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(jiǎn)稱箱變，它是將變壓器、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備、內(nèi)部接線（電纜、母排等）、計(jì)量、補(bǔ)償、避雷器等設(shè)備配置于一個(gè)公用外殼---箱體內(nèi)，并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)型式試驗(yàn)的成套電器設(shè)備。

因具有獨(dú)特的功能優(yōu)點(diǎn)，受到世界各國(guó)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(jì)的功能也隨著科技的步伐越來(lái)越強(qiáng)，新材料、新工藝的應(yīng)用也日趨成熟，具有特強(qiáng)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(wèn)題、擴(kuò)容問(wèn)題、檢修問(wèn)題、安全問(wèn)題等等方面，特別是在安全問(wèn)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(jì)上存在一定的功能性缺陷，雖然一般在型式試驗(yàn)時(shí)因?yàn)閷?duì)樣機(jī)進(jìn)行特殊加工過(guò)后能馬虎過(guò)關(guān)。

此外，箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(wèn)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(shí)際使用過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)，雨天剛過(guò)后就打開(kāi)箱變外門(mén)，可明顯地發(fā)現(xiàn)門(mén)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?cè)谑褂?～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(shí)例照片如下：

明顯的進(jìn)水水跡現(xiàn)象

長(zhǎng)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(shí)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(jì)對(duì)于減小及至避免電氣事故的發(fā)生、增長(zhǎng)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(diǎn)

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

上個(gè)世紀(jì)九十年代以前，由于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還沒(méi)有汽車行業(yè)內(nèi)使用的小9型門(mén)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(jì)技術(shù)落后，所以，當(dāng)時(shí)箱變門(mén)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(mén)框內(nèi)頁(yè)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(shí)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(mén)關(guān)閉時(shí)，不存在壓縮狀態(tài)，最多只起到減小門(mén)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(wèn)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(mén)縫嵌條，按理說(shuō)，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(mén)板關(guān)閉時(shí)，保證使得嵌條的內(nèi)腔空隙有一定的壓縮變形，與門(mén)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(jiàn)圖1和圖2。但是，事實(shí)上這種結(jié)構(gòu)無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，其實(shí)際存在的缺點(diǎn)有：

（1）因?yàn)橛捎趯?shí)用價(jià)值、使用特征、制造成本等原因，決定了箱變的門(mén)板不可能采用像汽車門(mén)一樣進(jìn)行整體的模具壓制技術(shù)，并實(shí)施有效的加強(qiáng)加工工藝，制成一個(gè)剛性，硬性、平整挺刮的門(mén)板，也就是說(shuō)，箱變門(mén)板在剛性，硬性、平整挺刮等方面是不能與汽車的車門(mén)相比的，是不佳的，這就決定了在其關(guān)閉時(shí)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)與汽車門(mén)一樣的密封性的。因此不能起到真正的防雨功能。

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

（3）雨水會(huì)長(zhǎng)期積存在門(mén)縫間隙內(nèi)和圍板及門(mén)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(jì)思路

新型箱體在防雨功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(mén)頂板表面流向門(mén)板表面和地面的雨水進(jìn)入門(mén)縫的間隙和圍板或門(mén)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?cè)诶碚撛O(shè)計(jì)時(shí)，門(mén)板與門(mén)框之間的間隙一般設(shè)計(jì)成4mm以下。大家都知道，雨水在無(wú)風(fēng)時(shí)是垂直向下做自由落體運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)有風(fēng)時(shí)，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(mén)縫的直縫重合的機(jī)率是基本不存在的，所以，門(mén)板的直縫不必特別考慮其防雨水的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮門(mén)頂橫縫上的防雨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可。

我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，從嚴(yán)密的角度（強(qiáng)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(cè)了流水經(jīng)過(guò)門(mén)縫時(shí)的事實(shí)流動(dòng)線路---對(duì)液體流動(dòng)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(gè)道理，當(dāng)水滴重量集聚到大于其吸引（附）力時(shí)，就下掉了。

具體的雨水運(yùn)動(dòng)方向和水流的流動(dòng)路徑經(jīng)門(mén)頂橫縫上的防雨功能剖析見(jiàn)圖1與圖3所示。

具體的雨水運(yùn)動(dòng)方向和水流的流動(dòng)路徑經(jīng)門(mén)板的下端和圍板的下端的防雨功能剖析見(jiàn)圖2與圖4所示。

圖1 箱體門(mén)板橫縫的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖2 箱體圍板及門(mén)板底部的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖3 新型箱體門(mén)板橫縫的防雨功能結(jié)構(gòu)

圖4 新型箱體圍板及門(mén)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(huì)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(jì)結(jié)構(gòu)的特性，將新型箱體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖示例于圖5至圖12，將改進(jìn)前典型箱體機(jī)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?qǐng)D5至圖20，箱體結(jié)構(gòu)包括圍板1、左門(mén)板2、門(mén)鎖裝置3、頂蓋4、門(mén)頂板裝置5、右門(mén)板6、門(mén)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(mén)下檔12。

新型箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要在于門(mén)頂板裝置5結(jié)構(gòu)、左門(mén)板2和右門(mén)板6結(jié)構(gòu)、圍板1和左門(mén)板2和/或右門(mén)板6與底架8間的組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

門(mén)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(guò)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(mén)板的接近部位與直角處均約20mm的地方通過(guò)兩個(gè)45度向里折彎來(lái)代替原來(lái)的90度彎所形成的門(mén)框凸頁(yè)，而另一張外貼的板直接延伸至門(mén)縫的間隙位置，這樣通過(guò)組合后，形成一個(gè)有一定截面約20mm×20mm的三角形空腔。

左門(mén)板2和右門(mén)板6的上端與門(mén)頂板裝置5接近處，同樣把改進(jìn)前箱體通過(guò)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(gè)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(mén)板與頂面板裝置5的間隙內(nèi)，直向下流入地面，見(jiàn)圖1和圖3的對(duì)比圖示例。

同樣，把圍板1、左門(mén)板2和右門(mén)板6與底架之間的接合方式將改進(jìn)前箱體通過(guò)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(guò)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(mén)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(jiàn)圖2和圖4的對(duì)比圖示例。

新型箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)雨水和水流不會(huì)進(jìn)入箱體的門(mén)縫的間隙內(nèi)，也不會(huì)進(jìn)入箱體的圍板與箱體的底架間的縫隙和箱體的門(mén)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(zhǎng)期積存于箱體間隙和縫隙內(nèi)引起的或者說(shuō)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(mén)板的安裝要求簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)。缺點(diǎn)是：極小量增加幾枚螺釘?shù)炔牧腺M(fèi)和多幾刀工藝折彎所需的工時(shí)費(fèi)等只有幾元錢(qián)/每套的費(fèi)用。

結(jié)論

新型箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(yùn)行必須考慮的安全問(wèn)題，同時(shí)增強(qiáng)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(jì)”，作者為張啟蒙、呂達(dá) 等。