1０kV變電所設計與研究

葆宗霖

摘要：針對10 kV變電所的設計進行了相關研究，分別從變壓器選擇、主連線設計以及短路計算三個方面展開了研究。選擇電氣設備時依據額定電流進行選擇，計算短路電流進行驗證?？紤]到電氣總線設計的靈活性、可靠性以及經濟性的要求，在變電站主電線高壓側采用單總線連接，主低壓側采用單主總線部分電氣主接線形式，短路電流采用標幺值計算基準數值。研究重點是使用新技術和新設備進行變電所電氣設計，具有很強的實用性。

關鍵詞：變電所;變壓器;單母線接線;短路計算

中圖分類號：TM63

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.060

隨著經濟的飛速發展和科學技術的不斷進步，各種高新精確技術的應用，都與電氣密不可分。尤其是變電站，發揮著至關重要的作用。電力是一個廣泛的類別，隨著負荷電力需求將發生變化，10 kV變電站廣泛應用于工農業等多個領域，因而對10 kV變電站進行設計具有重要意義。

1 變電所變壓器選擇

如果變壓器容量過大，不僅會增加損耗，還會使變壓器長時間處于輕載狀態，出現“大型馬車”現象，增加空載損失，降低功率因數，從而增加網絡損耗。如果容量選擇較小，變壓器會出現長時間過載的現象，設備損壞。因此變壓器最佳負載率在40% - 70%間，負載過高，損耗則會明顯增加。如果負載有略微增加，就要增加容量?？偠灾?，變壓器容量應該依據現有的負載進行選擇，同時要根據實地未來5 - 1O年間的發展計劃來確定。

變壓器數量的選擇應主要依據負載特性和經濟運行情況來定，這取決于負載的大小、電源可靠性和電能質量的要求。考慮到節能、降低運營成本和維護設備等其他因素，需要綜合考慮各種因素來確定變壓器數量，并落實好嚴謹的經濟技術比較。針對具有一次、二次負載的變電站而言，當主負載較大時，應選擇兩個或多個變壓器，而少量的初級、次級負載和來自相鄰變電站的低壓備用電源等，可選擇只采用一臺變壓器。

為了確保電源的安全性，迫切需要一種能夠在沒有燃燒危險的情況下進入負載中心的變壓器。依據國家對標準“干式變壓器”的定義，干式變壓器應用廣泛。干式變壓器是指變壓器的鐵芯和繞組不浸入液體，桿使用鋼帶或自干絕緣帶進行捆扎，芯用粘合劑粘合，以防止芯因冷凝引起腐蝕。在芯的表面涂有耐熱防銹清漆或樹脂，銅箔或鋁箔作為于式變壓器的繞線材料，低壓線圈、銅箔（或鋁箔）與預浸料環氧樹脂的絕緣材料緊密纏繞，用鍛造的玻璃纖維增強樹脂包裹。高低壓線圈組成一個整體后，熱循環試驗表明該線圈具有防潮、阻燃、抗裂和自熄等功能。

2 主連線設計

變電站電氣線路的基本連接是電源（變壓器）、總線和輸出線路（饋線）。每一所變電站的插座電路數量和電源數量不盡相同，每條饋線的傳輸功率也不同。當輸入和輸出線路的數量很大（一般超過4次）時，為了便于收集和分配電能，母線作為中間連桿的布線時，安裝和擴展操作方便。然而，在使用母線之后，配電單元應使用諸如斷路器的設備，因此本文采用單母線布線為主要方法。

單母線接線如圖1所示。

如圖1所示，單母線布線的特征體現在整個配電單元只有一組母線，且電力電纜和引線通過開關裝置與同一組母線相連。電源作為變壓器或高壓輸入電路，母線確保電源的并聯，任何一條輸出電路都可以從電源1或2獲得電能。

在進行操作時，對于同一回路中串接的斷路器和隔離開關，必須嚴格遵守下列操作順序：如果給饋線供電，則必須在插入斷路器QF2之前關閉隔離開關QS2和QS3;要停止為其供電，應該在斷開QS3和QS2之前斷開QF2。檢查電路和設備時，接地開關（也稱接地刀）QS4閉合，這時更換安全接地線。對于35 kV及以上母線，每根母線應安裝1-2套接地開關或接地裝置，以確保電氣和母線維護的安全。

3 短路計算

電力系統狀態有正常運行狀態、異常運行狀態和短路故障三種。在電氣設計操作中，系統不會一直處于正常運行狀態下，會偶爾出現異常運行情況，最嚴重的故障是電路乃至整個系統的短路。當電力系統處于正常運行狀態時，中性線和中性點接地系統的相線則通過負載或阻抗來連接。

對于6 - 10 kV等大容量設備，短路電流可達到數萬甚至數十萬安培。當短路電流流通導體時，還會使導體變形甚至發生損壞。因此，選擇的各種電氣設備應具有足夠強度的電氣和機械穩定性。短路帶來的影響非常嚴重，其引起的損壞程度與短路故障的位置、類型、作用的時間有關。在此分析了變電站的設計，確定出短路點后進行分析計算，電力系統短路計算電路如圖2所示。

在計算短路之前，給定電力系統的饋線出口短路的2QF計算為2N12-101型。計算方法使用相對簡單且常用的標幺值計算。

等效電路圖基于計算出的電路圖和環路中主要元件的電抗標準值，如圖3所示。

4 結論

本文根據原始數據和實際工程應用對變壓器設計的主要布線進行了分析和選擇。在高壓側使用單母線布線，在低壓側使用單母線分段布線。在主變壓器的選擇中，首先確定變壓器的容量、數量，再由變電站的負載情況判定所使用的系數法，其中變壓器容量和相關功率因數的計算可以同時進行。本文的研究成果在實際工程中具有一定的參考價值。

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