1. 引言：

       九十年代以前架空線路像蜘蛛網(wǎng)一樣，嚴(yán)重影響現(xiàn)代城市的美化和環(huán)境。隨著城市的規(guī)劃發(fā)展和城市電網(wǎng)改造的不斷深入，架空線被電纜替代進(jìn)入了地下，各種高低壓配電設(shè)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(shè)計(jì)制造成為系統(tǒng)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(duì)其特殊的運(yùn)行環(huán)境，其密封防水，絕緣，防腐防銹及溫升控制問題是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能一般按國內(nèi)配電變壓器的最先進(jìn)水平要求，設(shè)計(jì)成S15 型非晶合金鐵心變壓器，S11、S13 型節(jié)能環(huán)保型變壓器。在負(fù)荷變化大的場合，可將有載調(diào)容調(diào)壓變壓器用于地下，更加節(jié)能。

       隨著電網(wǎng)的協(xié)調(diào)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(xiàn)電網(wǎng)智能化是電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵一步，變電設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制勢(shì)在必行。

       2. 地下式變壓器的技術(shù)要求和參數(shù)

       （1）地坑內(nèi)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

       無爆炸性、腐蝕性氣體，安裝地點(diǎn)無劇烈震動(dòng)沖擊，變壓器可在地坑或泥土中，油箱和裸露部分浸沒于水中能長期運(yùn)行。

       （3）性能參數(shù)

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

       電壓等級(jí)：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(yīng)符合GB1094.1~3，GB1094.5，GB/T6451 和JB/T10217 的規(guī)定外，還應(yīng)滿足以下要求：

      1）密封性良好，以滿足產(chǎn)品運(yùn)行的要求。需進(jìn)行產(chǎn)品浸水試驗(yàn)。水面高于產(chǎn)品最高點(diǎn)至少200mm，持續(xù)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(yīng)耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)要符合JB/T501 的規(guī)定。

       2）地下式變壓器運(yùn)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(guī)產(chǎn)品的相對(duì)應(yīng)國標(biāo)規(guī)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期處于惡劣環(huán)境，故這些部件外部應(yīng)涂以防腐材料或由防腐材料制成，表面應(yīng)平整光滑。

       4）對(duì)地下式變壓器油箱應(yīng)有機(jī)械強(qiáng)度的要求：在50kPa 正壓力下應(yīng)無損傷及不得出現(xiàn)不允許的永久變形；在100kPa 正壓力下不得出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

       5）安裝地下式變壓器的地坑可根據(jù)額定容量的大小，其四周留有適當(dāng)空間，設(shè)置排水設(shè)施，坑蓋設(shè)置通風(fēng)及人孔，以便于散熱和觀察運(yùn)行情況。

       6）地下組合式變壓器一次系統(tǒng)圖：如圖1

       3. 地下式變壓器的設(shè)計(jì)

       地下式變壓器器身采用專門配套的低損耗、高效率的S11、S13、S15 型變壓器。

       3.1 鐵心

       為適應(yīng)國家節(jié)能減排的需要，降低變壓器的空載損耗，能節(jié)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(jié)構(gòu)，疊鐵心采用多級(jí)接縫結(jié)構(gòu)，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(dǎo)線重量減少，變壓器體積減小，設(shè)計(jì)時(shí)，盡量降低變壓器的高度，相應(yīng)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一體繞制的長圓形線圈；容量315KVA-1600KVA 時(shí)，采用低壓為銅箔、高壓為銅線一體繞制的長圓形及橢圓形線圈；絕緣耐熱等級(jí)為B 級(jí)，具備較大的溫升裕度。地下式變壓器完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。

       設(shè)計(jì)時(shí)銅線和銅箔，均采用無氧銅材質(zhì)，負(fù)載損耗有很大程度的降低，所以發(fā)熱量低，過載能力強(qiáng)，允許過載2倍2個(gè)小時(shí)，過載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(cè)保護(hù)

