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[摘要] 箱变是风力发电的重要设备，美式箱变具有多种优点，但也存在一些自身的局限性，尤其体现在寒冷的天气条件下，经常会发生故障。本文对目前北方寒冷地区风电场美式箱变出现的故障和原因进行了分析，并提出了设备的改进方案，为箱变的采购和改造提供了有价值的参考。
[关键词] 美式箱变 北方地区 设备改进
箱式变电站简称箱变，是一种发展于20世纪60、70年代的户外成套变电所的新型变电设备。箱变自问世以来，在各国的配电网中均得到了大力推广及应用。箱变在住宅小区、城市公用变、施工用电等场所出现得也越来越多。箱变同时也是风力发电的重要设备，其中美式箱变在保证风力发电供电可靠性的同时，还具有如造价低、散热好、适用于多种场合，受外界环境影响小等优点，但是美式箱变也有一些自身的局限性，尤其体现在寒冷的天气条件下。笔者借鉴风力发电实际工作中的建设运行和管理经验，总结了目前风电场的美式箱变在北方寒冷地区的运行过程中出现的故障和原因，并对美式箱变在寒冷天气运行时，如何进行设备的改进提出了行之有效的方案。
1、箱变的类型、参数和技术指标
首先简述一下文中涉及到的箱变型式、主要参数和技术指标。
1.1 箱变类型
箱变的容量为500kVA～1600kVA，负荷开关和高压熔断器设置在高压单元，框架式空气自动开关，即断路器设置在低压单元，为二次元件提供电源的是箱变内设置的控制变压器，采用电缆进出线的方式箱完成变高及低压侧，高、低压侧都安装有避雷器。
1.2 主要参数
高压侧额定电压为30KV或10kV；低压侧额定电压为0.69kV；额定电流要满足风机的具体要求；额定断开电流在高压单元处为30kA，低压单元处为50kA以上；绝缘耐热的等级为A级，接线组别为D，ynll。
1.3 技术指标
变压器的类型为≥S10的自然冷却油浸低损耗型；泄漏比距应≥2.5m/kV；同样使用低损耗型的硅钢片；箱变整体安全防护等级应≥IP54，沿海地区应≥IP56；箱变安有闭锁装置用以防止在箱变开门时会被大风损坏；箱变内部电气设备采用单元式结构进行安装，并且在各元件之间安装绝缘板；在高压配电装置的小室内，设有五防联锁机械装置，同时将电磁锁安装在高压电缆进线室门处，使当30kV侧带电时，室门不能打开；根据当地的实际海拔高度安装箱变内所有设备，并对设备的参数进行修正、选型及绝缘水平也要同时进行修正与计算；箱变的进出线至少留有连接两根以上的接线端子排电缆；箱变的底部在电缆安装之前，要确保为全密封结构；低压断路器的额定短路开断电流≥50kA；规范书中有详细的关于损耗、效率等性能保证条款，在商务合同中也要明确加入对应的罚款条件。
2、 箱变的故障案例及原因分析
2.1 北方地区项目1。事故过程：工作人员准备合闸某箱变的低压开关，变压器此前已处于整体带电状态，低压断路器的出线侧母线、和开关下口以及电缆均未带电，低压断路器的进线侧母线和开关上口都带电。就在工作人员进行合箱变二次侧小开关的过程中，低压断路器的进线侧母线突然发生了短路情况，迸射出的弧光将工作人员烧伤，同时低压开关和母线也基本都被烧毁。故障还引起低压断路器从安装架上脱落、低压断路器上的桩头被熔蚀，箱变低压侧的开关室遭到了严重的损毁，高压侧B相发生熔管等现象。
故障的直接原因：经分析判断，本次事故的直接原因是开关产品的质量不合格，由于开关内部发生了短路从而引起了事故。事故的间接原因是由于箱变的结构存在没计不合理的问题，在开关与母线之间没有设置绝缘隔板，导致事故以无法控制的局势蔓延，不断扩大，最后形成了 “火烧联营”的结果。
