對(duì)10 kV變配電所的設(shè)計(jì)相關(guān)思考

顧 硯

（江蘇中電科電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210000）

1 10kV變配電所設(shè)計(jì)的一般原則

10 kV變配電所在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循如下原則。首先，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合工程特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)劃以及規(guī)模等進(jìn)行分析，對(duì)近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展間的關(guān)系進(jìn)行正確處理，并按照遠(yuǎn)近結(jié)合的原則，以近期建設(shè)為主，對(duì)其擴(kuò)容的可能性進(jìn)行充分考慮，留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。其次，需要結(jié)合用電容量、負(fù)荷性質(zhì)以及供電條件等對(duì)10 kV變配電所方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。最后，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中嚴(yán)格按照經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、適用性以及先進(jìn)性原則。圖1為10 kV變配電所。

圖1 10 kV變配電所

2 10kV變配電所設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 變配電所所址選擇

在對(duì)10 kV變配電所的所址進(jìn)行選擇時(shí)，需要對(duì)電力負(fù)荷、位置以及環(huán)境等相關(guān)因素進(jìn)行綜合考慮，具體應(yīng)從如下4個(gè)方面入手。首先，確保變配電所位置接近負(fù)荷中心、電源側(cè)。其次，變配電所應(yīng)保證進(jìn)出線方便，不能在高溫或者有劇烈震動(dòng)的場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)置。再次，變配電所不適合在具有腐蝕性氣體或多塵的場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)置，并要遠(yuǎn)離經(jīng)常積水的場(chǎng)所。最后，對(duì)于具有火災(zāi)危險(xiǎn)或者爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離。

2.2 變配電所型式的選擇

變配電所的具體型式可以根據(jù)周圍環(huán)境和用電負(fù)荷情況等進(jìn)行明確，具體需要結(jié)合如下內(nèi)容。首先，對(duì)于具有較大負(fù)荷的車間或者站房，適合設(shè)置附設(shè)變電所。其次，對(duì)于具有較大負(fù)荷的多跨廠房，負(fù)荷中心位于廠房的中心部位或者環(huán)境條件允許時(shí)，適合設(shè)置車間內(nèi)變電所。再次，對(duì)于大型民用建筑或高層建筑，適合設(shè)置室內(nèi)變電所。最后，對(duì)于負(fù)荷相對(duì)較小且分散的企業(yè)或城市居民區(qū)，需要對(duì)獨(dú)立變電所進(jìn)行設(shè)置，也可以設(shè)置附設(shè)式變電所。

2.3 高壓供配電系統(tǒng)的主接線要求

對(duì)于高壓供配電系統(tǒng)，其主接線不僅要滿足相關(guān)規(guī)范，而且還應(yīng)與當(dāng)?shù)毓╇娨笙喾?。高壓開關(guān)的常見類型主要包括如下兩種，首先是負(fù)荷開關(guān)，具體包括SF6負(fù)荷開關(guān)（見圖2）、真空負(fù)荷開關(guān)。而負(fù)荷開關(guān)的柜體則被稱之為環(huán)網(wǎng)柜。其次，斷路器開關(guān)，具體包括油斷路器和真空斷路器，柜體被稱之為斷路器柜。我國(guó)對(duì)于斷路器或者負(fù)荷開關(guān)并無明確規(guī)定，但負(fù)荷開關(guān)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，可以滿足一些簡(jiǎn)單的繼電保護(hù)要求。因此，當(dāng)變壓器超過800 kV時(shí)，應(yīng)該使用斷路器柜。

圖2 SF6負(fù)荷開關(guān)

2.4 短路電流的計(jì)算

對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算可以為校驗(yàn)開關(guān)、線路開關(guān)以及高低壓開關(guān)的選擇以及繼電保護(hù)器確定等提供重要依據(jù)，是變電所設(shè)計(jì)當(dāng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，變壓器規(guī)格為630 kVA，在對(duì)其高、低壓側(cè)的三相短路電流進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先需要建立模型。假設(shè)變電站有一臺(tái)容量為40 000 kVA的變壓器，其短路阻抗為10.5 Ω，和變電站的距離為4 km，變電站末端變壓器容量為630 kVA，短路阻抗為4.5 Ω，在此基礎(chǔ)上對(duì)三相短路電流進(jìn)行計(jì)算。在經(jīng)過具體計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離電源點(diǎn)越遠(yuǎn)時(shí)，短路容量越小。而在同級(jí)電壓中，距離電源點(diǎn)越遠(yuǎn)，那么其短路電流越小。而當(dāng)短路容量相同時(shí)，電壓越低，短路電流便會(huì)越大。

2.5 變壓器的選擇和布置

在對(duì)變壓器進(jìn)行選擇時(shí)需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)原則和負(fù)荷特點(diǎn)等進(jìn)行考慮，但滿足如下條件之一時(shí)，適合裝設(shè)兩臺(tái)及以上的變壓器，10 kV變壓器如圖3所示。首先，存在大量一級(jí)或者二級(jí)負(fù)荷。其次，季節(jié)性負(fù)荷變化相對(duì)較大。最后，集中負(fù)荷相對(duì)較大。而在對(duì)變壓器進(jìn)行布置時(shí)，需要按照如下原則。第一，對(duì)于露天或者半露天變電所的變壓器，需要在其四周設(shè)置高于1.7 m的固定圍欄。第二，在對(duì)露天或半露天變壓器一級(jí)負(fù)荷用電進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其油浸變壓器的防火凈距需要大于5 m。第三，可燃油油浸變壓器的外廊和墻壁以及門之間的凈距離需要滿足相關(guān)要求。

