地下式變壓器的發(fā)展前景

順特電氣設(shè)備有限公司 鄒壽華

地下式變壓器是一種安裝在地下的配電變壓器或組合式變壓器，產(chǎn)品整體采用全絕緣、全密封設(shè)計，產(chǎn)品在一定時期內(nèi)可在水面以下安全運行，可有效抵御洪澇災(zāi)害，最大程度的保證供電可靠性，是真正意義上的地下式變電站（簡稱地埋變），它演繹了中國配電領(lǐng)域發(fā)展過程中從室內(nèi)配電房已逐步被室外預(yù)裝式變電站（或稱“箱式變電站”，簡稱箱變）所替代，再發(fā)展成從室外變電站逐步蛻變到地下式變電站的過程。隨著技術(shù)的提升和工藝的改進、節(jié)能環(huán)保和環(huán)境生態(tài)的需求，地下式變壓器越來越被電力市場所融入，相得益彰。

1 地下式變壓器的特點和優(yōu)勢

隨著中國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城網(wǎng)現(xiàn)代化改造建設(shè)的不斷加快，城鄉(xiāng)用電量的不斷增加，科學(xué)技術(shù)日新月異，輸電和配電領(lǐng)域也在不斷創(chuàng)新發(fā)展一些新型電站形式，真正意義上的“地下配電設(shè)備”從中發(fā)揮出了其特殊的作用，具有一般變電站所沒有的特點和優(yōu)勢：

地下式變壓器不占用地表有效空間，不影響視覺效果，令供電設(shè)備和周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一?？杀苊庠馐芡饨绲臒o意或者惡意破壞，對設(shè)備周邊環(huán)境和人員的影響可減少到最低程度；產(chǎn)品整體采用全絕緣、全密封結(jié)構(gòu)設(shè)計，在一定時期內(nèi)可在水面以下安全運行，可運行抵御洪澇災(zāi)害，最大程度的保證供電可靠性；產(chǎn)品箱體和散熱器采用特殊的低錳合金結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼制造，并采用先進配套技術(shù)，能有效提高油箱的防腐防銹能力、整體剛性和耐候性。另散熱器結(jié)構(gòu)獨特，保證了散熱器的機械強度、耐腐蝕性和散熱能力；城市的建設(shè)倒逼改善街景市貌、美化環(huán)境，傳統(tǒng)的箱式變電站錯落無序地擠占鬧市的黃金地面，箱變外殼易被貼面廣告“牛皮癬”。傳統(tǒng)馬路邊柱上油變“星羅棋布”，漏油、漏電現(xiàn)象時有發(fā)生，阻礙交通比比皆是，與優(yōu)美的城市環(huán)境逐漸顯得很不和諧。地下式變電站產(chǎn)品對這些瑕疵進行了徹底革新，提高了城市“軟實力”，對創(chuàng)建文明城市、衛(wèi)生城市添磚加瓦；地埋變產(chǎn)品采用專用高低壓元器件，技術(shù)成熟，性能可靠，方案靈活組合，可廣泛應(yīng)用于城市道路照明、居民用電、高速公路、橋梁、隧道、機場、城市廣場、城市地下綜合管廊和公共設(shè)施的建設(shè)。

在歐、美、日等發(fā)達國家，已按照城市生態(tài)設(shè)計和建設(shè)理念，逐步將變壓器埋入地下安裝或建立地下配電室。地下式變壓器就是為了滿足上述領(lǐng)域的要求而引進、設(shè)計、開發(fā)的全新的一種電力成套設(shè)備，近幾年正以其獨特技術(shù)、綜合經(jīng)濟優(yōu)勢和社會效益逐漸被我國配電市場所接受。

2 地埋變的市場應(yīng)用

2.1 城市綜合管廊用地埋變

城市綜合管廊即是在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通信，燃?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)，實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)和管理，是保障城市運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。2015年7月的國務(wù)院常務(wù)會議上確定部署推進城市地下綜合管廊建設(shè)，國家開始密集出臺與城市綜合管廊相關(guān)的政策文件，從政策、資金等方面對綜合管廊建設(shè)給予大力支持，我國進入城市綜合管廊的高速發(fā)展時期。

