10kV變電所增容改造及其校驗分析

徐玲艷 張茂青 葉 昕

（蘇州大學機電工程學院，江蘇 蘇州 215021）

1 設計任務書

根據客戶要求，因生產需要對原10kV變電站進行增容，設計條件如下：（1）高壓進線：10kV 目前用電量業2600kVA。 （2）低壓變壓器有兩臺,TR1容量為1600kVA，TR2容量為1000kVA。

因生產需要將TR2增容，工期為24h，本文設計所用的參數如表1所示。

表1 TR2所用電主要負荷表

2 設計方案的選擇

本次增容工作事主要對10kV高壓部分與0.4kV低壓部分進行改造，設計方案要從運行的可靠性、靈活性和經濟性出發，針對工期短、工作量大的特點，經過比較后確定合理如下設計方案。

2.1 方案一：對既有高壓柜、低壓柜全部進行改造

高壓部分改造內容：對高壓進線柜、高壓計量柜、避雷器電壓互感器柜、TR出線柜改造、同時增設五防功能。進線柜、TR出線柜增設綜合保護器。

低壓側實行改造內容：拆除原有1000kVA變壓器更換成1600kVA；對低壓總柜進行改造將原有2500A開關改造成3200A；增設多功能電表、更換低壓電流互感器；改造電容柜；改造低壓抽屜柜3套；對既有低壓母線改造：由2500A改造成3200A。

2.2 方案二：對需改造部分盤柜進行更換使用成套

高壓部分：對將既存高壓柜全部拆除廢棄更換成新的成套盤柜（滿足供電部門要求）。

低壓部分：拆除原有1000kVA變壓器、更換成1600kVA；拆除既有低壓總柜更換新的成套盤柜；拆除既有電容柜更換成品電容柜；增設一面低壓柜對原抽屜不進行改造；對既有母線改造：由2500A改造成3200A。

我們比較兩種方案后得出結論：方案一充分利用既有資源,節約材料、節省成本，但是工作量大、改造過程中容易出錯，而且設備陳舊會給日后的運行留下隱患。方案二運行性能高、施工簡便、易檢查，但是成本比較高。結合工期緊的特點，考慮到如不能及時供電損失將遠大于改造費用，故選用方案二。

3 系統總體設計

本變電所的電壓等級為10kV，供全廠生產設備、照明、空調、空壓等設備；本次改造對高壓進線柜、計量柜、高壓出線柜、避雷器、高壓熔斷器、低壓總柜、低壓電容補償柜、低壓母線、低壓變壓器等進行改造。改造后的高壓設計效果圖如圖1所示，低壓補償柜如圖2所示，低壓出線柜如圖3所示。

圖1 變電所高壓系統圖

圖2 低壓補償柜

圖3 低壓出線柜

3.1 變壓器的選擇

（1）變壓器選擇。按照運行可靠、檢修和維護方便的要求，計算用電負荷來選擇變壓器。

計算負荷可按照下列公式近似計算：

S=照明負荷+其余負荷×0.85(kVA)

所用變壓器的容量：Se≥S=0.85∑P+P照明(kVA) 根據任務書給出的所用負荷計算：

根據容量選擇所用的變壓器型號見表2。

表2 變壓器型號

（2）冷卻方法選擇。變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風冷、強迫油循環風冷、強迫油循環水冷、強迫導向油循環冷卻。考慮到冷卻系統的供電可靠性，要求及維護工作量，首選自然風冷冷卻方式。

3.2 補償電容器的選擇

變電所對功率因數有這樣高的要求，僅僅依靠提高自然功率因數的辦法，一般不能滿足要求。因此，變電所需裝設無功補償裝置，對功率因數進行人工補償，按供電局要求補償占總容量的30%～40%分單相、三相補償。

這是不滿足供電部門要求的取補償電容為變壓器0.375即為600kvar（三相補償18× 30kvar ；單相補償610kvar× 分2套電容補柜）

3.3 其他主要電氣設備的選擇及校驗

電氣設備的選擇是變電所設計的主要內容之一，正確地選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全運行的重要條件，在進行設備選擇時，應根據工程實際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩妥地采用新技術并注意節約，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態來校驗其熱穩定和動穩定。

