因地制宜地推广路灯地埋式箱变替代传统箱变

摘　要　本文首先阐述了北京城市环境建设等项目背景情况，然后介绍了路灯在运传统箱变的特点和不足。引出地埋式箱变作为一种新型的路灯配电设施所具备的特点和优势，说明了项目实施的过程和关键问题的解决办法，通过与传统箱变全面的比较，最终确定地埋式箱变在城市特定区域具有较为广泛的推广前景和实际意义。
关键词　地埋式箱变 项目实施 经济效益 应用前景

　2008年北京奥运会日益临近，这对北京的城市形象提出了越来越高的要求。近年来，北京的城市建设历经旧城拆迁、道路拓宽、建筑物立面翻新和城网改造后，又实施了城市绿地、架空入地等供电和亮化工程，而如今正在步入旨在改善街景市貌、迎接08奥运和建设和谐、宜居、首善之区的城市“美容”阶段。城市环境的改善和美化，已经成为当前北京城市建设的重中之重。
　　虽然陆续推出的步行商业街、休闲中心和精品区块，无论是绿化还是夜景可以说已接近国际水准，但包括路灯传统箱式变电站（以下简称传统箱变）在内的道路照明设施普遍存在影响城市环境美观的问题，一直以来并没有得到有效解决。而路灯所处位置的特殊性决定了其供电设施的位置，因此即使王府井大街、西单商业区、住宅小区等这些车辆人流密集的地方，我们都不难发现一座座传统的路灯箱变。它们的存在不仅挤占闹市黄金地面，还与周边景致错落无序，有煞风景，正因如此，很多司空见惯的传统箱变在城市美化后已经显得极不协调。
　　1、目前路灯传统箱变的运行情况
　　截止到2007年6月底为止所辖传统箱变600余台，而且随着城市建设的发展以及灯盏数的增多，其数量也在不断增加。从近年来的使用情况来看，不难发现传统箱变具有便于维护检修、可靠性高、比较稳定、负荷调整易操作、密封性较强、运行安全性较高以及运行环境较好等特点。
　　但是，随着奥运会对城市环境和形象的要求越来越高，作为城市基础设施之一的路灯传统箱变在部分地区运行过程中暴露出来的问题也日益明显：占地空间较大,挤占繁华地区的狭窄空间；设备在地面以上容易遭偷盗破坏；易成为小广告载体，成为影响城市环境的视觉“污染源”。因此，在城市部分地区，传统箱变已经不能适应社会发展和城市环境建设需求，这迫切需要一种新型的路灯配电设备。
　　2、地埋式箱变试点项目实施
　　2.1前期调研
　　为了迎接2008年北京奥运会的召开，提高路灯设施在城市环境中的美观程度，有效解决传统箱变在部分地区运行过程中所暴露出的突出问题，在制定的2007年路灯工程改造计划中，提出了部分地区采用地埋式箱变替代传统箱变的思路。在完成前期的调研工作之后，我们掌握了以下几个方面的情况：
　　2.1.1地埋式变压器的基本情况
　　地埋式箱变是由地埋式变压器、预制地坑和低压配电柜三部分共同组成，一般在工厂内预先装配完成的配电成套设备，电气性能与箱式变电站相当。地埋式箱变的结构布置图见图1、2。
　　2.1.2地埋式箱变的特点
　　地埋式箱变的一种最佳实施方式是广告灯箱与百页式通风机构连为一体，广告灯箱中设置广告图画，使每一个地埋式箱变尤如一台大型的等离子电视机，从而构成一道亮丽的风景线，起到装饰城市、美化环境的效果。而地埋式箱变产品主体安装在地下室或地坑内，因此具有以下几个主要特点：安装后变压器不占用地表面积；广告灯箱式配电柜提升视觉效果；在一定程度上可避免遭受外界破坏或盗窃；设备免维护周期较长，供电的可靠性较高。
　　2.1.3地埋式变压器在国内外的应用情况
　　中国人多地少，平均占地7.21㎡的箱式变电站对已经拥挤不堪的中国闹市来说难以承担，欧美国家发明的箱式变电站在发达国家的都市美化进程中也同样扮演与环境不协调的角色，只不过相对土地资源丰富，城市规划水准较高，其影响并那么凸显罢了。
　　有鉴于此，欧美发达国家早在20年前，已按照城市生态设计理念，逐步将变压器埋入地下安装，并在近20年的运行使用过程中，不断完善和扩充，形成了现今的比较成熟的工艺和先进产品。我国部分城市近年来在城市照明供电中，已经陆续将地埋式箱变做了试点实验，取得的效果比较明显。
　　2.2项目实施方案
　　在充分了解了地埋式箱变的基本情况、特点及其实际使用情况之后，经过多次研究商讨，我们决定在道路照明工程中选用3台地埋式箱变作为此项目的试点。
　　2.2.1基本方案
　　鼓楼西大街、国家大剧院、西单北大街等对环境要求比较高的地区和道路是优先考虑改造的，我们针对北京的城市特点和路灯供电的实际需求，采用了地埋式组合变压器，低压计量的方案：
　　所选择变压器的标准容量为250kVA，其高压设备与变压器共密封在油箱内，安装在地下。灯箱式配电柜形状我们选择的是宽长型，外层是广告灯箱结构。内层为低压配电柜，内部装配低压计量、路灯监控终端和多路支路出线。
　　这种方案非常适用于城市街道和路灯照明供电，其最主要的优点是把高压开关设备和变压器埋藏在地下，使10kV高压设备免受误入接触，更有利于公众和道路交通的安全。
该方案的系统图见图3，外形和基础布置图见图1、图2。

