1. 引言：

       九十年代以前架空線(xiàn)路像蜘蛛網(wǎng)一樣，嚴重影響現代城市的美化和環(huán)境。隨著(zhù)城市的規劃發(fā)展和城市電網(wǎng)改造的不斷深入，架空線(xiàn)被電纜替代進(jìn)入了地下，各種高低壓配電設備置于地下，逐漸成為城網(wǎng)配電改造的一個(gè)新方向，可使城市街景市貌得到改善。其中，地下式變壓器是地埋式產(chǎn)品中的一個(gè)重要組成部分。地下式組合變壓器的設計制造成為系統供電質(zhì)量及安全的關(guān)鍵。

      地下式變壓器一般安裝在地溝的檢修孔以及小型地坑中。針對其特殊的運行環(huán)境，其密封防水，絕緣，防腐防銹及溫升控制問(wèn)題是產(chǎn)品設計的關(guān)鍵部分。設計產(chǎn)品的性能一般按國內配電變壓器的最先進(jìn)水平要求，設計成S15 型非晶合金鐵心變壓器，S11、S13 型節能環(huán)保型變壓器。在負荷變化大的場(chǎng)合，可將有載調容調壓變壓器用于地下，更加節能。

       隨著(zhù)電網(wǎng)的協(xié)調發(fā)展，科技和信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化水平的提高，實(shí)現電網(wǎng)智能化是電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵一步，變電設備實(shí)現智能控制勢在必行。

       2. 地下式變壓器的技術(shù)要求和參數

       （1）地坑內的環(huán)境溫度

       最高環(huán)境溫度+55℃

       最低環(huán)境溫度-10℃

       最高月平均溫度+45℃

       （2）安裝環(huán)境

       無(wú)爆炸性、腐蝕性氣體，安裝地點(diǎn)無(wú)劇烈震動(dòng)沖擊，變壓器可在地坑或泥土中，油箱和裸露部分浸沒(méi)于水中能長(cháng)期運行。

       （3）性能參數

       產(chǎn)品技術(shù)指標：按國家節能產(chǎn)品指標為主。

       電壓等級：高壓 6kV、10kV

       低壓：0.4kV

       額定頻率：50Hz

       額定容量：30kVA~1600kVA

       （4） 地下式變壓器除應符合GB1094.1~3，GB1094.5，GB/T6451 和JB/T10217 的規定外，還應滿(mǎn)足以下要求：

      1）密封性良好，以滿(mǎn)足產(chǎn)品運行的要求。需進(jìn)行產(chǎn)品浸水試驗。水面高于產(chǎn)品最高點(diǎn)至少200mm，持續時(shí)間不少于20h，之后在水下進(jìn)行絕緣電阻測量，外施耐壓和感應耐壓試驗，試驗要符合JB/T501 的規定。

       2）地下式變壓器運行的環(huán)境溫度一般允許比正常環(huán)境溫度高10℃，所以地下式變壓器各部位的溫升限值一般要求比常規產(chǎn)品的相對應國標規定值低10K，即將油頂層溫升控制在50K，繞組溫升控制在55K。