2.2 北方地区项目2，安置在北方的部分箱变经常出现渗油、进雪，低压断路器声音出现异常等问题，甚至引发低压母线的短路，将断路器全部烧毁的严重结果。
发生渗油的原因主要是因为箱变的密封结构设计不合理，密封件的选用不当、密封件质量不合格以及对长途运输考虑不足几个主要原因造成的。箱变进沙尘、进雪的主要原因是由于箱体的密封性达不到IP54的设计要求，在进行箱变的结构设计时，对当地的自然条件考虑不充分，选用的密封胶及密封垫不能满足当地的天气要求。断路器出现异常声音的原因主要是由于部分低压断路器存在质量不合格的问题，或因为抽出式框架断路器的触头设计结构有问题。
2.3 西北地区项目3，部分箱变在运行的过程中，由于电缆插头发生故障引发着火事故，烧毁高压熔断器，烧毁后的高压熔断器与箱变的内壁会发生粘连，使得无法拔出熔断器。
事故发生的主要原因电缆插头的结构设计存在问题，在采用拔插式结构的电缆插头两端没有安置紧固的结构，使电缆头的两端不完全牢固，导致接触面的不足或发生虚接，从而引起了电缆连接处发热、短路甚至着火的故障。次要原因是因为在现场安装箱变时，制造厂的没有进行充分的说明指导，施工单位安装也不够认真规范，造成在安装电缆插头的时候预紧力不够，电缆头连接不牢固。
针对以上实际工作中出现的案例，笔者认为应该采取以下方案对美式箱变设备进行进一步的改进。
2、改进及防范措施
2.1 箱变的渗漏问题
建议提升对水压检测试验的重视程度，加强对焊接工序的质量把关。认真严谨的执行密封结构的设计、密封材料选用，密封坚固工序的檢查工作，同时要做好运输及安装过程中的防震措施，切实将每一个可能出现渗漏问题的道路都堵死。
2.2 箱体密封问题
箱体的内外要进行严密的封闭，寒冷天气时发生进雪的主要原因就是箱变和基础之间的间隙及箱变整体结构的缺陷。有时因为箱体上下的连接部分不够严密，会出现发生着火时，火焰会顺着连接处的空隙蔓延到其他设备，对箱变的整体产生威胁。为了解决这些问题，首先应当对箱体的结构和制作工艺进行改进，在选用密封材料时要充分考虑到当地的气候条件和特殊环境。另一方面要提前确定箱变的具体发货时间，应在基础完工后才对箱变进行发货，从而避免因多次吊装产生的密封不严等问题。箱变安装就位后，也要马上对箱变的基础进行密封，防止雨、雪和沙尘的渗入。
2.3 箱变电缆问题
鉴于拔插式电缆插头存在的结构缺陷，笔者建议采用T型预制电缆连接器。同时在高压电缆安装完成后，施工单位要及时将电缆抱箍进行紧固，防止箱变的电缆头或高压绝缘子出现因受力而发生开裂的情况。
2.4 断路器问题
箱变的低压断路器发生故障的主要原因是国产低压断路器的质量不过关，或是在设计断路器的容量时对使用的环境和降容考虑不足。为解决这些问题，笔者建议在箱变采购合同中要对各种要求加以明确，尽量选用大品牌质量较好的断路器。同时也建议对低压侧采用单元式的结构。
2.5 结霜问题
发生结霜时，首先应观察结霜的具体情况再进行妥善处理。当线路发生停电时，也必须要事先检查是否出现结霜的现象，如确实结霜，应先手工清除结霜后再进行送电工作。
参考文献
[1]王朝辉，等.北方寒冷地区风电场部分箱变故障汇总及原因分析[J].内蒙古科技与经济，2010，21，（11）：85-86
[2]曹飞飞，肖承仟.由两起电缆头引发的事故谈美式箱变的应用[J].河南电力，2006，11，（1）：123-124.
