預(yù)裝式變電站，又稱戶外成套變電站、箱式變電站、組合式變電站，簡稱箱變，它是將變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、內(nèi)部接線（電纜、母排等）、計量、補償、避雷器等設(shè)備配置于一個公用外殼---箱體內(nèi)，并按國家標(biāo)準(zhǔn)通過型式試驗的成套電器設(shè)備。

因具有獨特的功能優(yōu)點，受到世界各國電力工作者重視，在配電領(lǐng)域中占有較重要的地位，在城市電網(wǎng)建設(shè)改造工程中，已被廣泛應(yīng)用，其電氣設(shè)計的功能也隨著科技的步伐越來越強，新材料、新工藝的應(yīng)用也日趨成熟，具有特強防銹性能的鋁合金箱體、非金屬彩鋼板箱體、滿足環(huán)保要求的非金屬水泥箱體等結(jié)構(gòu)的箱變也不斷的涌現(xiàn)。

然而，其在防火問題、擴容問題、檢修問題、安全問題等等方面，特別是在安全問題上還存在著嚴(yán)重的功能不足。主要表現(xiàn)在箱體在防雨功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計上存在一定的功能性缺陷，雖然一般在型式試驗時因為對樣機進(jìn)行特殊加工過后能馬虎過關(guān)。

此外，箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的防雨功能的好壞也將直接影響箱變的使用壽命，經(jīng)調(diào)核，至少不小于80%的箱變的電氣事故及設(shè)備因腐蝕問題而使設(shè)備的使用壽命達(dá)不到預(yù)期的是因箱變箱體的防雨功能弱而造成的。

在實際使用過程中，不難發(fā)現(xiàn)，雨天剛過后就打開箱變外門，可明顯地發(fā)現(xiàn)門內(nèi)、箱變底板都積存大量的水跡，甚至水流和水蕩等；內(nèi)部結(jié)構(gòu)金屬件，特別是箱變的底板、底架等，因雨濕而生銹腐蝕現(xiàn)象也較嚴(yán)重，更嚴(yán)重的是箱變在使用2～3年后就發(fā)現(xiàn)底板和圍板的底部已污蝕至輕則銹跡斑斑，重則污蝕至穿孔的現(xiàn)象。典型的實例照片如下：

明顯的進(jìn)水水跡現(xiàn)象

長期進(jìn)水引起的腐蝕現(xiàn)象

潮氣太重引起的觸座發(fā)銅綠現(xiàn)象

潮氣太重引起的生銹現(xiàn)象

雨水積存在縫隙里造成的腐蝕1

雨水積存在縫隙里造成的腐蝕2

雨水積存在縫隙里造成的腐蝕3

凝露潮濕引起的相間擊穿

因此實施箱變箱體防雨功能的論證、探討和結(jié)構(gòu)性的重新設(shè)計對于減小及至避免電氣事故的發(fā)生、增長設(shè)備的使用壽命等有著重要意義。

箱體的防雨功能結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及其缺點

目前箱變箱體在防雨功能的設(shè)計上主要有以下幾類的結(jié)構(gòu)特征和改進(jìn)設(shè)計的經(jīng)過事例：

上個世紀(jì)九十年代以前，由于國內(nèi)市場上還沒有汽車行業(yè)內(nèi)使用的小9型門縫嵌條及玻璃膠等現(xiàn)代密封膠產(chǎn)品，箱變的生產(chǎn)制造企業(yè)不是很多，企業(yè)的規(guī)模一般都是以一些小型企業(yè)為主，生產(chǎn)技術(shù)裝備差，設(shè)計技術(shù)落后，所以，當(dāng)時箱變門縫的防雨功能一般都是采用橡膠條帶用百德膠膠水粘貼于門框內(nèi)頁上的。

有良好工藝水平的企業(yè)，還能加用一些螺釘固定。這時箱變的防雨功能是不可想象的，其橡膠條帶一般都是很硬的，在門關(guān)閉時，不存在壓縮狀態(tài)，最多只起到減小門縫間隙，只能是降低雨水及水流浸入箱變內(nèi)腔而已，且其橡膠條帶由于膠水粘性及粘力壽命問題很容易脫落。