图1地埋箱变正示图	图2地埋式箱变侧示图
说明：在基础安装前，先按图预挖土，并且底部夯实，具体见地基夯实图。建议根据地坑基础的安装尺寸预埋钢板或螺栓，待地坑就位后与安装脚焊接或螺母固定。安装完毕后，按地平线回填土，然后种植草皮。
图3地埋式变压器系统图

　　2.2.2关键技术问题的解决方案
　　地埋式变压器安装在相对密闭、潮湿、通风散热条件较差的“地下室”里，运行条件较为恶劣，因此为了避免设备运行期间出现状况不佳或故障，我们针对地埋式箱变的自身特点，在投运之前就通过反复讨论确定出影响其安全稳定运行的几个关键点，对其逐一进行解决：
　　2.2.2.1地埋式变压器的通风散热问题
　　① 地埋式变压器主体的温升控制：选用的地埋式变压器为11系列低损耗产品，确保变压器主体温升比国标至少低10K。
　　② 地埋式变压器主体线圈绝缘材料的选择：选用的线圈绝缘材料耐热等级均由A级（耐温105℃）提高到B级（耐温130℃）或以上材料，线圈绝缘温升裕度比普通油浸式变压器提高了25K，从而提高变压器的过负荷能力。
　　③ 地埋式变压器主体散热方式：油箱散热片采用平板式设计，有效增强辐射散热能力；此外，我们还采用进口环烷基变压器油的地埋式变压器产品，这是因为环烷变压器基油毋须加入添加剂就能在极低温度下连续流动，而其良好的粘度——时间特性使得在温度升高时油的流动速度加快，确保产品具有良好的散热能力。