[3]肖承仟.一起美式箱变烧毁事故原因分析[J].水利电力劳动保护，2003，6（2）：32.
[关键词] 美式箱变 北方地区 设备改进
箱式变电站简称箱变，是一种发展于20世纪60、70年代的户外成套变电所的新型变电设备。箱变自问世以来，在各国的配电网中均得到了大力推广及应用。箱变在住宅小区、城市公用变、施工用电等场所出现得也越来越多。箱变同时也是风力发电的重要设备，其中美式箱变在保证风力发电供电可靠性的同时，还具有如造价低、散热好、适用于多种场合，受外界环境影响小等优点，但是美式箱变也有一些自身的局限性，尤其体现在寒冷的天气条件下。笔者借鉴风力发电实际工作中的建设运行和管理经验，总结了目前风电场的美式箱变在北方寒冷地区的运行过程中出现的故障和原因，并对美式箱变在寒冷天气运行时，如何进行设备的改进提出了行之有效的方案。
1、箱变的类型、参数和技术指标
首先简述一下文中涉及到的箱变型式、主要参数和技术指标。
1.1 箱变类型
箱变的容量为500kVA～1600kVA，负荷开关和高压熔断器设置在高压单元，框架式空气自动开关，即断路器设置在低压单元，为二次元件提供电源的是箱变内设置的控制变压器，采用电缆进出线的方式箱完成变高及低压侧，高、低压侧都安装有避雷器。
1.2 主要参数
高压侧额定电压为30KV或10kV；低压侧额定电压为0.69kV；额定电流要满足风机的具体要求；额定断开电流在高压单元处为30kA，低压单元处为50kA以上；绝缘耐热的等级为A级，接线组别为D，ynll。
1.3 技术指标
变压器的类型为≥S10的自然冷却油浸低损耗型；泄漏比距应≥2.5m/kV；同样使用低损耗型的硅钢片；箱变整体安全防护等级应≥IP54，沿海地区应≥IP56；箱变安有闭锁装置用以防止在箱变开门时会被大风损坏；箱变内部电气设备采用单元式结构进行安装，并且在各元件之间安装绝缘板；在高压配电装置的小室内，设有五防联锁机械装置，同时将电磁锁安装在高压电缆进线室门处，使当30kV侧带电时，室门不能打开；根据当地的实际海拔高度安装箱变内所有设备，并对设备的参数进行修正、选型及绝缘水平也要同时进行修正与计算；箱变的进出线至少留有连接两根以上的接线端子排电缆；箱变的底部在电缆安装之前，要确保为全密封结构；低压断路器的额定短路开断电流≥50kA；规范书中有详细的关于损耗、效率等性能保证条款，在商务合同中也要明确加入对应的罚款条件。
2、 箱变的故障案例及原因分析
2.1 北方地区项目1。事故过程：工作人员准备合闸某箱变的低压开关，变压器此前已处于整体带电状态，低压断路器的出线侧母线、和开关下口以及电缆均未带电，低压断路器的进线侧母线和开关上口都带电。就在工作人员进行合箱变二次侧小开关的过程中，低压断路器的进线侧母线突然发生了短路情况，迸射出的弧光将工作人员烧伤，同时低压开关和母线也基本都被烧毁。故障还引起低压断路器从安装架上脱落、低压断路器上的桩头被熔蚀，箱变低压侧的开关室遭到了严重的损毁，高压侧B相发生熔管等现象。
故障的直接原因：经分析判断，本次事故的直接原因是开关产品的质量不合格，由于开关内部发生了短路从而引起了事故。事故的间接原因是由于箱变的结构存在没计不合理的问题，在开关与母线之间没有设置绝缘隔板，导致事故以无法控制的局势蔓延，不断扩大，最后形成了 “火烧联营”的结果。
