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(chǎng)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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(cè)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)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(cè)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)。