中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在當(dāng)前電力行業(yè)快速發(fā)展的背景下，高壓 / 低壓預(yù)裝式變電站(俗稱 “箱式變電站”，簡(jiǎn)稱 “箱式變” 或 “箱變”)作為輸配電領(lǐng)域的重要設(shè)備，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，技術(shù)也在持續(xù)迭代。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于 1995 年 11 月頒布的 IEC 1330 標(biāo)準(zhǔn)中正式將其命名為 “高壓 / 低壓預(yù)裝式變電站”，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17467-2020《高壓 / 低壓預(yù)裝式變電站》也沿用這一名稱。這類變電站具有在工廠內(nèi)完成設(shè)計(jì)與制造、經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)驗(yàn)證等特點(diǎn)，基本由變壓器室、高壓開(kāi)關(guān)室、低壓開(kāi)關(guān)室三個(gè)功能單元組成，還可根據(jù)需求組合自動(dòng)化裝置及通信單元、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在配電網(wǎng)電能分配、發(fā)電系統(tǒng)電能輸送以及風(fēng)力、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電和儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，且具備成套性強(qiáng)、占地小、建站周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)。以下是2025年變電站行業(yè)趨勢(shì)分析。
預(yù)裝式變電站行業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中，因變壓器額定容量、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、額定電壓等級(jí)、關(guān)鍵元件、箱體材料和結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)用場(chǎng)合及主要用途等存在較大差異，且應(yīng)用領(lǐng)域不同導(dǎo)致行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品驗(yàn)證方式也各不相同，可從多個(gè)維度進(jìn)行分類，各類型變電站具有獨(dú)特核心特征。
按預(yù)裝式變電站中高壓側(cè)額定電壓等級(jí)，可分為高壓預(yù)裝式變電站、中壓預(yù)裝式變電站、低壓預(yù)裝式變電站。其中，高壓預(yù)裝式變電站高壓側(cè)的額定電壓為 110kV 及以上，一般安裝在靠近電力負(fù)荷中心的位置，常采用模塊化制造方式與現(xiàn)場(chǎng)施工相結(jié)合的建站模式，其變壓器高壓側(cè)的電壓等級(jí)高、單臺(tái)容量大，一次和二次配套設(shè)備較多;中壓預(yù)裝式變電站高壓側(cè)的額定電壓為 3.6~40.5kV，一般用在發(fā)電系統(tǒng)中或配電網(wǎng)終端及臨時(shí)用電場(chǎng)合，方案配置較為簡(jiǎn)單，變壓器容量較小，制造相對(duì)容易;低壓預(yù)裝式變電站高壓側(cè)的額定電壓為 1.14kV 及以下，一般是將二次控制設(shè)備、輔助設(shè)備或低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備等安裝在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)特定的功能要求。
按使用或安裝環(huán)境，預(yù)裝式變電站可分為戶內(nèi)式預(yù)裝式變電站、戶外式預(yù)裝式變電站。常說(shuō)的預(yù)裝式變電站一般是指戶外式，而在一些廠房或建筑內(nèi)部或電力負(fù)荷容量不大的戶內(nèi)用電設(shè)備旁邊配套使用的則是戶內(nèi)式預(yù)裝式變電站。戶內(nèi)式預(yù)裝式變電站的使用環(huán)境或防護(hù)等級(jí)與戶外式預(yù)裝式變電站相比較好，因此產(chǎn)品本身對(duì)環(huán)境的防護(hù)或安全要求略有降低。
