单管式柱上变压器在海南滨海城市中的应用
中国电建集团海南电力设计研究院有限公司的研究人员卞在平、陈元琦等，在2019年第2期《电气技术》杂志上撰文指出，随着城市电力负荷的快速增长及供电范围的不断扩大，为了满足用电量逐年大幅增长的要求，在现有配电电压等级情况下，新增配电变压器是解决电力供给侧问题的有效途径。由于滨海城市商品街区位置受限及商户协调困难等方面原因，给配电变压器的新增布点带来了巨大困难。
为此，本文提出在滨海城市因地制宜地采用单管式柱上变压器，其最大的特点是变压器和综合配电箱安装于同根钢管上，极大地节省了城市占地面积，并通过与传统台架变压器、箱式变压器不同方面的对比及实例分析，证明该变压器安装形式在海南滨海城市的应用是切实可行的。
随着海南自由贸易区的稳步推进，三亚作为国际滨海旅游城市，其灵活可靠的终端配电建设显得尤为重要。为了满足日益旺盛的电力需求，解决不断扩大的供电范围问题，在现有配电电压等级情况下，合理增加新变压器是一种十分有效的途径。
目前，三亚商品街土地资源紧缺且空间线路走廊狭窄，低压变压器的安装形式分为台架变压器和箱式变压器。其中，台架变压器采用双水泥杆安装形式，其配电箱和变压器分上、下层安装，其占地空间较大，需要对周围绿色植物进行砍伐从而降低安全隐患，而箱式变压器包括箱体和基础两大部分，整体占地面积较大，易造成铺面视角不足的影响。在商铺密集、线路走廊受限的街区，传统的台架变压器和箱式变压器的安装形式显然不符合美丽城市的要求。
为了兼顾居民用电需求和市容市貌，本文提出在滨海城市商品街区采用单管式柱上变压器，对3种配变形式进行对比，并以三亚某商品街区采用单管式柱上变压器为例，进行经济效益分析，证明该配变形式在滨海城市应用是切实可行的，为其在城市商品街区的推广提供一定的参考价值。
1 变压器形式
1）台架变压器
台架变压器（以下简称台架变）主要包括变压器、综合配电箱、台架、双水泥杆等材料。变压器安装在双水泥杆中间，利用变压器台担支撑，容量一般为50～500kVA。水泥杆的高度一般为12m或15m，变压器台架的综合配电箱横担底部对地距离不应小于1.9m，即对地净空距离为1.9m。
2）箱式变压器
箱式变压器（以下简称箱变）主要由变压器、高低压电压控制设备及基础构成，其中变压器集中在箱式壳体中，容量一般为315～800kVA，主要应用于城市居民生活区地段，但现浇混凝土基础施工需要占用较大的施工场地，会给城市环境、居民生活、交通带来一定的影响。
3）单管式柱上变压器
单管式柱上变压器（以下简称钢管变）即将单根钢管替换台架变的双水泥杆，变压器和综合配电箱安装于同根台担，隔离开关、避雷器或断路器安装于钢管顶部，整体结构紧凑，钢管底部需基础支撑，变压器的容量一般为50～500kVA。
2 配变形式的对比分析
针对滨海城市商品街区商铺楼房密集的特点，本文将通过占地空间、抗台风能力、材料、工期等4个方面，对台架变、箱变、钢管变这3种配变形式进行对比。
2.1 占地空间
台架变以双水泥杆为主，其根开（电杆根开为在平面上杆与杆的中心间距）一般为2.85m，高度接近3层楼；美式箱变长度可达到3m，不可避免地遮挡住部分铺面，从而影响视觉。3种变压器形式的占地空间如图1至图3所示。
图1 台架变占地空间
台架变、箱变占地空间大，不利于在狭窄街道新增布点。钢管变与台架变最主要的区别在于变压器和配电箱水平安装于同根台担，极大节省了占地面积，且整体高度约为5.5m，明显小于水泥杆，避免了街道边绿色植物的砍伐，对美丽城市的绿化起到一定的作用。同时变压器距离地面约为2.5m，从而降低对铺面的视角影响，有利于解决城市商品街区配电变压器的布点难问题。
图2 箱变占地空间
图3 钢管变占地空间
2.2 抗台风能力