面對地下綜合管廊建設(shè)的需要，保證管廊建設(shè)施工效果，需要配置合理的供電方案。城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范要求綜合管廊內(nèi)電氣設(shè)備應(yīng)符合規(guī)定：電氣設(shè)備防護等級應(yīng)適應(yīng)地下環(huán)境的使用要求，應(yīng)采取防水防潮措施，防護等級不應(yīng)低于IP54。地埋變正好滿足了其技術(shù)要求，電源從市政公用電網(wǎng)引入，電壓為10kV，每條管廊根據(jù)線路長度的不同設(shè)置不同的工作井，一般沿線每隔1～2km左右設(shè)置一座箱式變電站，每個變電站所負(fù)責(zé)本供電區(qū)域內(nèi)綜合管廊的用電負(fù)荷。每座變電站一般設(shè)置兩臺變壓器，可同時使用互為備用；或采用分路器形式設(shè)置變壓器并聯(lián)環(huán)網(wǎng)運行，即某臺變壓器需要退出停電檢修也不影響其它變壓器正常運行，確保為管廊基礎(chǔ)進行供電施工、二級負(fù)荷供電（主要有系統(tǒng)、電力監(jiān)控、消防應(yīng)急照明、火災(zāi)自動報警等）和三級負(fù)荷供電（主要有照明、排水泵、排風(fēng)機、檢修插座等），其中“高壓分路器”箱體實質(zhì)上是配置有全密封全絕緣油浸式10kV環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)，體積小。

考慮到管廊地埋變均放置在惡劣環(huán)境中且長期無人值守，因此需選配自動化測控裝置與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)遙測、搖信、遙控、遙視、遙調(diào)等“五遙”功能，通過匯集圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站運行情況，其有效的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警等確保了管廊供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。

2.2 景觀式地埋變（廣告燈箱地埋變）

景觀式地埋變是一種低碳、節(jié)能、環(huán)保、綠色的整體配電設(shè)備，是朝著30、60碳達峰、碳中和的國家戰(zhàn)略奮力前行，建設(shè)節(jié)約型國家和環(huán)境友好型的兩型的國策，著力打造成為清潔能源、新能源領(lǐng)域的標(biāo)桿產(chǎn)品，為城市配電提供了整體解決方案。

景觀式地埋變的供電方案是在傳統(tǒng)箱變供電方案基礎(chǔ)上進行了多項的技術(shù)革新與突破，使供電產(chǎn)品與城市、道路交通、綠化帶等人文文化環(huán)境融合。更為重要的是，采用該設(shè)備的供電方案能節(jié)省大量的低壓電纜投資成本和運行損耗成本，形成可觀的節(jié)能減排效果，并為用戶每年節(jié)省低壓電纜產(chǎn)生的損耗發(fā)生電費值。此外，傳統(tǒng)箱變占地空間較大，擠占繁華地區(qū)道路狹窄空間；設(shè)備在地面以上易遭偷盜破壞；噪音大；美觀性差；易成為小廣告載體，“牛皮癬”礙眼產(chǎn)物，成為影響城市環(huán)境的視覺“污染源”。因此在城市建設(shè)中傳統(tǒng)箱變已不能適應(yīng)社會發(fā)展和城市環(huán)境建設(shè)需求，迫切需要一種新型的路燈配電設(shè)備，即廣告燈箱地埋變。以下是景觀式地埋變主要特點：

占地面積小，地表面以上部分不到3m2（地下部分不到6m2），傳統(tǒng)箱變至少要占地10～20m2，配電房更可能占70～100m2，相比傳統(tǒng)箱變的土地及土建費用大為減少，變壓器本體安裝于地下預(yù)制地坑內(nèi)，降低變壓器的噪音、減少業(yè)主對變壓器電磁輻射的恐懼心理；對四周的環(huán)境起到美化和協(xié)調(diào)作用。外形靚麗，亮化、美化環(huán)境，能就近安裝于草坪或綠化帶中，充分發(fā)揮廣告資源收益的優(yōu)勢，支持廣告這一第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；節(jié)能。把高低壓開關(guān)柜分別安裝在地面上高低壓室內(nèi)，低壓柜具有動力柜和配電屏的功能，把變壓器直接靠近用電單位安裝，電能經(jīng)低壓開關(guān)柜直接分配到用電設(shè)備上，貼近負(fù)荷中心安裝、分散供電。此供電方案雖增加了高壓電纜的走線，但使低壓電纜投資成本大量縮減并節(jié)約了電能損耗，變壓器根據(jù)用戶需求選用S13系列、SBH15系列等低損耗變壓器。