《2025-2030年全球及中國(guó)變電站行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》按產(chǎn)品的安裝方式，預(yù)裝式變電站可分為固定式預(yù)裝式變電站、移動(dòng)式預(yù)裝式變電站。通常意義上的預(yù)裝式變電站都是固定安裝在基礎(chǔ)上的，使用過(guò)程中安裝位置不變。而在礦山、油田、建筑工地、臨時(shí)檢修等用電場(chǎng)合，由于使用場(chǎng)所需要根據(jù)施工進(jìn)度推進(jìn)經(jīng)常變動(dòng)，會(huì)應(yīng)用移動(dòng)式預(yù)裝式變電站，這類變電站有輪式預(yù)裝式變電站和撬式預(yù)裝式變電站兩種，需要移動(dòng)供電位置時(shí)，用拖車或掛車拖動(dòng)運(yùn)輸即可。
按預(yù)裝式變電站行業(yè)箱體制造所使用材料的不同，可分為鋼板型、非金屬型、不銹鋼板型、鋁合金型、彩鋼復(fù)合板型、金邦板式、覆鎂鋁鋅板型、集裝箱型等形式。不同材料制成的箱體具有不同特性，能夠滿足不同用戶或使用需求，例如非金屬材料在抗腐蝕性、抗火災(zāi)、抗故障電弧等方面顯著優(yōu)于金屬材料，金邦板則具有綠色環(huán)保、質(zhì)量小、強(qiáng)度高、隔音隔熱、耐水防火、耐腐蝕的特點(diǎn)。
按預(yù)裝式變電站對(duì)周圍使用環(huán)境的特殊要求，可分為普通型、景式(如箱體外表有仿中國(guó)古建筑風(fēng)格、歐式建筑風(fēng)格、藝術(shù)造型風(fēng)格、貼風(fēng)景畫風(fēng)格)等形式的變電站。以公園內(nèi)使用的預(yù)裝式變電站為例，其外形會(huì)設(shè)計(jì)成與公園環(huán)境相適應(yīng)的亭子或建筑物造型，外表搭配風(fēng)景畫或不同的色調(diào)裝飾，從而更好地融入周邊環(huán)境。
按預(yù)裝式變電站與基礎(chǔ)的結(jié)合程度，可分為地上型預(yù)裝式變電站、半地埋型預(yù)裝式變電站、全地埋型預(yù)裝式變電站。地上型預(yù)裝式變電站是將整個(gè)變電站安裝在基礎(chǔ)上面;半地埋型預(yù)裝式變電站的三個(gè)基本功能室中，高壓開(kāi)關(guān)室和低壓開(kāi)關(guān)室位于基礎(chǔ)上面，變壓器室則位于下部且沉入基礎(chǔ)之中，整個(gè)產(chǎn)品體積相對(duì)較小;全地埋型預(yù)裝式變電站是將整個(gè)產(chǎn)品沉入基礎(chǔ)之中，僅在基礎(chǔ)上面露出檢修人井孔或通風(fēng)孔，這種類型的變電站非常適合于城市中心或人口稠密的核心地段，能減小產(chǎn)品對(duì)使用環(huán)境的視覺(jué)影響并提高產(chǎn)品運(yùn)行的安全性、可靠性。
按預(yù)裝式變電站三個(gè)基本功能室(高壓室、低壓室、變壓器室)的不同排列或組合方式，可分為 “目” 字型預(yù)裝式變電站、“品” 字型預(yù)裝式變電站、“H” 型預(yù)裝式變電站、“啞鈴” 型預(yù)裝式變電站、“田” 字型預(yù)裝式變電站等。“目” 字型預(yù)裝式變電站是變壓器室排列在中間，兩邊排列高壓室和低壓室，布置形式像 “目” 字;“品” 字型預(yù)裝式變電站是三個(gè)功能室排列在一起，類似 “品” 字;“H” 型預(yù)裝式變電站是將高壓室和低壓室制作成單獨(dú)的箱體，把液浸式變壓器的帶電部位全部封閉后置于兩個(gè)箱體中間，且在變壓器兩側(cè)用網(wǎng)狀防護(hù)物進(jìn)行簡(jiǎn)單防護(hù)和隔離，改善變壓器運(yùn)行時(shí)的散熱條件;“啞鈴” 型預(yù)裝式變電站實(shí)際是一組高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、兩組變壓器和低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，高壓室位于箱體中間，變壓器室和低壓室分別位于高壓室兩側(cè)，各功能室整體呈 “啞鈴” 型布置;“田” 字型預(yù)裝式變電站是將低壓室分成兩個(gè)獨(dú)立的隔室(低壓開(kāi)關(guān)室、自動(dòng)化室)，加上高壓室和變壓器室，整體呈 “田” 字形狀布置。