       由一次系統(tǒng)圖可看出，高壓側(cè)保護(hù)采用美式箱變的保護(hù)方式。

       在技術(shù)設(shè)計(jì)上，保護(hù)組件選用性能可靠、結(jié)構(gòu)先進(jìn)的油浸式負(fù)荷開關(guān)、串聯(lián)兩級(jí)熔斷器作為地下式變壓器高壓側(cè)保護(hù)，兩級(jí)熔斷器分別為插入式熔斷器和后備熔斷器，降低了運(yùn)行成本及提高故障時(shí)的保護(hù)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(cè)發(fā)生短路故障、過負(fù)荷及油溫過高時(shí)熔斷。后備保護(hù)熔斷器用以斷開變壓器內(nèi)部短路電流，主要是在高壓側(cè)繞組發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)變壓器。

       根據(jù)用戶需要，也可設(shè)計(jì)成沒有輔助保護(hù)設(shè)備的地下式變壓器，其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。

       3.4 高低壓出線

       地下式變壓器高低壓一般均為電纜進(jìn)出線，采用防水全密封、全絕緣、全屏蔽的接線方式，保證了整臺(tái)變壓器無帶電部分裸露，實(shí)現(xiàn)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，電纜接線與電纜用熱縮管進(jìn)行全密封全絕緣連接緊密，不松脫。低壓出線端子使用低壓電纜套管（低壓密封引線裝置）。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(hù)，設(shè)備在水中浸泡24 小時(shí)仍能正常供電，運(yùn)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

       絕緣全部采用H 級(jí)絕緣材料，主絕緣采用H、F 級(jí)絕緣材料，增強(qiáng)了絕緣強(qiáng)度，絕緣油選用高燃點(diǎn)β 油，安全防火，增強(qiáng)過負(fù)荷能力，但此種設(shè)計(jì)價(jià)格昂貴。根據(jù)用戶需要，可選用A 級(jí)或B 級(jí)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(hù)等級(jí)一般按GB4208 達(dá)到IP68 要求，即產(chǎn)品安裝于地面以下，在浸沒水中一段時(shí)間正常運(yùn)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，見圖2所示。油箱采用較高機(jī)械強(qiáng)度的鋼板焊接，組焊完成后，進(jìn)行噴丸處理，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行油箱的整體密封試驗(yàn)，散熱器采用厚鋼板組焊結(jié)構(gòu)，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(yùn)行過程中，產(chǎn)生的損耗—熱量—散熱過程是不可避免的。采用平板油箱及平板散熱器，表面采用深色面漆，以增強(qiáng)輻射，這樣有利于熱油循環(huán)。通過變壓器上的測溫裝置和地坑中的熱電偶傳遞信號(hào)。在燈箱外殼中的風(fēng)機(jī)，可以自動(dòng)對(duì)地坑基礎(chǔ)內(nèi)進(jìn)行排風(fēng)和送風(fēng)來降低整個(gè)系統(tǒng)的溫度。使各部位的溫升限值比常規(guī)產(chǎn)品的相對(duì)應(yīng)國標(biāo)規(guī)定值低10K，可使其在使用壽命周期內(nèi)無溫升故障。

       3.8 LED 顯示器及廣告燈箱式的戶外開關(guān)設(shè)備LED 顯示器及廣告式燈箱是適應(yīng)我國多樣市場需要的一個(gè)創(chuàng)造性產(chǎn)品，不僅美化周圍環(huán)境，而且可以內(nèi)置低壓配電柜和小型化的高壓開關(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(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

      （1）開關(guān)設(shè)備的保護(hù)外殼采用廣告燈箱式結(jié)構(gòu)，燈箱外殼的兩門可全角度打開，且有彈簧支撐定位，便于開關(guān)設(shè)備的操作和維護(hù)。

      （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 燈使廣告板與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)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(dá)到了節(jié)能環(huán)保的要求。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收。

      （3） 廣告燈箱與開關(guān)設(shè)備的門鎖獨(dú)立設(shè)置，燈箱維護(hù)不影響開關(guān)設(shè)備運(yùn)行。

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

      （5）開關(guān)設(shè)備采用雙層門結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP34，第二層為儀表門，確保燈箱式外殼被破壞以后，低壓柜仍然達(dá)到一個(gè)完整獨(dú)立的戶外低壓產(chǎn)品的保護(hù)水平，低壓電量就地顯示和遠(yuǎn)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(nèi)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(xiàn)代移動(dòng)通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，形成了機(jī)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(jié)點(diǎn)，它將電壓10kV變?yōu)?.4kV，匯集電流，分配電能。將現(xiàn)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(tǒng)具備以下功能：

