九十年代以前架空線路像蜘蛛網一樣， 嚴重影響現代城市的美化和環境。
隨著城市的規劃發展和城市電網改造的不斷深入， 架空線被電纜替代進入了地下， 各種高低壓配電設備置於地下， 逐漸成為城網配電改造的一個新方向， 可使城市街景市貌得到改善。
其中， 地下式變壓器是地埋式產品中的一個重要組成部分。 地下式組合變壓器的設計製造成為系統供電品質及安全的關鍵。
地下式變壓器一般安裝在地溝的檢修孔以及小型地坑中。 針對其特殊的運行環境， 其密封防水， 絕緣， 防腐防銹及溫升控制問題是產品設計的關鍵部分。
設計產品的性能一般按國內配電變壓器的最先進水準要求， 設計成S15 型非晶合金鐵心變壓器， S11、S13 型節能環保型變壓器。 在負荷變化大的場合， 可將有載調容調壓變壓器用於地下， 更加節能。
隨著電網的協調發展， 科技和資訊化、自動化、互動化水準的提高， 實現電網智慧化是電網發展的關鍵一步， 變電設備實現智慧控制勢在必行。
地下式變壓器的技術要求和參數
(1)、地坑內的環境溫度
最高環境溫度+55℃
最低環境溫度-10℃
最高月平均溫度+45℃
(2)、安裝環境
無爆炸性、腐蝕性氣體， 安裝地點無劇烈震動衝擊， 變壓器可在地坑或泥土中， 油箱和裸露部分浸沒于水中能長期運行。
(3)、性能參數
產品技術指標:按國家節能產品指標為主。
電壓等級:高壓 6kV、10kV
低壓:0.4kV
額定頻率:50Hz
額定容量:30kVA~1600kVA
(4)、地下式變壓器除應符合GB1094.1~3， GB1094.5， GB/T6451 和JB/T10217 的規定外， 還應滿足以下要求:
1)、密封性良好， 以滿足產品運行的要求。 需進行產品浸水試驗。 水面高於產品最高點至少200mm， 持續時間不少於20h， 之後在水下進行絕緣電阻測量， 外施耐壓和感應耐壓試驗， 試驗要符合JB/T501 的規定。
2)、地下式變壓器運行的環境溫度一般允許比正常環境溫度高10℃， 所以地下式變壓器各部位的溫升限值一般要求比常規產品的相對應國標規定值低10K， 即將油頂層溫升控制在50K， 繞組溫升控制在55K。
3)、地下式變壓器油箱或箱體外部及所有裸露金屬零部件因長期處於惡劣環境， 故這些部件外部應塗以防腐材料或由防腐材料製成，
4)、對地下式變壓器油箱應有機械強度的要求:在50kPa 正壓力下應無損傷及不得出現不允許的永久變形;在100kPa 正壓力下不得出現開裂現象。
5)、安裝地下式變壓器的地坑可根據額定容量的大小， 其四周留有適當空間， 設置排水設施， 坑蓋設置通風及人孔， 以便於散熱和觀察運行情況。
6)、地下組合式變壓器一次系統圖:如圖
地下式變壓器的設計
地下式變壓器器身採用專門配套的低損耗、高效率的S11、S13、S15 型變壓器。
3.1、 鐵心
為適應國家節能減排的需要， 降低變壓器的空載損耗， 能節省大量電能， 為此鐵心均採用新材料， 新工藝。
如非晶合金鐵心(空載損耗較S11 下降70%-80%， 但價格較高， 噪音稍大)及取向晶態冷軋矽鋼片(27QGH100/23ZDKH90/23ZDKH85 低損耗矽鋼片) 捲繞鐵心結構， 疊鐵心採用多級接縫結構。
使鐵心體積減小， 重量減輕， 空載損耗降低， 空載電流下降80%， 噪音下降10dB 以上， 繞組導線重量減少， 變壓器體積減小， 設計時， 儘量降低變壓器的高度， 相應減少地坑的容積。
3.2 、繞組
容量< 315KVA 時， 高低壓繞組採用銅線一體繞制的長圓形線圈;容量315KVA-1600KVA 時，
絕緣耐熱等級為B 級， 具備較大的溫升裕度。 地下式變壓器完全滿足國家標準和機械行業專業標準所規定的要求。
設計時銅線和銅箔， 均採用無氧銅材質， 負載損耗有很大程度的降低， 所以發熱量低， 超載能力強， 允許超載2倍2個小時， 超載1.6 倍7個小時， 而不會影響變壓器的工作壽命。
3.3 高壓側保護
由一次系統圖可看出， 高壓側保護採用美式箱變的保護方式。
