尹义新
山东志凯电力工程咨询有限公司 山东济南 250002
摘要：箱式变压器将传统变压器集中设计在箱式壳体中；因其重量轻、体积小、损耗低、噪音低、可靠性高而被广泛应用于商业中心、企业、机场、居民中心、工厂和矿山等场所。研究结果表明，当供电电压从380伏上升到10kV时，线路损耗可降低60%，铜耗和总投资可降低52%，体现了其客观的经济效益和社会效益。箱式变压器作为现代经济社会发展的产物，是一种经济高效的配电设备，它促进了高压深入负荷中心的实现。
关键词：配电系统；箱式变压器；应用分析；
经济社会的发展推动了城乡供电格局的改变，而传统的配电方式也逐步被淘汰。箱式变压器是一种新型的配电设备，其凭借着自身所具有的便捷性、经济性和有效性而被广泛应用于现代社会。
一、变压器介绍
变压器是一种将电压值进行升高，使得电力传输能传得更远，同时损耗更小的一种设备。主要用在交流电的传输过程中，它可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能，变压器主要由铁芯和捆扎在铁芯上面的绕组构成。其工作原理是与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组。另外一个与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组。一次绕组的电压相量为U1，电流相量为L1，电动势相量为E1，绕线的匝数为N1；二次绕组的电压相量为U2，电流相量为L2，电动势相量为E2，绕线的匝数为N2。同时交链一次，二次绕组的磁通量是主磁通其值为φm。如果忽略不计铁芯损耗以及一次和二次绕组的电阻损耗的情况下，设其间的耦合系数K的值为1，这种变压器称之为理想变压器，可以利用式：e1(t)=-N1dφ/dt，e2(t)=-N2dφ/dt，来描述理想变压器的电动势平衡方程。由于我们不计铁芯的损耗，假设一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值都按照正弦规律来变化，由能量守恒定律可知一次、二次绕组电压和电流有效值的关系。这里设其匝比（N1与N2之比值，也可以称为电压比）之值为K，则K=N1/N2，由此可知：U1/U2=N1/N2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。当一个交流电压U1接到初级绕组的线圈时，由于交流电的强度和极性是不停地正、负交替变化，因此初级绕组的线圈所产生的磁力线数目也不停改变。由于磁场强度的不断变化，促使缠绕在同一铁芯上的另一端线圈就会有感应电动势产生，设其值为U2。其工作原理的设计结构图如图1所示，
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图1变压器工作原理图
A1、A2为输入端，B1、B3为输出端，输入端的线圈匝数为N1，输出端的线圈匝数为N2。
二、配电系统内箱式变压器的应用分析
1.应用标准和应用环境分析。通常情况下，箱式变压器的使用均应符合《高/低压预装式变电站》（GB/T17467-1998）的有关规定。其次，箱式变压器的使用环境应该无严重污秽、无火灾、无化学腐蚀、无爆炸危险、无剧烈振动等条件。此外，箱式变压器的使用务必要解决如下问题：封闭式电缆插接件问题；高/低压环境下的闪络放电问题；变压器发热对变压器的影响问题；箱式变压器壳体爆炸问题等。
2.案例分析。基于对箱式变压器技术参数和结构特点的考虑，某发电厂施工现场采用了由预装式变压器和组合式变压器组合而成的环网配电系统。基于施工现场用电负荷情况，该发电厂选用了3台ZBW组合式变压器和5台预装式变压器，并把8台箱式变压器布置在整个工程的生活区域和施工现场，进而构成开环状的网络配电系统。如图2。
