体；
其中所述高压包括220KV、225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV；
所述中压包括35KV、30KV、22KV、12KV、10KV、6.6KV。
4.根据权利要求1所述的箱式变电站，其特征在于，所述主变室之上为高压GIS室，所述主变室的邻侧为中压配电室，所述中压配电室之上为主控室，所述主控室之上为电容器室，且所述电容器室与所述高压GIS室并排设置，其底板连成一体；
其中所述高压包括220KV、225KV、154KV、132KV、110KV、90KV、66KV；
所述中压包括35KV、30KV、22KV、12KV、10KV、6.6KV。
5.根据权利要求1至4任一所述的箱式变电站，其特征在于，所述主变压器由变压器本体和散热片组构成，其中所述变压器本体设置在所述主变室内，所述散热片组设置在所述主变室内外。
6.根据权利要求1至4任一所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱体还设有地下部分，所述地下部分设有电缆沟。
7.根据权利要求1至4任一所述的箱式变电站，其特征在于，构成所述主变室的内墙体或外墙体上设置有具有通风、防火、防震、防磁、降噪功能的百叶窗和卷帘门。
8.根据权利要求1至4任一所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱体的顶层还设有吊装平台。
9.根据权利要求1至4任一所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱体由钢结构梁、柱、内墙体、外墙体及设置在所述内墙体和/或外墙体上的门窗构成，其中所述内墙体由ALC板制成，所述外墙体由GRC板制成，所述门窗由钢化玻璃板制成。
10.根据权利要求9所述的箱式变电站，其特征在于，所述箱体各部分的门开在同一侧。
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