按照產(chǎn)品的主要特征和習(xí)慣稱謂，預(yù)裝式變電站分為歐變、美變和華變。歐變的關(guān)鍵單元(高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、變壓器)均是經(jīng)過(guò)型式試驗(yàn)后定型的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，初期主要從歐洲國(guó)家引進(jìn)，關(guān)鍵元件相互連接組合，設(shè)計(jì)方案靈活多變，變壓器容量擴(kuò)展較為方便，目前在配電網(wǎng)和發(fā)電系統(tǒng)中均有廣泛應(yīng)用。美變是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將高壓開(kāi)關(guān)安裝在變壓器油箱中并將變壓器油作為絕緣和滅弧介質(zhì)，低壓開(kāi)關(guān)安裝在低壓箱體中組成的預(yù)裝式變電站，其主要特點(diǎn)是將高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和變壓器鐵芯、線圈等浸入同一油箱中，共同以變壓器油作為絕緣、滅弧和冷卻介質(zhì)，采用雙熔斷器保護(hù)，熔絲具有電流、溫度雙敏特性，使變壓器保護(hù)的靈敏度和可靠性大大提高，優(yōu)點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但缺點(diǎn)也較明顯，變壓器油的絕緣性能下降較快、方案簡(jiǎn)單、靈活性不高，高壓開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗪徒油óa(chǎn)生的電弧會(huì)引起變壓器油質(zhì)的劣化，目前 10kV 電壓等級(jí)的美變?cè)谂潆娋W(wǎng)中應(yīng)用非常少，已屬于淘汰或限制使用產(chǎn)品，而 10kV 美變經(jīng)過(guò)改型、升級(jí)后，將電壓等級(jí)升到 35kV 并應(yīng)用到新能源發(fā)電系統(tǒng)中，因結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、制造成本低，得到越來(lái)越廣泛的推廣和使用。華變則是近年來(lái)在風(fēng)力和光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)中出現(xiàn)的一種預(yù)裝式變電站，傳統(tǒng)歐變形式設(shè)計(jì)下，變壓器封閉安裝在變壓器室中熱量難散發(fā)，需加裝風(fēng)機(jī)或熱交換機(jī)等設(shè)備，華變結(jié)構(gòu)較為緊湊，液浸式變壓器安裝在箱體外部，變壓器戶外安裝解決了安全防護(hù)和散熱問(wèn)題，且制造成本大大降低，從外觀上看有點(diǎn)像美變，本質(zhì)上仍屬于歐變，行業(yè)中剛出現(xiàn)時(shí)命名為 “緊湊型預(yù)裝式變電站”，因首次在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)成功并應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目，后行業(yè)中俗稱為華變，其產(chǎn)品特征更符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
此外，預(yù)裝式變電站中配套的變壓器的額定容量和電壓等級(jí)是衡量其建站規(guī)模和配置狀況的重要指標(biāo)。一般情況下，變壓器的額定容量在 10000kV?A 左右、電壓等級(jí)在 40.5kV 及以下的預(yù)裝式變電站，變壓器與開(kāi)關(guān)設(shè)備或其他設(shè)備裝配成一個(gè)整體，或分模塊運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場(chǎng)裝配成一個(gè)整體;變壓器容量在 31500kV?A 以上時(shí)，配套的開(kāi)關(guān)設(shè)備和其他輔助設(shè)備安裝在預(yù)裝式變電站的箱體中，主變壓器在戶外露天安裝，數(shù)量有 2 臺(tái)或以上，通過(guò)相互連接最后形成完整的變電站，實(shí)現(xiàn)電能的輸送或交換。
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展以及新能源領(lǐng)域的持續(xù)拓展，預(yù)裝式變電站在技術(shù)、材料、結(jié)構(gòu)等方面不斷創(chuàng)新，呈現(xiàn)出多方面的發(fā)展趨勢(shì)，這些趨勢(shì)將進(jìn)一步推動(dòng)變電站行業(yè)的進(jìn)步，更好地滿足不同領(lǐng)域的用電需求。
預(yù)裝式變電站箱體的結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢(shì)，這一變化從箱體的造型、顏色和材質(zhì)等方面可直觀體現(xiàn)，箱體設(shè)計(jì)更加注重與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。例如，部分歐變一般沉入地下 1m，地上部分不高于 1.5m，既不影響遠(yuǎn)望視線，又能避免小孩子攀爬玩耍造成意外傷害，且其使用材料多為非金屬材質(zhì)，既環(huán)保又容易和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。目前，外殼使用材料常見(jiàn)的有普通鋼板、不銹鋼板、鋁合金板、彩鋼復(fù)合板，多年前還出現(xiàn)了玻纖增強(qiáng)水泥板、玻纖增強(qiáng)塑料板、非金屬材料等。另外，在同一臺(tái)箱體上可能會(huì)使用幾種材質(zhì)，如在普通箱體外面使用木板和琉璃瓦裝飾板，在雙層結(jié)構(gòu)的夾層中使用可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)、玻璃纖維、石棉、硅酸鋁棉等保溫隔熱材料。
