張小明，喻 準(zhǔn)

（1.海鴻電氣有限公司，廣東 開平 529328；2.湖南省計量檢測研究院，湖南 長沙 410014）

1 城中村用電增容解決方案

針對噪音和輻射的問題，為了不影響居民的正常生活，需要設(shè)計一種噪音低，輻射小的電力設(shè)備。針對變壓器長期過載的問題，有2個解決方案：第一個方案是設(shè)計的變壓器本身過載能力強(qiáng)，第二個方案，就是選用與城中村負(fù)荷匹配容量的變壓器，變壓器需要滿足小體積、大容量的要求。針對變壓器漏油爆炸的風(fēng)險，宜采用敞開式干式變壓器，徹底解決變壓器漏油及由于漏油帶來的安全隱患。針對電壓偏低的情況，電力設(shè)備可采用箱式變電站，占地較小，建造周期短，且可以深入到電力負(fù)荷中心進(jìn)行集中供電，減少了供電半徑，提高用戶末端的供電電能質(zhì)量。針對普通方案的變電設(shè)備尺寸較大的問題，設(shè)計的變電設(shè)備在小尺寸的同時，可以考慮雙層布置的設(shè)計方案，可以大大減少電力設(shè)備的占地面積。針對新增電力設(shè)備運輸受限的問題，目前有2種解決方案。方案一：將電力設(shè)備拆分成若干個小模塊，將小模塊分別運輸?shù)侥康牡睾?，再進(jìn)行組裝，該方案簡單，但是需要較多的人工，且停電安裝和調(diào)試時間較長。方案二：電力設(shè)備采用雙層布置結(jié)構(gòu)，這樣占地面積和體積都大大減少[4]。

綜合上述方案分析，針對城中村電力設(shè)備的問題，解決方案是設(shè)計一種低噪音小型化雙層預(yù)裝式變電站。

2 關(guān)鍵點設(shè)計

2.1 變壓器設(shè)計

變壓器設(shè)計要求：低噪音、低輻射、輕小型結(jié)構(gòu)。

2.1.1 變壓器低噪音設(shè)計

變壓器噪音是變電站種最主要的噪聲來源，而變壓器噪聲其主要原因來自變壓器的鐵芯振動，設(shè)計立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)采用3個相同尺寸和結(jié)構(gòu)的單框組成。每個單框是由非晶或硅鋼帶材自動連續(xù)卷繞形成一個無接縫的閉口結(jié)構(gòu)，由于是自動連續(xù)卷繞，所以帶材之間接觸緊密，不存在搭接和氣隙的情況，所以磁路連貫，工作時振動小，比疊鐵芯變壓器降低10～25dB(A)。

2.1.2 變壓器低輻射設(shè)計

預(yù)裝式變電站的輻射大部分來自變壓器，將變壓器設(shè)計成立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)，由于閉口式立體卷鐵芯的鐵芯材料高導(dǎo)磁方向與磁路方向完全一致，磁路中無接縫、結(jié)構(gòu)緊湊、對稱的線圈結(jié)構(gòu)可大大降低變壓器周圍的雜散磁場。空間漏磁小，僅為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變壓器的一半，減少周邊電場磁場強(qiáng)度，所以對周圍環(huán)境的輻射降低了50%。

2.1.3 變壓器鐵芯設(shè)計

鐵芯可采用立體卷鐵芯或疊片鐵芯設(shè)計[6]，兩者的重量對比如表1所示。

從表1中可以看出，立體卷鐵芯比疊片鐵芯重量平均下降18%，由于疊片鐵芯在生產(chǎn)過程中需要沖掉上下鐵軛及芯柱部分的三角形廢料，約占疊鐵芯總重的5%，綜合起來，立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)比疊片鐵芯結(jié)構(gòu)重量平均降低了23%。

2.1.4 變壓器線圈設(shè)計[7]

傳統(tǒng)的干式變壓器通常將線圈設(shè)計多餅結(jié)構(gòu)以降低餅間電壓，并且采取拉開餅間距離的方式，以滿足電氣強(qiáng)度的要求，但是電壓越高，需要的線圈餅數(shù)越多，所以餅間間距總和也就越大，所以干式變壓器線圈的整體高度升高，變壓器的體積增大。為了設(shè)計小型變壓器，首先設(shè)計的餅式線圈的內(nèi)層線圈與外層線圈通過隔開，形成氣道，相鄰的兩餅餅式線圈的內(nèi)層線圈通過第二分隔塊隔開，形成氣道，兩種氣道協(xié)同作用，使得餅式線圈再工作時產(chǎn)生的熱量能夠有效迅速地失散，與傳統(tǒng)的干式變壓器線圈相比，餅間電壓大大降低，從而使得干式變壓器整體高度降低，達(dá)到小型的目的，如圖1所示。

