企業(yè)變電所及配電系統(tǒng)設計研究

寧夏眾合遠大電力設計有限公司 張 艷

近幾年，變電所綜合自動化發(fā)展受到了廣泛關注，替代傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)，建立更加合理可靠的系統(tǒng)運行監(jiān)管模式，提升綜合電力處理和運輸質量，從而進一步提高企業(yè)工業(yè)現(xiàn)代化水平。

1 企業(yè)變電所設計概述

企業(yè)變電所的作用。對于企業(yè)電網(wǎng)建設工作而言，變電所是電力配送的關鍵，主要的作用是升高或降低電壓并承擔轉換功率的工作，其設計的合理性直接影響整個企業(yè)電力負荷供電的質量效果。電能對工業(yè)生產(chǎn)的作用巨大，因此積極建立合理化企業(yè)變電所管控模式具有重要的意義[1]。

企業(yè)變電所設計的要求。為維持綜合管理效率，需從以下幾點落實設計工作，滿足其綜合設計要求：收集用電方案答復單及用戶需求；收集企業(yè)用電負荷大小及性質，用電設備功率等相關資料，落實三班工作制，且年最大負荷利用時間要在5800小時左右；結合企業(yè)變電所后期維護管理合理規(guī)劃變電所位置，同時要對土壤的基本性質予以全面分析；結合所在地環(huán)境及最高氣溫、平均氣溫等各項因素進行綜合設計。

企業(yè)變電所設計的任務。結合負荷計算、技術經(jīng)濟性對比結果最終判定供電電壓和主接線處理方案，并按照容量評估無功補償方案和補償容量。另外，要結合公網(wǎng)的配電方式和線路基礎結構、走向等完成廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計內(nèi)容。為提升企業(yè)變電所設計水平和整體安全性，要對直擊雷、行進波保護和接地網(wǎng)設計內(nèi)容等進行綜合分析，從而保證防雷接地設計滿足要求。此外要對變壓器、饋電線路等繼電保護裝置予以管理，確保整定計算和設備選擇工作都能匹配整體設計規(guī)范，并完善變電所斷路器控制回路設計內(nèi)容。為全面提升企業(yè)變電所電力系統(tǒng)運行規(guī)范性，也要對短路電流予以計算，匹配合規(guī)電氣接線圖等項目整定具體參數(shù)，從而全面分析電網(wǎng)運行方式和故障情況的處理模式，避免電網(wǎng)負荷增大產(chǎn)生的隱患問題[2]。

2 企業(yè)變電所及配電系統(tǒng)的設計方案

以某企業(yè)新增35kV變電所為例詳述變電所的設計方案如下。

2.1 變電所選址

企業(yè)變電所的選址應根據(jù)電力負荷性質、容量、環(huán)境條件和運行、安裝、維護等要求合理地制定布置方案。根據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃做到遠期、近期結合，適當預留遠期規(guī)模。變電所宜布置于負荷中心且接近電源側，方便進出線、方便設備運輸與安裝。同時要滿足節(jié)能降耗的要求和標準，盡量節(jié)約土地和建筑費用。在充分考量網(wǎng)絡結構、負荷分布及交通運輸?shù)榷嘣蛩睾?，也充分考量后續(xù)工程擴建的可能。也就是說，選址過程要秉持電網(wǎng)安全可靠、靠近負荷中心、占地面積小、靠近電源側的原則。

2.2 線路的選擇

變電所采用雙電源供電，供電電壓35kV。按照I30=20000/√3×35約為330A，因此35kV進線電纜采用ZR-YJV-26/35kV-1×150mm2單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電力電纜。35kV電纜采用穿電纜專用保護管直埋敷設，電纜保護管頂部垂直上方0.3m處設置電纜保護蓋板，蓋板上方0.2m處鋪設警示帶。位于電纜轉彎處設置電纜盤井，電纜盤井需滿足電纜轉彎半徑；直線處每60m處設置電纜檢查井。位于線路路徑處按規(guī)定設置明顯電纜標示樁或標識磚[3]。廠區(qū)內(nèi)10kV線路采用三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電力電纜，利用廠區(qū)內(nèi)已建電纜溝敷設至各車間配電室高壓開關柜處。

圖1 單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電力電纜

2.3 配電裝置的選擇

配電裝置應根據(jù)設備選型及進出線方式，結合工程實際情況、工程總體布局協(xié)調(diào)，選擇合理的配電裝置型式。

35kV高壓開關柜的選擇：35kV屋內(nèi)配電裝置包含2面進線柜、2面計量柜、2面PT柜、2面出線柜、1面提升柜、1面分段柜共計10面開關柜，開關柜采用KYN61-40.5型金屬鎧裝交流移開式開關柜。高壓進線、出線柜、分段柜均配置真空斷路器，采用單母線分段運行方式。屋內(nèi)配電裝置采用單列布置，為便于設備的操作、搬運、檢修和試驗，其中維護通道寬度0.8m、操作通道2.5m、柜后通道寬度1.5m。35kV開關柜采用下進下出方式便于電纜進、出及維護、運行。