在 40.5kV 及以下電壓等級(jí)預(yù)裝式變電站中，高壓側(cè)一般使用空氣或 SF?氣體絕緣的斷路器或負(fù)荷開(kāi)關(guān)，部分產(chǎn)品中使用以變壓器油為絕緣介質(zhì)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)。在 12kV 電壓等級(jí)的預(yù)裝式變電站中，由于變壓器容量一般在 1250kV?A 以下，組合電器(負(fù)荷開(kāi)關(guān) + 熔斷器)或負(fù)荷開(kāi)關(guān)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)用斷路器保護(hù)變壓器時(shí)，切斷故障線路的時(shí)間稍長(zhǎng)，不利于對(duì)變壓器等關(guān)鍵設(shè)備的保護(hù)，而組合電器中的熔斷器能在 20ms 內(nèi)切除故障電流。12kV 電壓等級(jí)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)單元包括產(chǎn)氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜、真空斷路器開(kāi)關(guān)柜、真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜、充氣柜等，目前 SF?充氣柜在預(yù)裝式變電站中的應(yīng)用最為普遍，在海拔高度、可靠性、安全性、體積大小及特殊應(yīng)用環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)更為明顯，未來(lái)將進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
12kV 電壓等級(jí)的預(yù)裝式變電站中，常用的變壓器有液浸式變壓器、干式變壓器等，這些變壓器的絕緣性能和空載、負(fù)載損耗值在不斷優(yōu)化。在高層建筑中，從變壓器到開(kāi)關(guān)設(shè)備，均要求使用不含易燃材料、易污染的變壓器油的干式變壓器。變壓器的通風(fēng)散熱遵循自然通風(fēng)為主、強(qiáng)迫風(fēng)冷為輔的原則，強(qiáng)迫風(fēng)冷常用的方法是將風(fēng)機(jī)安裝在變壓器室的頂部或箱體墻板上，向箱體外部送風(fēng)，攪動(dòng)室內(nèi)熱空氣流通，有時(shí)還將風(fēng)機(jī)置于變壓器下部向內(nèi)輸送冷風(fēng)，這種方式散熱效果較好，未來(lái)變壓器性能將持續(xù)提升，通風(fēng)散熱技術(shù)也會(huì)不斷優(yōu)化。
預(yù)裝式變電站可能發(fā)生內(nèi)部故障電弧，針對(duì)這一問(wèn)題可采取積極措施和消極措施，積極措施主要是限制故障電弧的持續(xù)時(shí)間，消極措施主要是限制故障電弧造成的效應(yīng)。雖然內(nèi)部電弧不能完全防止其產(chǎn)生，但可以通過(guò)相關(guān)措施進(jìn)行預(yù)防，通過(guò)限制電弧時(shí)間造成的危害效應(yīng)，將故障電弧對(duì)人或設(shè)備的影響降至最低。內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)雖未列入強(qiáng)制試驗(yàn)項(xiàng)目，僅作為 “適當(dāng)時(shí)，強(qiáng)制的型式試驗(yàn)項(xiàng)目”，但由于其直接危害人身安全和設(shè)備的正常運(yùn)行，已引起制造廠商和用戶的高度重視，因此燃弧試驗(yàn)項(xiàng)目已逐步在預(yù)裝式變電站的型式試驗(yàn)和質(zhì)量抽查中得到大力推廣，未來(lái)內(nèi)部故障電弧防護(hù)技術(shù)將更加成熟和完善。