（1）斷路器及隔離開關的選擇及校驗

計算額定電壓、額定電流，選用合理而又經濟的斷路器為宜。10kV斷路器選ZN-10/1250，計算校驗見表3。

計算校驗合格，10kV斷路器選用ZN-10/1250。

高壓開關柜的選擇：根據所選擇的形式，所選開關柜的型號為：kYN28A-12。

表3 斷路器的計算校驗

（2）電流互感器的選擇與校驗

電流互感器準確度級別有0.2，0.5,1.0，3.0，10等級。校驗二次負荷或容量選取10kV側電流互感器校驗表：LZZBJ9-10A1。

（3）電壓互感器的選擇

根據電網額定電壓、一次電壓、二次電壓等條件，查《常用設備手冊》，選擇電壓互感器型號如下：2-JDZ8-10J。

（4）高壓熔斷器的選擇

電壓互感器的熔斷器只需按額定電壓和開斷容量來選擇(如表4所示)，查閱相關設計資料得：10kV電壓互感器選用RN2-10型高壓熔斷器，其技術參數：Ue=10kV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。

表4 高壓熔斷器選擇結果

（5）接地開關

根據短路電流計算結果選JN2-10 型（J:接地開關，N:戶內用，2：設計序號，10:額定工作電壓(kV)）。

（6）母線的選擇與校驗：

選用鋁質矩形軟導線，根據經濟電流密度選擇的導體截面的允許電流還必須滿足Igmax≤kIal，最大持續工作電流為1.05倍的額定電流

選母線截面為2

10010mm× 滿足動穩定和熱穩定校驗（10kV母線選用LMY-100×8，0.4 kV母線選用2×(LMY-100×10)）。

3.4 防雷接地、照明

避雷針包括三部分:接閃器(避雷針的針頭)，引下線和接地體，接閃器可用直徑為10～12mm的圓鋼；引下線可用直徑為6mm的圓鋼；接地體一般可用三根2.5m長的40mm×40mm×4mm的角鋼打入地中再并聯后與引下線可靠連接。它是由金屬制成，比被保護設備高，具有良好接地的裝置，從而保護了附近比它矮的設備、建筑免受雷擊（10kV側避雷器選用XRNP1-10）。

變電所的接地裝置除采用自然接地體外，還設置人工接地網， 用鋼管或角鋼作垂直接地體埋入地中，用扁鋼作水平接地體來連接各條垂直接地體形，通常成一個接地網，兩垂直接地體之間應大于2.5m，以免影響散流電阻。

為適應生產工藝內室內的要求，仍采用原來的混合照明。

3.5 繼電保護

繼電保護裝置，就是指能反應電力系統中電氣元件發生故障或不正常運動狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。

（1）變壓器的主保護，采用差動保護、過電流保護和過負荷保護。

（2）10kV進線保護，采用電流速斷保護、定時限過電流保護、一次重合閘和接地檢測。

（3）0.4kV線路保護，采用自動頻率減負荷裝置、三相一次重合閘和小電流接地檢測動作裝置。

（4）0.4kV電容器的保護，采用電流速斷保護和定時限過電流保護

4 結論

我們對改造前后的變電所進行比較分析：改造后在高壓側增設五防功能、低壓側增加有功率補償，降低了無功損耗、增設信號盤，能正確反映電氣設備的正常運行狀態，并根據故障情況及時準確發出預報信號，可以使變電站內值班人員或調度中心的人員及時掌握變電所的運行情況，直接對設備進行操作，及時了解故障情況，并迅速進行處理，達到供電系統的管理科學化、規范化、及設備正常運行。

[1] 余健明,同向前,蘇文成.供電技術[M].北京:機械工業出版社,2008.2.

[2] 盧文鵬,吳佩雄,發電廠變電所電氣設備[M].北京:中國電力出版社,2005.8.

[3] 丁毓山.10-220kV變電所設計[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1993.10.