供電可靠。景觀式地埋箱變采用低溫升、B級絕緣、45#純環(huán)烷基油、雙重密封等技術(shù)，具有免維護、抗?jié)澈Φ忍攸c。尤其對于城市地區(qū)，易受大暴雨和爆水管等突發(fā)事件影響而產(chǎn)生水浸街現(xiàn)象，而景觀式地埋箱變的變壓器可浸水運行，景觀箱體內(nèi)的開關(guān)帶電部分均離地1米以上（特殊地點可采用全密封設(shè)計），故可提高設(shè)備在災(zāi)害情況下的供電的可靠性。地下式變壓器可15年免維護，而傳統(tǒng)箱變則不具備以上特點；景觀式地埋變把變壓器埋在地面以下，有效減少了變壓器的噪聲、尤其是對夜深人靜時的變壓器空載噪聲，避免了對居民的噪聲滋擾，消除了人們生理上和心理上的影響。臨近地埋變周邊的樓盤易產(chǎn)生附加值并提升小區(qū)品位，景觀外殼可發(fā)布公益或宣傳廣告，帶來附加收益。

景觀式地埋變的發(fā)展方向需裝備GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合測控裝置，對燈箱外殼設(shè)置聲光報警裝置，向管理人員報告地下式變壓器和高低壓開關(guān)設(shè)備的運行狀況，極大地方便對變電站的操控和使用。

2.3 高速公路、隧道和橋梁用地埋變

高速公路、隧道、大型橋梁的供配電有一個共同的特點是配電線路長、負(fù)荷點多、負(fù)荷小且較恒定。供配電基本以線狀分布在兩側(cè)或一側(cè)。常規(guī)供配電方案是在1km左右設(shè)置一個變電站，用0.4kV低壓輸送500～600m；遇到大型橋梁、隧道時按這一傳統(tǒng)方案，通常解決的辦法是增大0.4kV電纜截面，延長0.4kV低壓輸送距離，因而增大了一次性設(shè)備投資，同時供配電可靠性下降，運行管理也不方便。為了解決這一問題，目前的做法是采用埋地式變壓器供電方案。

從管理中心變電所開關(guān)柜上開關(guān)輸出的10kV電纜出線，按負(fù)荷地點、負(fù)荷容量配置了1臺埋地式變壓器作為變配電設(shè)備，將電能供給就近安裝的低壓配電箱，構(gòu)成了一個完整的輸配電系統(tǒng)。地埋變高壓采用環(huán)網(wǎng)供電、深入負(fù)荷中心，電壓質(zhì)量能夠得到充分保證，不會產(chǎn)生用電未端電壓達不到質(zhì)量要求。同時可利用電纜設(shè)備的容量使饋電線路多分隔小區(qū)段，而不必要引入多個電源接入點，減少了外線數(shù)量，克服了取電困難，提高了負(fù)荷的互倒能力及供電的可靠性，而且也降低了建設(shè)難度。地埋變的高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓熔絲與調(diào)壓機構(gòu)裝于變壓器頂蓋，便于運行人員維護檢修，必要時增加旁路“高壓分路器”。

地埋變供電采用了低壓電纜井室與地埋變地坑分開的設(shè)計方案，低壓配電柜可配置低壓自動無功補償裝置及綜合測控裝置，如電力儀表、溫度傳感器及濕度感知系統(tǒng)等，發(fā)展方向是使得地埋變擁有完整的“自主知覺”，通過傳感元件連接至主控網(wǎng)路，在管理中心變電所后臺對地埋變的運行情況了如指掌。