       3）地下式變壓器油箱或箱體外部及所有裸露金屬零部件因長(cháng)期處于惡劣環(huán)境，故這些部件外部應涂以防腐材料或由防腐材料制成，表面應平整光滑。

       4）對地下式變壓器油箱應有機械強度的要求：在50kPa 正壓力下應無(wú)損傷及不得出現不允許的永久變形；在100kPa 正壓力下不得出現開(kāi)裂現象。

       5）安裝地下式變壓器的地坑可根據額定容量的大小，其四周留有適當空間，設置排水設施，坑蓋設置通風(fēng)及人孔，以便于散熱和觀(guān)察運行情況。

       6）地下組合式變壓器一次系統圖：如圖1

       3. 地下式變壓器的設計

       地下式變壓器器身采用專(zhuān)門(mén)配套的低損耗、高效率的S11、S13、S15 型變壓器。

       3.1 鐵心

       為適應國家節能減排的需要，降低變壓器的空載損耗，能節省大量電能，為此鐵心均采用新材料，新工藝，如非晶合金鐵心（空載損耗較S11 下降70%-80%，但價(jià)格較高，噪音稍大）及取向晶態(tài)冷軋硅鋼片（27QGH100/23ZDKH90/23ZDKH85 低損耗硅鋼片） 卷繞鐵心結構，疊鐵心采用多級接縫結構，使鐵心體積減小，重量減輕，空載損耗降低，空載電流下降80%，噪音下降10dB 以上，繞組導線(xiàn)重量減少，變壓器體積減小，設計時(shí)，盡量降低變壓器的高度，相應減少地坑的容積。

       3.2 繞組

       容量＜ 315KVA 時(shí)，高低壓繞組采用銅線(xiàn)一體繞制的長(cháng)圓形線(xiàn)圈；容量315KVA-1600KVA 時(shí)，采用低壓為銅箔、高壓為銅線(xiàn)一體繞制的長(cháng)圓形及橢圓形線(xiàn)圈；絕緣耐熱等級為B 級，具備較大的溫升裕度。地下式變壓器完全滿(mǎn)足國家標準和機械行業(yè)專(zhuān)業(yè)標準所規定的要求。

       設計時(shí)銅線(xiàn)和銅箔，均采用無(wú)氧銅材質(zhì)，負載損耗有很大程度的降低，所以發(fā)熱量低，過(guò)載能力強，允許過(guò)載2倍2個(gè)小時(shí)，過(guò)載1.6 倍7個(gè)小時(shí)，而不會(huì )影響變壓器的工作壽命。

       3.3 高壓側保護

       由一次系統圖可看出，高壓側保護采用美式箱變的保護方式。

       在技術(shù)設計上，保護組件選用性能可靠、結構先進(jìn)的油浸式負荷開(kāi)關(guān)、串聯(lián)兩級熔斷器作為地下式變壓器高壓側保護，兩級熔斷器分別為插入式熔斷器和后備熔斷器，降低了運行成本及提高故障時(shí)的保護能力。插入式熔斷器為雙敏（溫度、電流）熔斷器，在變壓器低壓側發(fā)生短路故障、過(guò)負荷及油溫過(guò)高時(shí)熔斷。后備保護熔斷器用以斷開(kāi)變壓器內部短路電流，主要是在高壓側繞組發(fā)生短路故障時(shí)保護變壓器。

       根據用戶(hù)需要，也可設計成沒(méi)有輔助保護設備的地下式變壓器，其結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。

       3.4 高低壓出線(xiàn)

       地下式變壓器高低壓一般均為電纜進(jìn)出線(xiàn)，采用防水全密封、全絕緣、全屏蔽的接線(xiàn)方式，保證了整臺變壓器無(wú)帶電部分裸露，實(shí)現零絕緣距離。高壓使用一體式套管座和插拔式電纜接頭進(jìn)線(xiàn)，電纜接線(xiàn)與電纜用熱縮管進(jìn)行全密封全絕緣連接緊密，不松脫。低壓出線(xiàn)端子使用低壓電纜套管（低壓密封引線(xiàn)裝置）。容量≥ 630KVA 時(shí)，底座用升高座，電纜用船用電纜密封件模塊，全密封。以上裝置安裝方便，耐腐蝕，耐老化，免維護，設備在水中浸泡24 小時(shí)仍能正常供電，運行安全可靠。

       其它各電器元件在箱蓋固定后，在箱蓋頂部加裝一個(gè)金屬密封盒，將它們封裝其中。

       3.5 絕緣結構的設計

       絕緣全部采用H 級絕緣材料，主絕緣采用H、F 級絕緣材料，增強了絕緣強度，絕緣油選用高燃點(diǎn)β 油，安全防火，增強過(guò)負荷能力，但此種設計價(jià)格昂貴。根據用戶(hù)需要，可選用A 級或B 級的混合耐熱絕緣材料，以降低變壓器的成本。