3 10kV變配電所設(shè)計(jì)過程中存在的問題分析

3.1 平面布置不合理

圖3 10 kV變壓器

在相關(guān)設(shè)計(jì)文件中，變電所出入口和要求之間不符。當(dāng)變電所使用的設(shè)備為干式時(shí)，需要確保好主體建筑連接在一起，并要對(duì)防火門進(jìn)行使用。當(dāng)建筑長(zhǎng)度高于7 m時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)出入口進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中一個(gè)需要滿足設(shè)備搬運(yùn)要求。當(dāng)建筑長(zhǎng)度高于60 m時(shí)，應(yīng)在中間位置加設(shè)出口。當(dāng)變電站位于建筑內(nèi)部，則需要合理設(shè)置報(bào)警設(shè)備和滅火設(shè)備。當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)度超出6 m，需要在背后設(shè)置兩個(gè)通道，高于15 m時(shí)，還需要加設(shè)通道。

3.2 主接線不符合要求

相關(guān)電力部門對(duì)于產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)的劃分要求不夠了解，對(duì)于功率因數(shù)低會(huì)受到處罰的規(guī)定并不明確，導(dǎo)致許多變電所的主接線設(shè)計(jì)與計(jì)量和功率因數(shù)的相關(guān)補(bǔ)償要求不符，對(duì)此，需要將負(fù)荷等級(jí)進(jìn)行改變[1]。

4 10kV變配電所的設(shè)計(jì)對(duì)策

4.1 關(guān)于變電所設(shè)計(jì)階段的高度、面積的要求

首先，變電所高度設(shè)計(jì)。在對(duì)變電所高度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要確保滿足電纜夾層和設(shè)備層的共計(jì)層高大于6 m這一要求；當(dāng)不設(shè)置電纜夾層時(shí)，電纜形式為上進(jìn)上出則需要確保變電所層高高于5 m，形式為下進(jìn)下出則需要確保設(shè)備層高于4 m，并要在其柜下和柜后合理設(shè)置電纜溝。而為了能夠有效滿足電纜拐彎半徑的相關(guān)要求，其電纜溝深通常為0.8～1.2 m。其次，變電所面積設(shè)計(jì)。變電所面積和建筑物的柱網(wǎng)布置和房間形狀等具有直接聯(lián)系。當(dāng)變電所內(nèi)有兩臺(tái)變壓器和10臺(tái)高壓開關(guān)柜時(shí)，其面積范圍為200～250 m2。變電所柴油發(fā)電機(jī)房的具體位置需要結(jié)合變電所的排風(fēng)、煙道位置以及所址等進(jìn)行設(shè)置，不適合距離變電所過遠(yuǎn)。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合土建條件的柱網(wǎng)情況，對(duì)房間長(zhǎng)度和寬度等進(jìn)行考慮。當(dāng)變電所內(nèi)設(shè)置電纜夾層時(shí)，則需要設(shè)置樓梯上到安裝開關(guān)柜以及變壓器的設(shè)備層，并要對(duì)設(shè)備運(yùn)輸通道等因素進(jìn)行考慮，從而適當(dāng)增大變電所面積[2]。

4.2 合理選擇施工電纜

變電所施工過程中，在對(duì)電纜進(jìn)行選擇時(shí)，相關(guān)施工人員需要挑選具有良好質(zhì)量和較長(zhǎng)使用壽命的電纜。而在對(duì)電纜截面進(jìn)行選擇時(shí)，需要確保滿足我國(guó)的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)要求，全面考慮變電所電壓損失和電流情況，同時(shí)還要對(duì)電流進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，有效控制變電所電纜的敷設(shè)環(huán)節(jié)和環(huán)境。

4.3 合理選擇電氣設(shè)備

在對(duì)變電所電氣設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)從如下兩個(gè)方面進(jìn)行入手，分別根據(jù)正常工作狀態(tài)和短路狀態(tài)進(jìn)行選擇和校驗(yàn)。首先，在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行選擇，需要對(duì)額定電壓和額定電流進(jìn)行考慮。電氣設(shè)備的最高允許工作電壓需要高于裝設(shè)回路的運(yùn)行電壓最高值，而設(shè)備的額定電流不能低于裝設(shè)回路持續(xù)工作的電流最大值。其次，在短路狀態(tài)下對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行選擇，需要對(duì)設(shè)備容量進(jìn)行考慮，充分滿足變電所相關(guān)用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷方面的需求。此外，低壓0.4 kV的主要變壓器單臺(tái)容量通常應(yīng)該小于1 000 kVA。當(dāng)用電設(shè)備容量相對(duì)較大或者負(fù)荷比較集中時(shí)，需要對(duì)具有較大容量的變壓器進(jìn)行選用，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

5 結(jié) 論

10 kV變配電所可以為人們提供穩(wěn)定的電能，從而滿足人們的用電需求。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，10 kV變配電所的設(shè)計(jì)工作也成為了相關(guān)電力企業(yè)需要完善的一項(xiàng)重要內(nèi)容。對(duì)此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要全面優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，處理各個(gè)細(xì)節(jié)問題，從而全面提升10 kV變配電所設(shè)計(jì)水平。