图4地坑基础通风设计图

　　④ 地坑基础的通风设计（见图4）：为了使地坑内部具有良好的通风性，决定采用扩展式地坑基础结构。由于路灯地埋式箱变需要整体配套安装，因此土建只需要按图纸要求挖坑，并制作混凝土安装平面。设计配套了地表以上的广告灯箱装饰的户外式高/低压配电柜在配电柜与基础地坑之间、广告灯箱内，设置了通风散热口，实现变压器的自然通风散热。同时增加进风及出风风机，当地下式变压器因长期超负荷运行致使温升达到设定值时，进行强送／排风降温，确保地埋式变压器的正常运行。
　　2.2.2.2地坑基础的防水、排水和地埋式变压器的防浸水问题
　　① 改善地埋式变压器本体的设计和安装工艺：高压电缆终端头采用进口全密封、全绝缘EDPM肘形电缆插头或国产全密封、全绝缘LSR硅橡胶预制式电缆头；低压采用进口防水密封胶包裹并外套进口防水热缩管。经过有关部门的检验，可满足水下运行90天的要求。
　　② 做好地坑基础的设计：地坑整体我们采用全钢板及加强用槽钢焊接结构，整体热镀锌并喷防腐面漆处理；基础地坑顶部采用全密封的钢筋混凝土结构盖板；盖板与地坑基础之间采用进口橡胶密封条进行防水处理，确保地表水、地下水及其它杂物不能进入地坑内。
　　③ 做好自动排水设计：地坑内设置进口潜水泵、安装自动排水系统。当因暴雨、洪涝等意外情况而引起地坑内部进水，自动启动排水系统进行排水。
　　2.2.2.3地埋式变压器外壳的防腐问题
　　外壳是由低合金结构钢制造，本体防腐能力较普通碳素结构钢好；处理工艺规范经验证符合埋在浸湿土壤下的钢材、钢管等地下涵洞的处理要求。
　　2.2.2.4户外灯箱式配电柜的防护
　　配电柜采用双层门结构，确保灯箱外壳被破坏后，低压柜仍然达到一个完整独立的户外低压产品的保护水平，防护等级达到IP34。第一层门为防护门，以保证未经授权的人不能操作配电设备；第二层门为仪表门，以保证配电设备操作时的安全。
　　3、地埋式箱变与传统箱变的比较
　　第一台试点地埋式箱变安装在鼓楼西大街，通过对其运行情况的跟踪，在城市特定区域内，我们发现地埋式箱变较传统箱变相比有以下几个方面的优势：
　　3.1环境美观方面
　　传统箱变在城市环境中扮演着“煞风景”的角色，有的甚至严重影响到周边环境的整体协调，进而对提升城市形象起到“拖后腿”的作用。
　　地埋式箱变有效地解决了路灯供电设施与环境协调之间的矛盾，能够与周边环境交相辉映，特别是在夜间能够发出柔和的LED白光，与城市夜景能够融为一体，形成一道城市亮丽的风景。
　　3.2占地和安装施工方面
　　传统箱变的体积和重量较大，需要在安装现场制作安装基础，且基础结构还需考虑通风和排水等措施，因此，其土建施工周期长，造价较高，而且地下基础部分占地约5米×2.5米×2米，地上部分为2.5米×1.7米×1.6米，占地面积非常大，施工较繁复。
　　地埋式箱变已包含工厂预制地坑基础，安装现场只需进行挖坑和作地基处理。而且，地埋式箱变地下基础部分占地约3.3米×1.75米×2.6米，远远小于传统箱变，而地上部分则是造型美观的广告灯箱形式，且占地面积也远远小于传统箱变。因此，其土建成本和占地费用都大为减少。并且，安装在地表以上进行，施工较简单快捷。
　　3.3维护方面
　　3.3.1安装位置的维护要求对比
　　传统箱变安装在地表以上，其内部包含10kV高压开关柜、变压器和低压配电柜，尽管它有外壳保护，但是对人为的恶意破坏、偷盗或汽车撞击等事件却无能为力，因此，需要定期的巡查和监视，有些地区还需增加护栏。
　　地埋式箱变把10kV的变压器和开关设备安装在地表以下，仅把低压配电柜安装在地表以上，从而把地表以上设备的安全危害性大为降低。而且，灯箱式低压配电柜采用双层门结构，即使灯箱遭受破坏，也不会对其内面板上的仪表和开关操作造成影响。
　　3.3.2对10kV连接电缆的维护对比
　　传统箱变的10kV连接电缆连接后，带电的金属部分裸露在空气中（除采用进口SF6开关柜外），对电缆终端头的防尘和防潮的要求较高，需要定期维护。
　　地埋式箱变的10kV连接电缆采用全密封、全绝缘的电缆插头进行连接，当一次性安装完毕后，不需再进行维护。
　　3.3.3对变压器的运行维护对比
　　传统箱变通常使用油浸式变压器或干式变压器，对变压器需要定期除尘清洁（尤其是干式变压器）； 变压器的通风散热风机也需定期维护，维护时需要停电处理。
　　地埋式箱变采用全密封、全绝缘、低温升的地下式油浸变压器，变压器虽然安装在地表以下，但在自然通风散热、防水、耐浸泡等方面均有可靠的保障，无需作定期维护。强迫风冷系统方面，通风散热风机（仅作后备用途）安装在地表以上，与变压器室分离装，不需停电维护。
　　3.3.4对10kV开关设备的运行维护对比
　　传统箱变采用的10kV开关设备通常采用负荷开关和负荷开关－熔断器组合电器，种类较多，通常对开关的电气和机械操作、五防联锁等都要有定期的维护要求。
　　地埋式箱变的10kV开关设备可分为与变压器组合在一起的开关设备和地表上安装的开关设备两种。前者与变压器一样在正常使用状态下可免维护，后者则和箱式变电站的10kV开关设备维护要求相当。
　　3.3.5对低压配电设备的运行维护对比
　　地埋式箱变与箱式变电站使用的低压配电设备基本一致，其维护的要求也没有本质差别。
　　4、效益分析及推广应用前景
　　4.1经济效益
　　传统箱变与试点所采用的地埋式箱变在经济运行上有三大优势：
　　首先，采用低温升低损耗的地下式变压器，空载损耗、负载损耗等指标大大优于传统箱变所普遍采用的S9系列变压器，并相当于或优于S11系列变压器，节约能源，其对比数据见表1：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 地下式变压器与S9、S11系列变压器数据对比表

　　其次，地埋式箱变不占用地表的面积，安装的限制较少，故可以安装在靠近负荷中心的位置，从而有效的缩短了低压供电半径，不仅节约了大量的电缆投资成本，还使线损大大减少；地下式变压器免维护周期长，直接节省维护成本。
　　4.2社会效益及应用前景
　　国家大剧院、西单北大街2台试点地埋式箱变相继安装投运后，通过一段时间的观察对比和分析，可以看出路灯地埋式箱变有效地解决了路灯供电设施与环境美观之间的矛盾，能够与周边景观交相辉映；另外，广告式灯箱可以放置带有公益性质的宣传口号或宣传画，为社会公益事业的普及推波助澜；同时还能够充分体现出电力设施“人文奥运”、“科技奥运”的新特点。
　　因此我们认为，在城市特定的环境中，例如城市商业区、繁华区和住宅小区等土地资源紧张或对环境要求较高的道路和地区，可以选择地埋式箱变替代传统箱变。
　　这样既符合城市生态设计理念，美化环境，同时占地面积小，更好地改善城市环境，提升城市整体形象，为迎接2008年奥运会的召开和建设和谐的首善之区、宜居城市做出贡献。