直至九十年代以后，工藝的改進(jìn)，新工藝，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，才逐步采用現(xiàn)在的小9型或D型汽車門縫嵌條，按理說，利用這嵌條的內(nèi)腔空隙，確保嵌條有很大的欲度彈性，在門板關(guān)閉時，保證使得嵌條的內(nèi)腔空隙有一定的壓縮變形，與門框側(cè)面間形成致密狀，可有效的避免雨水及灰塵進(jìn)入。

典型的理想的防雨功能結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖見圖1和圖2。但是，事實上這種結(jié)構(gòu)無法達(dá)到預(yù)期的效果，其實際存在的缺點有：

（1）因為由于實用價值、使用特征、制造成本等原因，決定了箱變的門板不可能采用像汽車門一樣進(jìn)行整體的模具壓制技術(shù)，并實施有效的加強加工工藝，制成一個剛性，硬性、平整挺刮的門板，也就是說，箱變門板在剛性，硬性、平整挺刮等方面是不能與汽車的車門相比的，是不佳的，這就決定了在其關(guān)閉時是無法實現(xiàn)與汽車門一樣的密封性的。因此不能起到真正的防雨功能。

（2）在門板關(guān)閉時，必須確保嵌條有一定的壓縮變形量，與門框側(cè)面間形成致密狀，方可有效的避免雨水，因此，門板關(guān)閉和開啟的難度大、不靈活，也就是工藝難度大、要求高。

（3）雨水會長期積存在門縫間隙內(nèi)和圍板及門板與底座的間隙內(nèi)，從而引起加速箱體的銹蝕，箱變的使用壽命就得不到預(yù)期。

一種新型的箱體防雨功能結(jié)構(gòu)

1 設(shè)計思路

新型箱體在防雨功能結(jié)構(gòu)設(shè)計原理上的主要思路是：不使得淋打在箱殼側(cè)面板、圍板上的雨水及自上而下在門頂板表面流向門板表面和地面的雨水進(jìn)入門縫的間隙和圍板或門板與箱體底架間的縫隙內(nèi)，以至達(dá)到防雨水進(jìn)入箱體內(nèi)腔的功能要求。

我們在理論設(shè)計時，門板與門框之間的間隙一般設(shè)計成4mm以下。大家都知道，雨水在無風(fēng)時是垂直向下做自由落體運動的，當(dāng)有風(fēng)時，就做斜線下落，而傾斜的相位和斜度是隨風(fēng)向和風(fēng)力的，按自然規(guī)律，傾斜的雨水方向與門縫的直縫重合的機率是基本不存在的，所以，門板的直縫不必特別考慮其防雨水的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要考慮門頂橫縫上的防雨結(jié)構(gòu)設(shè)計就可。

我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，從嚴(yán)密的角度（強風(fēng)狀態(tài)下）考慮，規(guī)定雨水傾斜的角度為與水平線成30度。另外還觀測了流水經(jīng)過門縫時的事實流動線路---對液體流動特征進(jìn)行剖析：物體分子之間有一種相互吸引力的作用，小水滴能在垂直的板面上粘接而不下掉，就是這個道理，當(dāng)水滴重量集聚到大于其吸引（附）力時，就下掉了。

具體的雨水運動方向和水流的流動路徑經(jīng)門頂橫縫上的防雨功能剖析見圖1與圖3所示。

具體的雨水運動方向和水流的流動路徑經(jīng)門板的下端和圍板的下端的防雨功能剖析見圖2與圖4所示。

圖1 箱體門板橫縫的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖2 箱體圍板及門板底部的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖3 新型箱體門板橫縫的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖4 新型箱體圍板及門板底部的防雨功能

注：圖1至圖表示的水流路徑是在水的流量不是特別大的情況下，由于物體之間具有吸應(yīng)（附）力的作用下所產(chǎn)生的現(xiàn)象，當(dāng)水流量達(dá)到一定值后，水流的方向會基本處于垂直向下的狀態(tài)。

2 結(jié)構(gòu)性能分析

為了能更透徹地了解新型箱體設(shè)計結(jié)構(gòu)的特性，將新型箱體機械結(jié)構(gòu)圖示例于圖5至圖12，將改進(jìn)前典型箱體機械結(jié)構(gòu)圖示例于圖13至圖20。

