對10kV變配電所設(shè)計的分析

季明里

【摘 要】電力作為經(jīng)濟發(fā)展的主要影響因素，在電力市場逐漸發(fā)展、繁榮的今天，如何將電力高效、穩(wěn)定的輸送到各地以及保持電力的安全性成了發(fā)展的瓶頸。在供配電系統(tǒng)中，10kV變配電所的設(shè)計作為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其安全性對整個用電網(wǎng)絡(luò)均可造成巨大影響。文章從高壓供配電系統(tǒng)的主接線確定入手，重點對短路電流計算以及設(shè)計存在的普遍問題進行了論述。

【關(guān)鍵詞】10kV；變配電所；設(shè)計

10kV變配電所的設(shè)計涉及到多個環(huán)節(jié)，例如負荷等級的確定、變壓器的選定、短路電流的計算、相關(guān)熱動穩(wěn)定性的計算、電費計量以及功率因素補償?shù)?，有時還要負責(zé)對低壓出線回路的漏電以及諧波的抑制要求進行監(jiān)測。變電所設(shè)計部門提供的設(shè)計施工圖要經(jīng)過當?shù)毓╇姴块T的審查，確保計量及安全的需要。

1.高壓供配電系統(tǒng)的主接線

高壓供電系統(tǒng)的主接線不僅要滿足當?shù)毓╇姴块T的要求，同時也要遵從《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》及《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。常用到的高壓開關(guān)有兩種，一種是以真空負荷開關(guān)以及SF6為代表的負荷開關(guān)（環(huán)網(wǎng)柜），另一種是以真空斷路器為代表的斷路器。但是國家對具體使用哪一種開關(guān)沒有明文規(guī)定。但是鑒于負荷開關(guān)的控制簡單，并且需要配合電動操作機構(gòu)才能滿足繼電保護需求，為此對于超過800kVA的變壓器一般采用斷路器柜。

用于某個用戶的變壓器（專變）以及用于住宅配電的變壓器（公變）由于管理者與產(chǎn)權(quán)不同，為此供電部門對此的要求也有區(qū)別。例如，對于公變的電費由于是低壓每戶收取，并且是由變電部門直接管理，為此單臺變壓器的容量控制在800kVA以下，為此允許使用環(huán)網(wǎng)柜，其特點是接線較為簡單。

例如在廣東省的規(guī)定中提到，當單個用戶的用電量大于100kVA時要設(shè)置專變。電能計量裝置原則上應(yīng)設(shè)在電力設(shè)施的產(chǎn)權(quán)分界處。對專線供電的高壓用戶，應(yīng)在變電站出線處計量；對公共線路供電的高壓用戶，用電總量在315kVA以上的，應(yīng)在用戶受電變壓器的高壓側(cè)計量，用電總量在315kVA及以下的，可在用戶受電變壓器的低壓側(cè)計量。特殊情況下，專線供電的用戶可以在用戶側(cè)計量，公共線路供電的315kVA以上高壓用戶可在受電變壓器低壓側(cè)計量。公用變壓器供電用戶采用低壓計量方式。

至于系統(tǒng)到底采用單電源或者是雙電源要基于負荷等級以及當?shù)毓╇娗闆r而定。例如在供電條件許可的條件下，如果存在較多的一級及二級負荷，此時要采用雙電源。同時配備兩臺變壓器，進線電纜要承受100%的一二級負荷。

2.短路電流的計算

短路電流的計算是進行高低壓開關(guān)、校驗開關(guān)以及線路開關(guān)選擇、繼電保護器確定的基礎(chǔ)，為此是變電所設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。下面以630kVA的變壓器高、低壓側(cè)的三相短路電流為例來說明結(jié)果的重要性，這里按照遠離發(fā)電機斷短路以及無限大電源容量來進行計算。

（1）建立模型。這里假設(shè)在110kV/10kV變電站有一臺容量為40000kVA的變壓器，屬于三相雙繞組無勵磁調(diào)壓式變壓器。其短路阻抗為μk%=10.5，連結(jié)組別為Ynd11。距離10kV/0.4kV變電所的距離為4km，使用的電纜為YJV—8.7/15kV—3x95，相應(yīng)的末端變壓器容量為630kVA，其短路阻抗為μk%=4.5，連結(jié)組別為Dyn11。然后在此基礎(chǔ)上計算末端變壓器在高、低壓側(cè)的三相短路電流。