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图2
1#/2#/3#/4#/5#皆为预装式变压器，容量皆为1000kVA；6#/7#/8#皆为组合式变压器，容量皆为1600kVA。预装式变压器多用作工程施工电源，理由是:预装式变压器的体积较同容量组合式变压器小，进而克服了工程施工现场复杂且用地紧张等问题；6#组合式变压器用作施工现场办公电源；7#/8#组合式变压器用作整个生活区生活电源。6#/7#/8#设置组合式变压器的原因是整个生活区和办公区域的用电负荷较施工现场稳定。一般而言，1#/2#/3#/4#变压器的供电均由开闭所A段完成；5#/6#/7#/8#变压器的供电均由开闭所B段完成；开关C始终保持断开状态。若开闭所A段和B段的任一电缆存在故障，闭合开关C均可降低源于局部故障的断电概率，进而提高了供电的可靠度。实践证明，全封闭箱式变压器具有如下优点：有效防止盐雾等气体进入箱内，进而规避了各类腐蚀液/气体对电气设备的损坏，进而实现了电气设备使用寿命的延长；源于箱式变压器的结构紧凑，可有效缓解工程施工现场用地紧张问题；箱式变压器的电缆连接有效淘汰了杆架式供电方式，进而有效规避了源于带电体裸漏现象的触电事故，并最终确保了配电系统内的用电安全。
三、箱式变压器在配电系统中的使用
使用箱式变压器，需要遵循GB/T17467-1998《高压/低压预装式变电站》标准和IECl330标准，在此前提条件下安全使用箱式变压器是必须的。箱式变压器在某城市生活小区使用时，其使用环境需要注意以下几个方面的问题：首先要考虑变压器所处的地理位置环境因素，如果是气候条件和地理条件特殊的地方，在安全可靠的环境下就采用SF6绝缘开关设备，对于SF6绝缘开关设备还要逐步加装“气体监测装置”；如果只是在一般的条件下，就使用价格比较便宜的空气绝缘的箱式变压器；其次解决好封闭式电缆插接件问题，这是环网供电单元的有机组成部分；在遇到高压室和低压室的时候，要注意凝露，防止闪络放电问题；在遇到变压器发热问题时，需要注意对变压器的影响；在壳体上考虑安装防爆膜盒、故障电弧限制器、压力开关系统以及电子智能保护系统来防止因内部故障引起的壳体爆炸；同时注意选用性能较好且安全可靠的电子元器件，如高压开关、变压器和低压开关。
四、箱式变压器的应用前景分析
自上个世纪80年代末，我国开始致力于箱式变压器的引进和推广。经过二十多年的发展，我国箱式变压器行业取得了非常显著的成绩，但存在的问题亦是不容忽视的，尤其是配电系统内箱式变压器应用率低下等问题。调查资料显示，我国箱式变压器的应用率＜配电变压器的55‰，且相对于国外超过90%的应用率，我国箱式变压器的市场潜力极大。随着我国城市化进程的加快及社会经济的发展，城乡用地愈加紧张，用电负荷密度也愈高，且城市配电网向电缆的过渡进程也越来越快，此时杆式配电变压器已无法满足现代社会发展的需要，而箱式变压器也越来越受到市场的亲睐，并呈现出向用户负荷中心深入的趋势。实践证实，箱式变压器可有效发挥美化环境、安全供电等作用。总体而言，箱式变压器在配电系统的应用极具发展潜力。
总之，箱式变压器作为现代社会和经济深入发展的产物，满足了现代社会发展的需要。此外，封闭箱式变压器可有效防止腐蚀液/气体侵入箱内，进而实现了电气设备使用寿命的延长；经防腐处理的防锈铝合金或热镀锌彩钢板外壳可完成适应长时间户外使用的要求，且具有防水、防腐、防尘灯性能，并具有美化环境、安全供电等作用。但是，箱式变压器的设计和使用均应符合《高/低压预装式变电站》（GB/T17467-1998）的有关规定，以确保箱式变压器在居民小区、中心型工厂、高新技术开发区和城市高层建筑等场所的正常供配电。
参考文献：
[1]刘磊.现代住宅小区配电系统的设计分析.2019.
[2]李文强.关于箱式变压器在配电系统中的应用.2020.