       3.6 箱體

       箱體防護等級一般按GB4208 達到IP68 要求，即產(chǎn)品安裝于地面以下，在浸沒(méi)水中一段時(shí)間正常運行。采用全密封油箱，箱沿與箱蓋間用耐油軟木橡膠膠排密封。由于地下式變壓器的所有操作均在頂部進(jìn)行，所以操作面板置于油箱的頂部，組件在箱蓋上的布置圖，見(jiàn)圖2所示。油箱采用較高機械強度的鋼板焊接，組焊完成后，進(jìn)行噴丸處理，按產(chǎn)品標準進(jìn)行油箱的整體密封試驗，散熱器采用厚鋼板組焊結構，大大提高箱體的防滲漏能力，最后進(jìn)行噴漆、噴塑等防腐材料處理，防腐、防水、防潮性能好。

       3.7 溫升與散熱

       地下式變壓器深埋于地下或置于地坑中，在運行過(guò)程中，產(chǎn)生的損耗—熱量—散熱過(guò)程是不可避免的。采用平板油箱及平板散熱器，表面采用深色面漆，以增強輻射，這樣有利于熱油循環(huán)。通過(guò)變壓器上的測溫裝置和地坑中的熱電偶傳遞信號。在燈箱外殼中的風(fēng)機，可以自動(dòng)對地坑基礎內進(jìn)行排風(fēng)和送風(fēng)來(lái)降低整個(gè)系統的溫度。使各部位的溫升限值比常規產(chǎn)品的相對應國標規定值低10K，可使其在使用壽命周期內無(wú)溫升故障。

       3.8 LED 顯示器及廣告燈箱式的戶(hù)外開(kāi)關(guān)設備LED 顯示器及廣告式燈箱是適應我國多樣市場(chǎng)需要的一個(gè)創(chuàng )造性產(chǎn)品，不僅美化周?chē)h(huán)境，而且可以?xún)戎玫蛪号潆姽窈托⌒突母邏洪_(kāi)關(guān)柜，使配電解決方案靈活多樣化，地下式變壓器容量大型化。廣告式燈箱直接安裝在地下式變壓器上方，形成一體式的地下組合變壓器。結構特點(diǎn)如下：

      （1）開(kāi)關(guān)設備的保護外殼采用廣告燈箱式結構，燈箱外殼的兩門(mén)可全角度打開(kāi)，且有彈簧支撐定位，便于開(kāi)關(guān)設備的操作和維護。

      （2）燈箱外殼的兩面為廣告板，采用體積小、光源均勻的LED 發(fā)光元件，LED 燈使廣告板與周?chē)h(huán)境和諧統一，增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環(huán)保的要求。實(shí)現經(jīng)濟效益和社會(huì )效益雙豐收。

      （3） 廣告燈箱與開(kāi)關(guān)設備的門(mén)鎖獨立設置，燈箱維護不影響開(kāi)關(guān)設備運行。

      （4） 燈箱外殼設有聲光報警裝置，受到外界破壞，可發(fā)出報警信號。

      （5）開(kāi)關(guān)設備采用雙層門(mén)結構，防護等級達到IP34，第二層為儀表門(mén)，確保燈箱式外殼被破壞以后，低壓柜仍然達到一個(gè)完整獨立的戶(hù)外低壓產(chǎn)品的保護水平，低壓電量就地顯示和遠程抄表。

       5. 智能型地下式變壓器的組成及特點(diǎn)

       該產(chǎn)品將內置或外置于變壓器本體的傳感器和控制器及變壓器智能組件，與現代移動(dòng)通訊技術(shù)與計算機技術(shù)結合，形成了機電一體化的智能產(chǎn)品—智能型地下式組合變壓器。其工作原理如圖4 所示。

       10kV 配電變電站是電力網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)，它將電壓10kV變?yōu)?.4kV，匯集電流，分配電能。將現代電子技術(shù)融入其中，采用高精度的A/D 采樣器件，高性能的32 位或64 位DSP 處理器，系統具備以下功能：

