摘 要：小型化预装式变电站是应用于城市电网改造建设的交流6～10kV网络中的环网配电装置。我们开发的小型化预装式变电站具有以下显著优点：占地面积小，由于对其内部结构进行了合理的设计和配置，节约了空间；温升低，拟借助计算机辅助设计与实际情况的结合，仿真出变电站的流场、温度场等情况，尽最大可能增加散热、减小温升。
关键词：小型化；温升；仿真计算
1 电气部分
1.1 高压部分
采用XGN38（safe）开关（共箱式小型化SF6开关），一般采用三间隔（CCF）并有一个予留间隔；在XGN38（safe）开关中我们安装电动操作机构和自动化单元；高压部分设计满足内部故障（引弧）新要求，同时我们在高压开关柜的下面设计有泄压网，后侧有泄压板。
1.2 低压部分
采用维纳尔母线系统，利用封闭母线不打孔的挂接技术实现紧凑小型化，一般选用ABB或施耐德的低压开关；低压母线端配备电涌保护装置，该装置采用AEC主动能量控制技术一、二级组合SPT；补偿采用SY802A配电监测计量终端，具有补偿、计量、控制和远传GPRS通信功能；补偿控制元件采用复合开关控制，实现过零点投切；补偿的开关根据电力公司技术规范选用断路器，也可使用刀熔开关，满足补偿实现共补和分补的新要求。
1.3 变压器室
变压器选用S11-M-630kVA变压器，建议采用卷铁芯变压器和非晶合金环保节能变压器；采用全封闭连接线，可以在变压器高压端子实现电缆肘形接头连接走线，低压端子加护套，使之全绝缘。
2 主要特点
2.1 小型化
在城市土地资源越来越紧缺，城市土地寸土寸金的形势下，开发小型化预装式变电站显得尤为重要，同时城市的现代化都市建设也需要小型化的预装式变电站。小型化630kVA预装式变电站成目字形结构，外形尺寸为3m×2m=6m2，与传统的预装式变电站相比占地面积节约了近三分之一。
2.2 温升
随着预装式变电站体积的减小，为保证其具有良好的通风散热性能，通风口成了设计的关键，即在确保变电站温升合格的前提下，实现预装式变电站的小型化。目前人工计算通风口面积和位置不仅繁琐，而且存在工作量大，准确度差的缺陷。小型化预装式变电站拟借助计算机辅助设计与实际情况的结合，仿真出变电站的流场、温度场等情况，借以设计出合理的内部元器件布置方案以及有效的通风方式和对流通道，以提高自然通风的效果，尽最大可能增加散热、降低温升。
2.2.1 仿真计算
考虑到变电站中主要的发热设备为变压器，因此取变压器室为计算区域，经过合理的简化，变电站变压器室的计算模型如下图1所示，坐标原点为变压器室底面远离观察者的角点，XYZ方向如图所示，其中-Y为重力方向。上面的绿色的grille（百叶窗）部分为变压器室屋檐下端出风口，其下面的四块绿色grille部分为门上的出风口百叶窗，处于底部的绿色grille部分为设计在底托上的的进风口百叶窗。
在保证箱体强度的前提下，相应增大出风口的尺寸，我们采用加大檐下通风孔尺寸，在高压室增加顶部隔板，借用高压室顶檐下通风孔的方法。我们把出风口的位置定在变电站顶盖檐下和变压器室门的上部。由于高压室的设备发热量相对变压器室很小，所以我们在高压室增加了顶部隔板这样变压器室的一部分气流就可以从高压室顶檐下流出。增大了变压器室的出风量。我们把进风口设置在变压器室底托上，经过反复计算，修改进风口的面积，得出最佳的通风方式。模型如图1所示。图2为高压室增加顶部隔板后，变电站的z方向的速度云图，从此图我们可以看到气流的流动空间，沿着顶部隔板从高压侧的出风口流出。
2.2.2 流场分析
变压器室内流体流动的主要特点为：变压器附近的流体被加热温度升高，在浮升力作用下向上流动，速度逐渐变大。离开加热体后，由于流体温度较周围流体高，在惯性和浮升力的作用下继续向上运动至顶面。受顶面限制，流体在顶部附近形成相对正压，在压差作用下流体转而沿顶面向x和z方向流动。对于z方向，如图2所示，由于低压侧并未设置出口，流体沿侧壁面以及变压器中和面处以一定速度下降，形成一个环流区；高压侧增加出风口后，一部分流体沿着顶部隔板从出风口流出，剩下的流体同样形成一个环流区；并且这两个环流区与受变压器直接加热向上流动的流体相遇，在惯性和流体粘性的作用下，形成速度较低的滞止区。而变压器在x方向上并非处在中心对称位置，与右侧壁面距离小一些，所以左侧沿壁面的向下流动相对更明显。
对于x方向，在没有出口的截面处，回流现象更加明显，滞止区在变压器上部空间形成；有通风口处的截面情况有所不同，由于顶部及中部两端出口处压力与室外环境压力接近，内部压力要高于外部压力，在压力梯度作用下，一部分温度较高的空气从出风口排出，而另一部分不能及时从顶部出口排出的流体，则向下流动从位于中部的变压器门上方的出口排出，于是在两侧出口处附近产生两个明显的环流。而空腔底部，在变压器附近相对低压的抽吸作用下，外界环境流体从进口向变压器壁面处流动，参看图3。由该图可以看出，y方向的流动相对剧烈，最大速度发生在变压器散热片上部空间。整个流场是一个复杂的，部分区域存在环流的三维流动。
经过我们不断的改进，出风口位置和增设出风口，反复计算变压器室内温度，按照温度修改进风口的面积，使其温度达到设计要求。从而设计出自然通风面积最为合理、通风口位置最佳和内部元器件布置更合理的预装式变电站。小型化预装式变电站经过检测，外壳级别达到5。
3 市场应用和前景
小型化预装式变电站获得天津市电力公司科技进步三等奖；天津市北辰区科技进步二等奖；中国高技术企业发展评价中心授予最具市场价值的高新技术产品；国家科学技术部授予国家重点新产品称号。作为新型的城市配电电气设备，在技术上处于国内领先水平，有着广阔的发展前景和发展空间。小型化预装式变电站也将带来良好的应用效果及社会效益。
参考文献
[1]GB/T 17467-1998 高压/低压预装式变电站
[2]DL/T 537-2002 高压/低压预装式箱式变电站选用导则
[3]IEC 62271-202：2006高压/低压预装式变电站
[4]西安高压电器研究所，国内外预装式变电站文集，2006年
[5]李建基.新型中压开关设备选型手册[M].中国水力电力出版社.
[6]章熙民，传热学.中国建筑工业出版社，1997年4月.
[7]王汉清.通风工程[M].机械工业出版社，2005年1月.