圖5-7

圖8 示意圖Ⅰ處的放大圖

圖9 示意圖Ⅱ處的放大圖

圖10 示意圖Ⅲ處的放大圖

圖11 示意圖Ⅳ處的方法圖

圖12 示意圖Ⅴ處的放大圖

圖13-15

圖16 示意圖Ⅰ處的放大圖

圖17 示意圖Ⅱ處的放大圖

圖18 示意圖Ⅲ處的放大圖

圖19 示意圖IV處的放大圖

圖20 示意圖V處的放大圖

參照圖5至圖20，箱體結(jié)構(gòu)包括圍板1、左門板2、門鎖裝置3、頂蓋4、門頂板裝置5、右門板6、門鉸鏈7、底架8、頂支架9、小9型或D型密封嵌條10、底封板11、門下檔12。

新型箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要在于門頂板裝置5結(jié)構(gòu)、左門板2和右門板6結(jié)構(gòu)、圍板1和左門板2和/或右門板6與底架8間的組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計改進(jìn)來實現(xiàn)的：

門頂板裝置5由改進(jìn)前箱體使用一張金屬板經(jīng)均為通過90度折彎形成的結(jié)構(gòu)改進(jìn)為由兩張金屬板經(jīng)折彎后用鉚釘或螺釘組合而成，其中內(nèi)里的一張板在與門板的接近部位與直角處均約20mm的地方通過兩個45度向里折彎來代替原來的90度彎所形成的門框凸頁，而另一張外貼的板直接延伸至門縫的間隙位置，這樣通過組合后，形成一個有一定截面約20mm×20mm的三角形空腔。

左門板2和右門板6的上端與門頂板裝置5接近處，同樣把改進(jìn)前箱體通過90度折彎形成的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)為與直角間約20mm的范圍內(nèi)向里折成約45度的方式，使得其空出一個有一定截面約20mm×20mm的三角形空腔；這樣所達(dá)到的作用是：從頂面板裝置5上向下流的雨水及所有斜打的雨水等均不可能流入門板與頂面板裝置5的間隙內(nèi)，直向下流入地面，見圖1和圖3的對比圖示例。

同樣，把圍板1、左門板2和右門板6與底架之間的接合方式將改進(jìn)前箱體通過水平面接合的結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)為新型箱體所示的通過垂直面接合的結(jié)構(gòu)形式，所達(dá)到的作用是：所有從圍板1上和門板上的向下流的雨水、所有斜打的雨水等均不可能流入底架平面內(nèi)，直向下流入地面，見圖2和圖4的對比圖示例。

新型箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：

(1)雨水和水流不會進(jìn)入箱體的門縫的間隙內(nèi)，也不會進(jìn)入箱體的圍板與箱體的底架間的縫隙和箱體的門板與箱體的底架間的間隙內(nèi)，確保了防雨的可靠性。

（2）避免了因雨水長期積存于箱體間隙和縫隙內(nèi)引起的或者說加速設(shè)備的生銹、腐蝕現(xiàn)象。

（3）同樣具備小9型或D型密封嵌條所具有的箱體防塵密封功能。

（4）因小9型或D型密封嵌條的使用不需有防雨功能而使得箱體門板的安裝要求簡單、方便、省時。缺點是：極小量增加幾枚螺釘?shù)炔牧腺M和多幾刀工藝折彎所需的工時費等只有幾元錢/每套的費用。

結(jié)論

新型箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)，能確保預(yù)裝式變電站設(shè)備的內(nèi)腔及所有縫隙始終處于干燥狀態(tài)，使得箱變內(nèi)的電氣設(shè)備避免了因污染、潮氣、灰塵等引起的絕緣故障產(chǎn)生的內(nèi)部擊穿電弧等電氣事故的發(fā)生，也就徹底解決了箱變運行必須考慮的安全問題，同時增強了電氣設(shè)備和箱體等的使用壽命。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“預(yù)裝式變電站箱體防雨功能結(jié)構(gòu)設(shè)計”，作者為張啟蒙、呂達(dá) 等。