      （1）在線(xiàn)檢測功能

       地下組合式箱變內置GPRS 通訊模塊以及通訊接口RS232,RS485 和USB 接口，可對控制器遠程或就地設置參數和讀取數據。能夠接收主站下發(fā)的對時(shí)命令，具有遠程在線(xiàn)升級終端應用程序功能。采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的地下式變壓器綜合操控裝置，多功能電力儀表（NZ194E-9SY）, 向控制中心或設備管理人員實(shí)時(shí)報告地下式組合變壓器和低壓設備的運行狀況，如輸出電流、電壓、變壓器油頂層溫度，地坑溫度、用電量、負荷情況、坑內積水水位（地坑底部設置有集水池，并安裝有三位置液位控制儀，高位時(shí)報警，切斷負荷開(kāi)關(guān)，使變壓器退出運行，中位聲光報警，低位時(shí)啟動(dòng)潛水泵。）等，還可以實(shí)現遙遠控制以及對高壓負荷開(kāi)關(guān)實(shí)行電動(dòng)操作，從而實(shí)現真正的“三遙”。

      （2）故障控制

       主要對過(guò)負荷控制、斷電控制、缺相欠壓、過(guò)電壓、油頂層溫度控制等。

      （3）防盜、防竊電功能

       當變壓器及母線(xiàn)被盜時(shí)發(fā)出信號遠程報警。計量裝置被竊電者打開(kāi)時(shí)，發(fā)出報警信號。

      （4）遠程抄表、付費率管理功能

       利用GSM 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )，用手機或計算機對遠方的電能表進(jìn)行讀取數據，并能實(shí)現預付費和復費率管理。預付費管理可解決電費拖欠問(wèn)題。復費率管理是通過(guò)后臺計算機的一個(gè)指令實(shí)現的，它可同時(shí)改變所在運行表的時(shí)段及費率。該功能能使供電方與用戶(hù)互動(dòng)，隨時(shí)查詢(xún)供電質(zhì)量情況及電費余額。

      （5）對時(shí)功能

       就地可以通過(guò)人機界面選擇時(shí)間整定菜單修改系統的時(shí)間，遠方通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對時(shí)功能。

      （6）后臺監控管理功能

       有后臺管理軟件（SCADA）實(shí)現。該系統監控軟件與智能型地下式組合變壓器配套可對其進(jìn)行監控記錄及預付費和復費率用電管理。該軟件還具有用戶(hù)信息管理，變壓器運行維護檔案管理，工作情況記錄以及查詢(xún)、報警、遠程抄表等功能。供電部門(mén)利用網(wǎng)路能有效控制各智能配電變電站。

       6. 結束語(yǔ)

       由于該產(chǎn)品體積小，結構緊湊，性能優(yōu)越可靠，可靈活實(shí)現配電方案，滿(mǎn)足供電部門(mén)的安全要求。它的體積僅為同容量預裝式變電站的1/3，可節省占地面積70~80%，投資費用大大減少，燈箱廣告或LED 顯示屏能夠創(chuàng )造收益，與周邊環(huán)境和諧統一，增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環(huán)保的要求，現已廣泛用于居民小區，城鎮街道，市政工程，工礦企業(yè)，公園高速公路等場(chǎng)所。

      智能型地下式變壓器采用配電自動(dòng)化系統，集保護、測量、控制、監控于一體。電力公司可以完成自動(dòng)電能計量，自動(dòng)抄表，獲得及時(shí)、準確和完整的數據，滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)對用電信息的需求，同時(shí)用戶(hù)可以進(jìn)行用電信息查詢(xún)，實(shí)現電網(wǎng)公司與用戶(hù)之間的雙向互動(dòng)。

       依據上述所生產(chǎn)的地下式變壓器（PST-ZGS11-Z（H）-30~1600-12/0.4）預裝地埋式箱變2010 年被河南省科學(xué)技術(shù)廳，河南省電力公司鑒定為科技成果產(chǎn)品，在省內外推廣使用，受到用戶(hù)一致好評。