张小明，喻 准

（1.海鸿电气有限公司，广东 开平 529328；2.湖南省计量检测研究院，湖南 长沙 410014）

1 城中村用电增容解决方案

针对噪音和辐射的问题，为了不影响居民的正常生活，需要设计一种噪音低，辐射小的电力设备。针对变压器长期过载的问题，有2个解决方案：第一个方案是设计的变压器本身过载能力强，第二个方案，就是选用与城中村负荷匹配容量的变压器，变压器需要满足小体积、大容量的要求。针对变压器漏油爆炸的风险，宜采用敞开式干式变压器，彻底解决变压器漏油及由于漏油带来的安全隐患。针对电压偏低的情况，电力设备可采用箱式变电站，占地较小，建造周期短，且可以深入到电力负荷中心进行集中供电，减少了供电半径，提高用户末端的供电电能质量。针对普通方案的变电设备尺寸较大的问题，设计的变电设备在小尺寸的同时，可以考虑双层布置的设计方案，可以大大减少电力设备的占地面积。针对新增电力设备运输受限的问题，目前有2种解决方案。方案一：将电力设备拆分成若干个小模块，将小模块分别运输到目的地后，再进行组装，该方案简单，但是需要较多的人工，且停电安装和调试时间较长。方案二：电力设备采用双层布置结构，这样占地面积和体积都大大减少[4]。

综合上述方案分析，针对城中村电力设备的问题，解决方案是设计一种低噪音小型化双层预装式变电站。

2 关键点设计

2.1 变压器设计

变压器设计要求：低噪音、低辐射、轻小型结构。

2.1.1 变压器低噪音设计

变压器噪音是变电站种最主要的噪声来源，而变压器噪声其主要原因来自变压器的铁芯振动，设计立体卷铁芯结构采用3个相同尺寸和结构的单框组成。每个单框是由非晶或硅钢带材自动连续卷绕形成一个无接缝的闭口结构，由于是自动连续卷绕，所以带材之间接触紧密，不存在搭接和气隙的情况，所以磁路连贯，工作时振动小，比叠铁芯变压器降低10～25dB(A)。

2.1.2 变压器低辐射设计

预装式变电站的辐射大部分来自变压器，将变压器设计成立体卷铁芯结构，由于闭口式立体卷铁芯的铁芯材料高导磁方向与磁路方向完全一致，磁路中无接缝、结构紧凑、对称的线圈结构可大大降低变压器周围的杂散磁场。空间漏磁小，仅为传统结构变压器的一半，减少周边电场磁场强度，所以对周围环境的辐射降低了50%。

2.1.3 变压器铁芯设计

铁芯可采用立体卷铁芯或叠片铁芯设计[6]，两者的重量对比如表1所示。

从表1中可以看出，立体卷铁芯比叠片铁芯重量平均下降18%，由于叠片铁芯在生产过程中需要冲掉上下铁轭及芯柱部分的三角形废料，约占叠铁芯总重的5%，综合起来，立体卷铁芯结构比叠片铁芯结构重量平均降低了23%。

2.1.4 变压器线圈设计[7]

传统的干式变压器通常将线圈设计多饼结构以降低饼间电压，并且采取拉开饼间距离的方式，以满足电气强度的要求，但是电压越高，需要的线圈饼数越多，所以饼间间距总和也就越大，所以干式变压器线圈的整体高度升高，变压器的体积增大。为了设计小型变压器，首先设计的饼式线圈的内层线圈与外层线圈通过隔开，形成气道，相邻的两饼饼式线圈的内层线圈通过第二分隔块隔开，形成气道，两种气道协同作用，使得饼式线圈再工作时产生的热量能够有效迅速地失散，与传统的干式变压器线圈相比，饼间电压大大降低，从而使得干式变压器整体高度降低，达到小型的目的，如图1所示。

表1 两种容量变压器立体卷铁芯与叠片卷铁芯对比

综合分析，将变压器设计成立体卷铁芯敞开式干式变压器对比叠铁芯干式变压器，重量减少30%以上，体积平均减少1m³以上，对比表如表2所示。

图1 饼式线圈结构设计图

2.2 外箱设计

外箱设计要求：低噪音、小型结构。

2.2.1 外箱低噪音设计

外箱的低噪音设计主要是隔音，即阻断噪音从变电站中传到箱外。隔音设计包括加装隔音罩风机、门板加装吸音棉、门板加装隔音板。

2.2.2 外箱小型化结构设计

外箱小型化结构设计方案是采用双层结构，首先需要将预装式变电站外壳内的设备分为3个模块：高压柜、变压器、低压柜。将这3个模块双层布置，有两种方案。双层结构方案一如图2所示：第一层布置变压器和低压柜，将高压柜布置在第二层，这样方便操作变压器和低压柜，高压柜操作配置单独的操作梯，由于高压柜的维护较频繁，且实际手动操作高压柜时需要较大的力量才能操作成功，所以双层结构方案一在实际运行维护时不方便。双层结构方案二如图3所示：第一层布置低压柜和高压柜，第二层布置变压器，这样方便操作高压柜和低压柜，在变压器维护时需要配置操作梯，由于变压器维护频率较高低压柜开关低很多（变压器运维在大部分时间仅须测量搭接处铜排的温度，极少次数需要去调节变压器的挡位），所以方案二在实际运行维护较方案一方便，且针对有水浸的地区，把变压器放在第二层，可以大大减少变压器被水浸的机会，大大降低水浸带来的经济损失。

图2 双层结构方案一

3 城中村用电增容应用案例

工程名称：广州市某城中村配电增容改造项目

案例情况：该工程位于广州城中村人流密集区，用电负荷大，需要新增1600kVA容量的配电设备，考虑到前期规划的的配电设备基础成T字型，没有足够的空间摆放一台1600kVA单层预装式变电站，通过应用方案设计对比，对比表如表3所示。

表2 立体卷铁芯敞开式干式变压器与叠铁芯干式变压器体积对比

图3 双层结构方案二

表3 城中村项目应用方案设计对比表

从表3的对比方案可知：如果选用1台1600kVA容量的预装式变电站的占地面积比2台800kVA容量的预装式变电站还多14%，占地面积超出规划面积范围，无法安装，且在预装式变电站的运输过程中，需要通过一条2m宽的小巷子，1600kVA容量的预装式变电站本身宽度已有2.1m（超出2m宽），所以无法直接通过狭窄的小巷，需要将变电站拆装成几个模块：包括变压器、高压柜、低压柜及外壳（外壳模块拆分成：门板、立柱、底座、横梁、顶盖），如此需要耗费较多的人工，安装停电时间较长。通过表3的对比，设计方案二是最优方案：即选用2台800kVA小型化双层预装式变电站（配置SGB11-RL-800/10立体卷铁芯敞开式干变），才能实现项目改造期间供电方案的优化布局。

4 结束语

通过低噪音小型化双层预装式变电站的安全挂网运行，证明了城中村用电增容解决方案是切实可行的。由于产品噪音低，辐射低，占地面积小，体积小，为城中村电力设备问题提供可参考的解决方案。