2.4 全地埋箱變產(chǎn)品

隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展地價越來越貴，對有限的土地利用和城市美化的要求越來越高，如何解決用電與人居環(huán)境的矛盾已成為城市規(guī)劃、電力系統(tǒng)等相關(guān)部門的關(guān)注點。無論歐式箱變還是美式箱變都只是解決了很多供配電方便性問題，但畢竟占用地表、影響視覺效果；地埋變解決了供電設(shè)備和周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一，但也只滿足于某些特殊需求的地方，供電方案比較單一，難于大面積推廣以及難于緩解供電急劇增加，為解決這些矛盾2010年市場上成功開發(fā)出“全地埋箱變”，即把常規(guī)預(yù)裝式變電站箱變填埋在地下，電氣方案沒有改變，變壓器容量至2500kVA，這一重要創(chuàng)舉不僅填補了國內(nèi)此領(lǐng)域的技術(shù)空白，更是給電力用戶多了一個選擇，為城市提供一個全新的新型配電裝置，和歐美發(fā)達國家也“接軌”。

全地埋箱變有效解決了節(jié)約土地、節(jié)能、美化環(huán)境和安裝便捷等問題，是一種理想的城市供配電解決方案，但制造過程需解決和考慮的問題較多且復(fù)雜，初期投資相對成本高，但全地埋箱變具有非常好的社會效益和經(jīng)濟效益，在廣東珠海華發(fā)世紀(jì)城高檔住宅小區(qū)采用全地埋變供電模式，已成功安全運行5年多了，全地埋變上是個休閑觀光小廣場，提高土地利用率、提升人居環(huán)境，是配電“標(biāo)桿”工程。

綜上，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展、城網(wǎng)改造的大規(guī)模進行、先進技術(shù)工藝的不斷推陳出新，擁有眾多顯著優(yōu)點的地下式變壓器迎來新的發(fā)展。產(chǎn)品今后發(fā)展趨勢將主要體現(xiàn)在高可靠性、少維護、智能化、小型緊湊化和節(jié)能等方面。

高可靠性：可靠性對電力產(chǎn)品來說重要性不言而喻，對客戶來講也往往是放在首位。運行環(huán)境相對惡劣的地下式變壓器，尤其要提高產(chǎn)品的耐腐蝕性及其防銹能力，并保證產(chǎn)品的機械強度和提高其散熱能力；少維護：從目前的地下式變壓器系列產(chǎn)品使用來看，還難以真正做到免維護，但盡可能地少維護是完全有可能的。如：變壓器身采用真空干燥真空注油，變壓器油選擇45#環(huán)烷基油，其傾點或凝點低，氧化安定性較好、產(chǎn)生油泥少，由此在產(chǎn)品壽命期內(nèi)基本上不需要更換和進行油介損檢查，節(jié)省人力物力；智能化：隨著電力系統(tǒng)的自動化，具備遠(yuǎn)端后臺開關(guān)分合閘功能，電動操作，全電量檢測，無線溫度測量，局部放電測量，弧光監(jiān)測，箱變內(nèi)視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻實現(xiàn)等。三遙、四遙和五遙的應(yīng)用即5G技術(shù)的應(yīng)用將漸漸廣泛，對變電站行業(yè)是一次更新?lián)Q代。智能化不僅將人大大的解放出來，且對產(chǎn)品可靠性將帶來巨大的幫助。

小型緊湊化：傳統(tǒng)的變電站功能齊全、高低壓多種多樣方案可供選擇，但體積還是偏大，而地埋變集中控制將向分散性控制方向發(fā)展，體積減少、能深入負(fù)荷中心，應(yīng)用于地下小型化變電站帶來了更多的可能。此外寸土寸金的城市高價地皮，也迫使地下式變電站向小型緊湊化方向發(fā)展；節(jié)能：凡是地下式變壓器，在設(shè)計壽命周期內(nèi)可探討投資采用何種節(jié)能型變壓器更經(jīng)濟，畢竟節(jié)能是我國的基本國策。GB 20052-2020《電力變壓器能效限定值及能效等級》標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作2021年6月1日正式實施，其能耗水平總體上保持了與歐盟最新標(biāo)準(zhǔn)的一致。

目前，地埋變系列產(chǎn)品因其使用環(huán)境和安裝操作維護等方面與常規(guī)箱式變電站變產(chǎn)品存在差別，供電部門、設(shè)計院和用戶對該系列產(chǎn)品也不甚了解，推廣應(yīng)用還不普及。但隨著該系列產(chǎn)品的技術(shù)、工藝的不斷完善、改進和創(chuàng)新，其應(yīng)用場景不斷豐富和成熟，必將有長足的發(fā)展空間，市場需求潛力巨大。