表1 兩種容量變壓器立體卷鐵芯與疊片卷鐵芯對比

綜合分析，將變壓器設(shè)計成立體卷鐵芯敞開式干式變壓器對比疊鐵芯干式變壓器，重量減少30%以上，體積平均減少1m3以上，對比表如表2所示。

圖1 餅式線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.2 外箱設(shè)計

外箱設(shè)計要求：低噪音、小型結(jié)構(gòu)。

2.2.1 外箱低噪音設(shè)計

外箱的低噪音設(shè)計主要是隔音，即阻斷噪音從變電站中傳到箱外。隔音設(shè)計包括加裝隔音罩風(fēng)機(jī)、門板加裝吸音棉、門板加裝隔音板。

2.2.2 外箱小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計

外箱小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是采用雙層結(jié)構(gòu)，首先需要將預(yù)裝式變電站外殼內(nèi)的設(shè)備分為3個模塊：高壓柜、變壓器、低壓柜。將這3個模塊雙層布置，有兩種方案。雙層結(jié)構(gòu)方案一如圖2所示：第一層布置變壓器和低壓柜，將高壓柜布置在第二層，這樣方便操作變壓器和低壓柜，高壓柜操作配置單獨的操作梯，由于高壓柜的維護(hù)較頻繁，且實際手動操作高壓柜時需要較大的力量才能操作成功，所以雙層結(jié)構(gòu)方案一在實際運行維護(hù)時不方便。雙層結(jié)構(gòu)方案二如圖3所示：第一層布置低壓柜和高壓柜，第二層布置變壓器，這樣方便操作高壓柜和低壓柜，在變壓器維護(hù)時需要配置操作梯，由于變壓器維護(hù)頻率較高低壓柜開關(guān)低很多（變壓器運維在大部分時間僅須測量搭接處銅排的溫度，極少次數(shù)需要去調(diào)節(jié)變壓器的擋位），所以方案二在實際運行維護(hù)較方案一方便，且針對有水浸的地區(qū)，把變壓器放在第二層，可以大大減少變壓器被水浸的機(jī)會，大大降低水浸帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

圖2 雙層結(jié)構(gòu)方案一

3 城中村用電增容應(yīng)用案例

工程名稱：廣州市某城中村配電增容改造項目

案例情況：該工程位于廣州城中村人流密集區(qū)，用電負(fù)荷大，需要新增1600kVA容量的配電設(shè)備，考慮到前期規(guī)劃的的配電設(shè)備基礎(chǔ)成T字型，沒有足夠的空間擺放一臺1600kVA單層預(yù)裝式變電站，通過應(yīng)用方案設(shè)計對比，對比表如表3所示。

表2 立體卷鐵芯敞開式干式變壓器與疊鐵芯干式變壓器體積對比

圖3 雙層結(jié)構(gòu)方案二

表3 城中村項目應(yīng)用方案設(shè)計對比表

從表3的對比方案可知：如果選用1臺1600kVA容量的預(yù)裝式變電站的占地面積比2臺800kVA容量的預(yù)裝式變電站還多14%，占地面積超出規(guī)劃面積范圍，無法安裝，且在預(yù)裝式變電站的運輸過程中，需要通過一條2m寬的小巷子，1600kVA容量的預(yù)裝式變電站本身寬度已有2.1m（超出2m寬），所以無法直接通過狹窄的小巷，需要將變電站拆裝成幾個模塊：包括變壓器、高壓柜、低壓柜及外殼（外殼模塊拆分成：門板、立柱、底座、橫梁、頂蓋），如此需要耗費較多的人工，安裝停電時間較長。通過表3的對比，設(shè)計方案二是最優(yōu)方案：即選用2臺800kVA小型化雙層預(yù)裝式變電站（配置SGB11-RL-800/10立體卷鐵芯敞開式干變），才能實現(xiàn)項目改造期間供電方案的優(yōu)化布局。

4 結(jié)束語

通過低噪音小型化雙層預(yù)裝式變電站的安全掛網(wǎng)運行，證明了城中村用電增容解決方案是切實可行的。由于產(chǎn)品噪音低，輻射低，占地面積小，體積小，為城中村電力設(shè)備問題提供可參考的解決方案。