在技術設計上， 保護元件選用性能可靠、結構先進的油浸式負荷開關、串聯兩級熔斷器作為地下式變壓器高壓側保護， 兩級熔斷器分別為插入式熔斷器和後備熔斷器， 降低了運行成本及提高故障時的保護能力。
插入式熔斷器為雙敏(溫度、電流)熔斷器，在變壓器低壓側發生短路故障、過負荷及油溫過高時熔斷。後備保護熔斷器用以斷開變壓器內部短路電流，主要是在高壓側繞組發生短路故障時保護變壓器。
根據使用者需要，也可設計成沒有輔助保護設備的地下式變壓器，其結構簡單，價格低廉。
3.4、高低壓出線
地下式變壓器高低壓一般均為電纜進出線，採用防水全密封、全絕緣、全遮罩的接線方式，保證了整台變壓器無帶電部分裸露，實現零絕緣距離。
高壓使用一體式套管座和插拔式電纜接頭進線，電纜接線與電纜用熱縮管進行全密封全絕緣連接緊密，不松脫。
低壓出線端子使用低壓電纜套管(低壓密封引線裝置)。容量≥ 630KVA 時，底座用升高座，電纜用船用電纜密封件模組，全密封。
以上裝置安裝方便，耐腐蝕，耐老化，免維護，設備在水中浸泡24 小時仍能正常供電，運行安全可靠。
其它各電器元件在箱蓋固定後，在箱蓋頂部加裝一個金屬密封盒，將它們封裝其中。
3.5、絕緣結構的設計
絕緣全部採用H 級絕緣材料，主絕緣採用H、F 級絕緣材料，增強了絕緣強度，絕緣油選用高燃點β 油，安全防火，增強過負荷能力，但此種設計價格昂貴。根據使用者需要，可選用A 級或B 級的混合耐熱絕緣材料，以降低變壓器的成本。
3.6、箱體
箱體防護等級一般按GB4208 達到IP68 要求，即產品安裝於地面以下，在浸沒水中一段時間正常運行。採用全密封油箱，箱沿與箱蓋間用耐油軟木橡膠膠排密封。
由於地下式變壓器的所有操作均在頂部進行，所以操作面板置於油箱的頂部，元件在箱蓋上的佈置圖，見下圖所示。
油箱採用較高機械強度的鋼板焊接，組焊完成後，進行噴丸處理，按產品標準進行油箱的整體密封試驗。
散熱器採用厚鋼板組焊結構，大大提高箱體的防滲漏能力，最後進行噴漆、噴塑等防腐材料處理，防腐、防水、防潮性能好。
3.7、溫升與散熱
地下式變壓器深埋於地下或置於地坑中，在運行過程中，產生的損耗-熱量-散熱過程是不可避免的。
採用平板油箱及平板散熱器，表面採用深色面漆，以增強輻射，這樣有利於熱油迴圈。通過變壓器上的測溫裝置和地坑中的熱電偶傳遞信號。
在燈箱外殼中的風機，可以自動對地坑基礎內進行排風和送風來降低整個系統的溫度。使各部位的溫升限值比常規產品的相對應國標規定值低10K，可使其在使用壽命週期內無溫升故障。
3.8、LED 顯示器及廣告燈箱式的戶外開關設備LED 顯示器及廣告式燈箱是適應我國多樣市場需要的一個創造性產品，不僅美化周圍環境。
而且可以內置低壓配電櫃和小型化的高壓開關櫃，使配電解決方案靈活多樣化，地下式變壓器容量大型化。廣告式燈箱直接安裝在地下式變壓器上方，形成一體式的地下組合變壓器。結構特點如下:
(1)、開關設備的保護外殼採用廣告燈箱式結構，燈箱外殼的兩門可全角度打開，且有彈簧支撐定位，便於開關設備的操作和維護。
(2)、燈箱外殼的兩面為廣告板，採用體積小、光源均勻的LED 發光元件，LED 燈使廣告板與周圍環境和諧統一。
增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環保的要求。實現經濟效益和社會效益雙豐收。
(3)、廣告燈箱與開關設備的門鎖獨立設置，燈箱維護不影響開關設備運行。
(4)、燈箱外殼設有聲光報警裝置，受到外界破壞，可發出報警信號。
(5)、開關設備採用雙層門結構，防護等級達到IP34，第二層為儀錶門，確保燈箱式外殼被破壞以後，低壓櫃仍然達到一個完整獨立的戶外低壓產品的保護水準，低壓電量就地顯示和遠端抄表。
油浸地下式組合變壓器結構
智慧型地下式組合變壓器原理框圖
智慧型地下式變壓器的組成及特點
該產品將內置或外置於變壓器本體的感測器和控制器及變壓器智慧元件，與現代移動通訊技術與電腦技術結合，形成了機電一體化的智慧產品-智慧型地下式組合變壓器。其工作原理如圖4 所示。