10kV高壓開關柜的選擇：10kV屋內(nèi)配電裝置包含主變進線柜2面、消弧消諧兼母線設備柜2面、出線柜12面、電容器柜2面、站用變柜2面、分段柜1面、隔離柜1面共計22面開關柜，開關柜采用KYN28A-12型金屬鎧裝交流移開式開關柜，高壓進線、出線柜、分段柜均配置真空斷路器，采用單母線分段運行方式。屋內(nèi)配電裝置采用面對面雙排布置，為便于設備的操作、搬運、檢修和試驗，其中維護通道寬度0.8m、操作通道2.5m、柜后通道寬度1.5m。10kV進線開關柜采用上進，低壓出線開關柜采用下進下出方式便于電纜進、出及維護、運行。為保證用戶側電壓質量要求，本次配置2套戶內(nèi)框架式電容器成套裝置，單套容量為4×600kVar。

電氣元器件的選擇：主變35kV側。利用I30=10000/√3×35約為165A，因此斷路器選擇真空斷路器，用戶可選擇對應的電流互感器，主要應用在分、合負荷電流中。額定電流1250A、額定頻率50/60Hz、額定短路開斷電流31.5kA，機械壽命為10000次，機構控制電壓DC220V；主變10kV側。利用I30=10000/√3×10約為577.4A，因此斷路器為真空斷路器。額定頻率為50Hz、額定電流為630A、額定短路開斷電流25kA、額定關合電流峰值為50kA、額定動穩(wěn)定電流峰值50kA。主變10kV側采用全絕緣固體封閉母線1600A用于連接10kV開關柜[4]。

綜上所述，在電氣設備選擇和處理方面要結合具體的情況落實相應的匹配方案，并要充分考量供電系統(tǒng)的假想時間等要素，綜合分析后結合計算電流數(shù)據(jù)，在技術經(jīng)濟合理時應選用效率高、能耗小的電氣設備和材料，從而確定斷路器、隔離開關、電壓互感器等元件。

2.4 變壓器的選擇

為保證企業(yè)用電可靠性，需結合設備負荷參數(shù)、經(jīng)濟性及企業(yè)整體用電發(fā)展規(guī)劃等因素對變壓器進行選擇。一般變壓器數(shù)量越多其供電可靠性就會越高，但前期的投資和后期維護費用也會增多。因此在匹配供電可靠性原則基礎上，選擇容量合適的節(jié)能型變壓器配置方案最為合理。根據(jù)企業(yè)設備負荷情況、運行時間及遠期預留，本期設定2臺10000kVA有載調(diào)壓三相油浸式電力變壓器，接線組別為YN d11，阻抗電壓為8%。另外要結合廠房的實際應用需求對各個車間的變壓器配置和處理，選型過程要滿足電力負荷對供電可靠性的基本需求，落實完整的選型方案，從而提升綜合管理效果[5]。

2.5 繼電保護配合整定

對線路進行整定優(yōu)化，設置速斷保護和過電流參數(shù)；建立線路分段整定優(yōu)化方案，設置速斷保護和過電流參數(shù)；在線路低壓側后備機電保護方面完成整定方案，若是運行過程中存在中跳變低的情況，一般不會采取復壓閉鎖處理，可將其設定為不同時限；對線路中的高壓變壓器后備繼電保護予以整定優(yōu)化，設定過電流和時限的同時借助復壓完成閉鎖處理；添加線路中和主變壓器后備保護，從而確保主變壓器和線路能形成逐級配合的模式。

綜上所述，結合整體設計方案完成主變壓器保護配置工作，要確保規(guī)程規(guī)范內(nèi)容符合要求，在完成變壓器保護的同時，配合線路保護和變壓器出線保護機制，維持整體繼電保護方案的合理性[6]。

2.6 防雷和接地保護

主要是對直擊雷予以保護處理，假設變電所的縱向中心軸線位置的間距80m、高度30m，則設置等高的避雷針，有效保護廠內(nèi)用電設備和建筑物，在進行遠點避雷針、出現(xiàn)架構等相關分析后得出設置兩支避雷針即可。接地裝置的設計要結合具體情況，35kV系統(tǒng)接地電流為7A、接地電阻為17Ω，因此選擇三根直徑38mm、長度2.5m的鋼管，完成扁鋼焊接連接的處理，實現(xiàn)成排布置模式，提升接地保護的效果。

總而言之，在企業(yè)變電所及配電系統(tǒng)設計過程中，要結合實際情況選擇適宜的設計方案，確保相應參數(shù)都能滿足具體應用要求，提高整體供配電質量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和安全管理效益的和諧統(tǒng)一。