智能化是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵特征，也是預(yù)裝式變電站的重要發(fā)展方向，自動(dòng)化程度較高的預(yù)裝式變電站在行業(yè)內(nèi)一般稱為智能化預(yù)裝式變電站。智能化預(yù)裝式變電站的工作特性和承擔(dān)的職責(zé)，使其必須具備良好的交互性。智能化預(yù)裝式變電站在實(shí)現(xiàn)信息的采集和分析之后，不僅可以在內(nèi)部共享這些信息，還能與電網(wǎng)內(nèi)部更復(fù)雜、更高級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)之間進(jìn)行良好互動(dòng)，這種互動(dòng)性在一定程度上保證了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，未來(lái)變電站的智能化水平將不斷提升，在電網(wǎng)運(yùn)行中的作用將更加突出。
當(dāng)預(yù)裝式變電站應(yīng)用在電網(wǎng)的負(fù)荷中心位置時(shí)，變壓器容量通常較大，配套的高壓和低壓設(shè)備、二次自動(dòng)化設(shè)備、SVG 設(shè)備等均安裝在箱體中，主變壓器安裝在戶外，這類變電站具有功能單元預(yù)制、模塊組裝建站等特點(diǎn)，對(duì)箱體的結(jié)構(gòu)形式、消防系統(tǒng)、人員安全和設(shè)備監(jiān)控等都有較高要求，行業(yè)中稱為 “預(yù)制艙”，實(shí)際上是一種大型、模塊組合、現(xiàn)場(chǎng)安裝的預(yù)裝式變電站。隨著電網(wǎng)負(fù)荷中心對(duì)變電站需求的增加，“預(yù)制艙” 型變電站的應(yīng)用將不斷拓展。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用的預(yù)裝式變電站，傳統(tǒng)意義上的低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備被電能轉(zhuǎn)換的逆變器取代，形成由逆變器、變壓器、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備組成的預(yù)裝式變電站，可實(shí)現(xiàn)電能由直流電逆變成交流電，交流電通過(guò)變壓器升壓后，由高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備送至 40.5kV 開(kāi)關(guān)變電站，并通過(guò) 35/110kV 或 35/220kV 電壓等級(jí)的主變壓器送至電網(wǎng)，或?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)與電池組的能量交換或轉(zhuǎn)移，這種 “逆變一體機(jī)” 型變電站是預(yù)裝式變電站的另外一種形式，隨著光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)景將不斷拓展。
在電網(wǎng)體系中，預(yù)裝式變電站憑借集成度高、方案靈活、方式多樣、施工周期短、占地面積小、制造成本低等顯著特點(diǎn)，在各行各業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。其應(yīng)用范圍從最初的 10kV 電壓等級(jí)終端用戶，逐步向 35kV(110、220kV)電壓的電力負(fù)荷中心延伸。由于預(yù)裝式變電站具備變電站的所有基本特征，隨著高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、變壓器、自動(dòng)化等配套行業(yè)的不斷發(fā)展，其市場(chǎng)生命力愈發(fā)強(qiáng)勁。
在實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)裝式變電站不僅在配電網(wǎng)中承擔(dān)著電能分配的重要職責(zé)，還在新能源領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)電能輸送，同時(shí)能夠完成電池組與電網(wǎng)之間的電能交換以及電能質(zhì)量治理工作，應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。并且，預(yù)裝式變電站的發(fā)展還帶動(dòng)了相關(guān)制造業(yè)的快速進(jìn)步，推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，已成為輸配電行業(yè)中變電站的重要組成部分和有益補(bǔ)充，在未來(lái)電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展中，必將發(fā)揮更加重要的作用，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供有力支撐。
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