10kV 配電變電站是電力網絡的節點，它將電壓10kV變為0.4kV，彙集電流，分配電能。將現代電子技術融入其中，採用高精度的A/D 採樣器件，高性能的32 位或64 位元DSP 處理器，系統具備以下功能:
(1)、線上檢測功能
地下組合式箱變內置GPRS 通訊模組以及通訊介面RS232,RS485 和USB 介面，可對控制器遠端或就地設置參數和讀取資料。能夠接收主站下發的對時命令，具有遠端線上升級終端應用程式功能。
採用無線網路技術的地下式變壓器綜合操控裝置，多功能電力儀錶(NZ194E-9SY), 向控制中心或設備管理人員即時報告地下式組合變壓器和低壓設備的運行狀況。
如輸出電流、電壓、變壓器油頂層溫度，地坑溫度、用電量、負荷情況、坑內積水水位(地坑底部設置有集水池。
並安裝有三位置液位元控制儀，高位時報警，切斷負荷開關，使變壓器退出運行，中位聲光報警，低位時啟動潛水泵。)等，還可以實現遙遠控制以及對高壓負荷開關實行電動操作，從而實現真正的"三遙"。
(2)、故障控制
主要對過負荷控制、斷電控制、缺相欠壓、過電壓、油頂層溫度控制等。
(3)、防盜、防竊電功能
當變壓器及母線被盜時發出信號遠端報警。計量裝置被竊電者打開時，發出報警信號。
(4)、遠端抄表、付費率管理功能
利用GSM 移動通訊網路，用手機或電腦對遠方的電能表進行讀取資料，並能實現預付費和複費率管理。預付費管理可解決電費拖欠問題。
複費率管理是通過後臺電腦的一個指令實現的，它可同時改變所在運行表的時段及費率。該功能能使供電方與用戶互動，隨時查詢供電品質情況及電費餘額。
(5)、對時功能
就地可以通過人機界面選擇時間整定功能表修改系統的時間，遠方通過通訊網路實現對時功能。
(6)、後臺監控管理功能
有後臺管理軟體(SCADA)實現。該系統監控軟體與智慧型地下式組合變壓器配套可對其進行監控記錄及預付費和複費率用電管理。
該軟體還具有使用者資訊管理，變壓器運行維護檔案管理，工作情況記錄以及查詢、報警、遠端抄表等功能。供電部門利用網路能有效控制各智慧配電變電站。
插入式熔斷器為雙敏(溫度、電流)熔斷器，在變壓器低壓側發生短路故障、過負荷及油溫過高時熔斷。後備保護熔斷器用以斷開變壓器內部短路電流，主要是在高壓側繞組發生短路故障時保護變壓器。
根據使用者需要，也可設計成沒有輔助保護設備的地下式變壓器，其結構簡單，價格低廉。
3.4、高低壓出線
地下式變壓器高低壓一般均為電纜進出線，採用防水全密封、全絕緣、全遮罩的接線方式，保證了整台變壓器無帶電部分裸露，實現零絕緣距離。
高壓使用一體式套管座和插拔式電纜接頭進線，電纜接線與電纜用熱縮管進行全密封全絕緣連接緊密，不松脫。
低壓出線端子使用低壓電纜套管(低壓密封引線裝置)。容量≥ 630KVA 時，底座用升高座，電纜用船用電纜密封件模組，全密封。
以上裝置安裝方便，耐腐蝕，耐老化，免維護，設備在水中浸泡24 小時仍能正常供電，運行安全可靠。
其它各電器元件在箱蓋固定後，在箱蓋頂部加裝一個金屬密封盒，將它們封裝其中。
3.5、絕緣結構的設計
絕緣全部採用H 級絕緣材料，主絕緣採用H、F 級絕緣材料，增強了絕緣強度，絕緣油選用高燃點β 油，安全防火，增強過負荷能力，但此種設計價格昂貴。根據使用者需要，可選用A 級或B 級的混合耐熱絕緣材料，以降低變壓器的成本。
3.6、箱體
箱體防護等級一般按GB4208 達到IP68 要求，即產品安裝於地面以下，在浸沒水中一段時間正常運行。採用全密封油箱，箱沿與箱蓋間用耐油軟木橡膠膠排密封。
由於地下式變壓器的所有操作均在頂部進行，所以操作面板置於油箱的頂部，元件在箱蓋上的佈置圖，見下圖所示。
油箱採用較高機械強度的鋼板焊接，組焊完成後，進行噴丸處理，按產品標準進行油箱的整體密封試驗。
散熱器採用厚鋼板組焊結構，大大提高箱體的防滲漏能力，最後進行噴漆、噴塑等防腐材料處理，防腐、防水、防潮性能好。
3.7、溫升與散熱