      （1）在線檢測功能

       地下組合式箱變內(nèi)置GPRS 通訊模塊以及通訊接口RS232,RS485 和USB 接口，可對(duì)控制器遠(yuǎn)程或就地設(shè)置參數(shù)和讀取數(shù)據(jù)。能夠接收主站下發(fā)的對(duì)時(shí)命令，具有遠(yuǎn)程在線升級(jí)終端應(yīng)用程序功能。采用無線網(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(shè)備管理人員實(shí)時(shí)報(bào)告地下式組合變壓器和低壓設(shè)備的運(yùn)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(fù)荷情況、坑內(nèi)積水水位（地坑底部設(shè)置有集水池，并安裝有三位置液位控制儀，高位時(shí)報(bào)警，切斷負(fù)荷開關(guān)，使變壓器退出運(yùn)行，中位聲光報(bào)警，低位時(shí)啟動(dòng)潛水泵。）等，還可以實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)控制以及對(duì)高壓負(fù)荷開關(guān)實(shí)行電動(dòng)操作，從而實(shí)現(xiàn)真正的“三遙”。

      （2）故障控制

       主要對(duì)過負(fù)荷控制、斷電控制、缺相欠壓、過電壓、油頂層溫度控制等。

      （3）防盜、防竊電功能

       當(dāng)變壓器及母線被盜時(shí)發(fā)出信號(hào)遠(yuǎn)程報(bào)警。計(jì)量裝置被竊電者打開時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

      （4）遠(yuǎn)程抄表、付費(fèi)率管理功能

       利用GSM 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，用手機(jī)或計(jì)算機(jī)對(duì)遠(yuǎn)方的電能表進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)和復(fù)費(fèi)率管理。預(yù)付費(fèi)管理可解決電費(fèi)拖欠問題。復(fù)費(fèi)率管理是通過后臺(tái)計(jì)算機(jī)的一個(gè)指令實(shí)現(xiàn)的，它可同時(shí)改變所在運(yùn)行表的時(shí)段及費(fèi)率。該功能能使供電方與用戶互動(dòng)，隨時(shí)查詢供電質(zhì)量情況及電費(fèi)余額。

      （5）對(duì)時(shí)功能

       就地可以通過人機(jī)界面選擇時(shí)間整定菜單修改系統(tǒng)的時(shí)間，遠(yuǎn)方通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)功能。

      （6）后臺(tái)監(jiān)控管理功能

       有后臺(tái)管理軟件（SCADA）實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)監(jiān)控軟件與智能型地下式組合變壓器配套可對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控記錄及預(yù)付費(fèi)和復(fù)費(fèi)率用電管理。該軟件還具有用戶信息管理，變壓器運(yùn)行維護(hù)檔案管理，工作情況記錄以及查詢、報(bào)警、遠(yuǎn)程抄表等功能。供電部門利用網(wǎng)路能有效控制各智能配電變電站。

       6. 結(jié)束語

       由于該產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)越可靠，可靈活實(shí)現(xiàn)配電方案，滿足供電部門的安全要求。它的體積僅為同容量預(yù)裝式變電站的1/3，可節(jié)省占地面積70~80%，投資費(fèi)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(tǒng)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(dá)到了節(jié)能環(huán)保的要求，現(xiàn)已廣泛用于居民小區(qū)，城鎮(zhèn)街道，市政工程，工礦企業(yè)，公園高速公路等場所。

      智能型地下式變壓器采用配電自動(dòng)化系統(tǒng)，集保護(hù)、測量、控制、監(jiān)控于一體。電力公司可以完成自動(dòng)電能計(jì)量，自動(dòng)抄表，獲得及時(shí)、準(zhǔn)確和完整的數(shù)據(jù)，滿足各專業(yè)對(duì)用電信息的需求，同時(shí)用戶可以進(jìn)行用電信息查詢，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)公司與用戶之間的雙向互動(dòng)。

       依據(jù)上述所生產(chǎn)的地下式變壓器（PST-ZGS11-Z（H）-30~1600-12/0.4）預(yù)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(nèi)外推廣使用，受到用戶一致好評(píng)。