海南省沿海地区为台风高发地区，而台风经常使得滨海城市饱受摧残，尤其是中低压配电网中的用电设备遭到严重破坏。利用普通水泥杆的台架变，由于电杆及设备高度的增加，增大了风压面积和风压高度系数，对电杆强度提出更高的要求，台架变采用高强度电杆造价高，经济性较差，因此对台风登陆地区，老旧水泥杆容易受到强台风的摧残，造成水泥杆断裂等严重灾害，如图4所示。
图4 受台风摧残的水泥杆
钢管杆高度及设备安装高度较低，整体风压面积小，其底部通过地脚螺栓与基础相连接，同时满足强度和抗倾覆的要求，运行安全可靠，抗风能力较强。
2.3 材料
针对电缆上下杆情况，台架变需要开列电缆保护套管，而钢管变的高低压电缆均可从钢管内部直接穿越接至变压器和配电箱，分别如图5和图6所示。
图5 电缆穿过保护管
图6 电缆穿过钢管杆
相同条件下，电缆上、下杆长度取决于电杆高度。由于钢管变只有单根钢管，高度小于台架水泥杆，且变压器和综合配电箱均安装于同根台担，故台架变的电杆、电缆、横担等材料的数量近似为钢管变材料的两倍。因此，安装钢管变可在一定程度上节省电缆及相关材料的用量。
2.4 工期
常见台架变的单根水泥杆重量大于1t，箱变整体重量更是大于水泥杆，需要使用大型货车及吊车对上述两种变压器形式进行运输及安装。钢管杆重量约480kg，远小于水泥杆和箱变，在重量方面具有不可比拟的优势，能一定程度地减少人力物力的投入，也为设备的运输及安装提供了极大便利。
一般来讲，箱变的基础应比箱体外观尺寸略大，即四周多出0.8～1m，而钢管变的基础一般为台阶基础，整体尺寸较小。
综上所述，钢管变运输方便，安装简便，相比于箱变基础其施工难度和施工时间相应减少，施工期间可在一定程度上降低对周围居民生活的影响，有利于缩短整个工程的工期。
3 经济效益分析
根据《20kV及以下配电网工程定额和费用计算规定》，在变压器容量为500kVA的相同条件下，台架变、箱变、钢管变3种配变形式的投资对比见表1。
表1 投资对比表
表1中“本体工程费”用包括设备购置费、建筑工程费及安装工程费。“其他费用”包括建设场地征用及清理费、项目建设管理费、项目建设技术服务费、生产准备费。“静态投资”为本体工程费、其他费用、基本预备费的总和。而“总投资”为“静态投资”与“建设期贷款”利息之和。
在配变容量相同的情况下，台架变的本体工程为271元/kVA，箱变的本体工程为439元/kVA，钢管变的本体工程为243元/kVA。在静态投资方面，钢管变为282元/kVA，在3种配变形式中最低。在总投资方面，箱变总投资最大，台架变次之，钢管变最小。综合钢管变的社会效益和经济效益，采用钢管变更为合理。
本文以三亚某商品街区实际工程为例，证明钢管变在滨海城市应用的切实可行性。该工程新建S13-500kVA单管式柱上变压器一台，高压线路路径总长0.07km，其中：采用穿管直埋敷设ZRC-YJV22- 8.7/15kV-3×70mm2电缆0.07km；低压线路敷设ZRC- YJV22-0.6/1kV-4×240mm2电缆0.085km；新建一进三出壁挂式电缆分接箱3台。
本工程建成后，根据测算结果，单位电量分摊金额45.556元/MW·h（含税）。总投资内部收益率为11.6%，总投资投资回收期为7.6年。本项目具有一定的财务抗风险能力，且建设条件良好，财务指标满足要求，社会效益和经济效益显著。
本文针对滨海城市商品街区商铺楼房密集、用电量逐年增大的特点，提出了在人口流动较大的街道采用钢管变的方案，区别于传统台架变，钢管变最大的特点是变压器和综合配电箱被安装于同根钢管，极大地节省了占地面积，解决了因城市电力线路通道受限、商户协调导致的新增布点难的问题。
通过与传统台架变和箱变在占地面积、抗台风能力、材料、工期4个方面的对比可知，钢管变不仅可以满足商品街用户负荷迅速增长的需求，而且使其在滨海城市中电力线路通道受限的商品街区得到更广泛的应用。