地下式變壓器深埋於地下或置於地坑中，在運行過程中，產生的損耗-熱量-散熱過程是不可避免的。
採用平板油箱及平板散熱器，表面採用深色面漆，以增強輻射，這樣有利於熱油迴圈。通過變壓器上的測溫裝置和地坑中的熱電偶傳遞信號。
在燈箱外殼中的風機，可以自動對地坑基礎內進行排風和送風來降低整個系統的溫度。使各部位的溫升限值比常規產品的相對應國標規定值低10K，可使其在使用壽命週期內無溫升故障。
3.8、LED 顯示器及廣告燈箱式的戶外開關設備LED 顯示器及廣告式燈箱是適應我國多樣市場需要的一個創造性產品，不僅美化周圍環境。
而且可以內置低壓配電櫃和小型化的高壓開關櫃，使配電解決方案靈活多樣化，地下式變壓器容量大型化。廣告式燈箱直接安裝在地下式變壓器上方，形成一體式的地下組合變壓器。結構特點如下:
(1)、開關設備的保護外殼採用廣告燈箱式結構，燈箱外殼的兩門可全角度打開，且有彈簧支撐定位，便於開關設備的操作和維護。
(2)、燈箱外殼的兩面為廣告板，採用體積小、光源均勻的LED 發光元件，LED 燈使廣告板與周圍環境和諧統一。
增光添彩，減少了變壓器的噪音排放和電磁波的輻射排放，達到了節能環保的要求。實現經濟效益和社會效益雙豐收。
(3)、廣告燈箱與開關設備的門鎖獨立設置，燈箱維護不影響開關設備運行。
(4)、燈箱外殼設有聲光報警裝置，受到外界破壞，可發出報警信號。
(5)、開關設備採用雙層門結構，防護等級達到IP34，第二層為儀錶門，確保燈箱式外殼被破壞以後，低壓櫃仍然達到一個完整獨立的戶外低壓產品的保護水準，低壓電量就地顯示和遠端抄表。
油浸地下式組合變壓器結構
智慧型地下式組合變壓器原理框圖
智慧型地下式變壓器的組成及特點
該產品將內置或外置於變壓器本體的感測器和控制器及變壓器智慧元件，與現代移動通訊技術與電腦技術結合，形成了機電一體化的智慧產品-智慧型地下式組合變壓器。其工作原理如圖4 所示。
10kV 配電變電站是電力網絡的節點，它將電壓10kV變為0.4kV，彙集電流，分配電能。將現代電子技術融入其中，採用高精度的A/D 採樣器件，高性能的32 位或64 位元DSP 處理器，系統具備以下功能:
(1)、線上檢測功能
地下組合式箱變內置GPRS 通訊模組以及通訊介面RS232,RS485 和USB 介面，可對控制器遠端或就地設置參數和讀取資料。能夠接收主站下發的對時命令，具有遠端線上升級終端應用程式功能。
採用無線網路技術的地下式變壓器綜合操控裝置，多功能電力儀錶(NZ194E-9SY), 向控制中心或設備管理人員即時報告地下式組合變壓器和低壓設備的運行狀況。
如輸出電流、電壓、變壓器油頂層溫度，地坑溫度、用電量、負荷情況、坑內積水水位(地坑底部設置有集水池。
並安裝有三位置液位元控制儀，高位時報警，切斷負荷開關，使變壓器退出運行，中位聲光報警，低位時啟動潛水泵。)等，還可以實現遙遠控制以及對高壓負荷開關實行電動操作，從而實現真正的"三遙"。
(2)、故障控制
主要對過負荷控制、斷電控制、缺相欠壓、過電壓、油頂層溫度控制等。
(3)、防盜、防竊電功能
當變壓器及母線被盜時發出信號遠端報警。計量裝置被竊電者打開時，發出報警信號。
(4)、遠端抄表、付費率管理功能
利用GSM 移動通訊網路，用手機或電腦對遠方的電能表進行讀取資料，並能實現預付費和複費率管理。預付費管理可解決電費拖欠問題。
複費率管理是通過後臺電腦的一個指令實現的，它可同時改變所在運行表的時段及費率。該功能能使供電方與用戶互動，隨時查詢供電品質情況及電費餘額。
(5)、對時功能
就地可以通過人機界面選擇時間整定功能表修改系統的時間，遠方通過通訊網路實現對時功能。
(6)、後臺監控管理功能
有後臺管理軟體(SCADA)實現。該系統監控軟體與智慧型地下式組合變壓器配套可對其進行監控記錄及預付費和複費率用電管理。
該軟體還具有使用者資訊管理，變壓器運行維護檔案管理，工作情況記錄以及查詢、報警、遠端抄表等功能。供電部門利用網路能有效控制各智慧配電變電站。