（2）結(jié)果分析。有上述條件得到的短路電流及短路容量分別為：Id1=21kA，Sd1=382MVA；Id2=9kA，Sd2=164MVA；Id3=18.64kA，Sd3=12.9MVA。其實在實際的工程中并不一定知道前端110kV變電站距離設(shè)計的10kV變電站的距離或者前端變壓器的容量，此時可以依據(jù)離前端變壓器的遠近來計算，并據(jù)此進行設(shè)備選擇。從以上結(jié)果不難看出，距離電源點越遠得到的短路電流越小。同時在同級電壓中距離電源點的距離越近，短路電流越大；而在同樣的短路電容下，如果電壓越低，相應(yīng)的短路電流就越大。

目前來講主要使用的高壓開關(guān)為VS1以及VD4，相應(yīng)的額定對稱短路電流為16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA，通過合理的選擇必然可以滿足設(shè)計要求；在常用的低壓開關(guān)中，空氣斷路器的額定短路電流有以下幾種：125kA、110kA、100kA、85kA、75kA、65kA、50kA、42kA。而塑殼斷路器的短路電流則從16kA到200kA不等。為此只要合理選擇，也很容易滿足規(guī)范要求。

3.變配電所設(shè)計問題分析

3.1主接線不符合設(shè)計要求

實際中出現(xiàn)的主接線不滿足電力部門對于功率因數(shù)以及計量要求主要是由于和電力部門的溝通不暢所致。導(dǎo)致這一問題的原因有：設(shè)計人員對于電力部門的產(chǎn)權(quán)界限劃分不明確；不清楚保證電源的高可靠性需要收取費用，從而盲目的提升或者降低等級；不了解電力部門對于功率因數(shù)達不到設(shè)計要求要罰款的規(guī)定等均會造成設(shè)計的不合理。

3.2平面布置不合理

設(shè)計變電所的文件要滿足一系列的要求，例如變電所的出入口設(shè)計或者通道設(shè)計方面：當變電所設(shè)備采用干式時可以與主建筑放于一起，但是要費用防火門；當位于高層建筑內(nèi)要設(shè)置氣體自動滅火裝置與自動報警裝置；當建筑物長度超過了7m要設(shè)置兩個出口，并且至少一個出口要滿足設(shè)備的搬運要求；如果建筑的長度超過60要在中間加設(shè)出口；如果設(shè)備本身的長度超過了6m就要在背后設(shè)置兩個通道，如超過15m還要在中間增設(shè)通道。同時在布設(shè)通道時要首選直線形，避免U或者是L形，從而減少中間接頭。

3.3進線電纜及變壓器容量的選擇不合理

在設(shè)計中有時會出現(xiàn)將100—1000kVA的變壓器的高壓側(cè)統(tǒng)一使用YJV—8.7/15kV—3x50的電纜，這種選擇盡管可以滿足在流量的需要，但是不能滿足熱穩(wěn)定要求。例如在630kVA的高壓側(cè)要至少使用3×70的電纜。此外當使用兩臺變壓器時，使用的變壓器及電纜的選擇要首先考慮到100%的一、二級荷載的容量。

3.4避雷器安裝不合理

避雷器作為變配電所的重要部分，如果選擇不合適會加劇破壞性。例如如果避雷器安裝在距離變壓器較遠的位置（電桿上），由于避雷器與需要保護的變壓器具有一定的距離，該距離中引線的電感壓降為U=Ldi/dt，也就是在0.6m長的引線上有1mH的電感。即使遇到雷擊波陡度不是太大的情況下（di/dt=10kA/us），相應(yīng)的引線上的壓漿就可達到10kV，為此在引線的作用下，避雷器反而加大了對變壓器的破壞。而如果將避雷器設(shè)置于變壓器上就睡僅受到避雷器的殘壓而幾乎沒有影響。為此避雷器與變壓器的距離越近其保護作用就越發(fā)明顯。在實際的選擇中可以選擇氧化鋅避雷器，充分的利用其吸收過壓能量大、非線性系數(shù)小、壽命長、響應(yīng)快、殘壓小、重量輕等優(yōu)勢。

4.結(jié)束語

10kV變配電所作為為用戶提供電力的中心環(huán)節(jié)，充分的保證其設(shè)計合理性對于保證正常供電、經(jīng)濟性、安全性具有重要意義。設(shè)計人員、電力部門要同心協(xié)力不斷地對設(shè)計進行優(yōu)化，促使變配電所的發(fā)展。

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