2.2 北方地区项目2，安置在北方的部分箱变经常出现渗油、进雪，低压断路器声音出现异常等问题，甚至引发低压母线的短路，将断路器全部烧毁的严重结果。
发生渗油的原因主要是因为箱变的密封结构设计不合理，密封件的选用不当、密封件质量不合格以及对长途运输考虑不足几个主要原因造成的。箱变进沙尘、进雪的主要原因是由于箱体的密封性达不到IP54的设计要求，在进行箱变的结构设计时，对当地的自然条件考虑不充分，选用的密封胶及密封垫不能满足当地的天气要求。断路器出现异常声音的原因主要是由于部分低压断路器存在质量不合格的问题，或因为抽出式框架断路器的触头设计结构有问题。
2.3 西北地区项目3，部分箱变在运行的过程中，由于电缆插头发生故障引发着火事故，烧毁高压熔断器，烧毁后的高压熔断器与箱变的内壁会发生粘连，使得无法拔出熔断器。
事故发生的主要原因电缆插头的结构设计存在问题，在采用拔插式结构的电缆插头两端没有安置紧固的结构，使电缆头的两端不完全牢固，导致接触面的不足或发生虚接，从而引起了电缆连接处发热、短路甚至着火的故障。次要原因是因为在现场安装箱变时，制造厂的没有进行充分的说明指导，施工单位安装也不够认真规范，造成在安装电缆插头的时候预紧力不够，电缆头连接不牢固。
针对以上实际工作中出现的案例，笔者认为应该采取以下方案对美式箱变设备进行进一步的改进。
2、改进及防范措施
2.1 箱变的渗漏问题
建议提升对水压检测试验的重视程度，加强对焊接工序的质量把关。认真严谨的执行密封结构的设计、密封材料选用，密封坚固工序的檢查工作，同时要做好运输及安装过程中的防震措施，切实将每一个可能出现渗漏问题的道路都堵死。
2.2 箱体密封问题
箱体的内外要进行严密的封闭，寒冷天气时发生进雪的主要原因就是箱变和基础之间的间隙及箱变整体结构的缺陷。有时因为箱体上下的连接部分不够严密，会出现发生着火时，火焰会顺着连接处的空隙蔓延到其他设备，对箱变的整体产生威胁。为了解决这些问题，首先应当对箱体的结构和制作工艺进行改进，在选用密封材料时要充分考虑到当地的气候条件和特殊环境。另一方面要提前确定箱变的具体发货时间，应在基础完工后才对箱变进行发货，从而避免因多次吊装产生的密封不严等问题。箱变安装就位后，也要马上对箱变的基础进行密封，防止雨、雪和沙尘的渗入。
2.3 箱变电缆问题
鉴于拔插式电缆插头存在的结构缺陷，笔者建议采用T型预制电缆连接器。同时在高压电缆安装完成后，施工单位要及时将电缆抱箍进行紧固，防止箱变的电缆头或高压绝缘子出现因受力而发生开裂的情况。
2.4 断路器问题
箱变的低压断路器发生故障的主要原因是国产低压断路器的质量不过关，或是在设计断路器的容量时对使用的环境和降容考虑不足。为解决这些问题，笔者建议在箱变采购合同中要对各种要求加以明确，尽量选用大品牌质量较好的断路器。同时也建议对低压侧采用单元式的结构。
2.5 结霜问题
发生结霜时，首先应观察结霜的具体情况再进行妥善处理。当线路发生停电时，也必须要事先检查是否出现结霜的现象，如确实结霜，应先手工清除结霜后再进行送电工作。
参考文献
[1]王朝辉，等.北方寒冷地区风电场部分箱变故障汇总及原因分析[J].内蒙古科技与经济，2010，21，（11）：85-86
[2]曹飞飞，肖承仟.由两起电缆头引发的事故谈美式箱变的应用[J].河南电力，2006，11，（1）：123-124.
[3]肖承仟.一起美式箱变烧毁事故原因分析[J].水利电力劳动保护，2003，6（2）：32.