10kV變電所增容改造及其校驗(yàn)分析

徐玲艷 張茂青 葉 昕

（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021）

1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

根據(jù)客戶要求，因生產(chǎn)需要對(duì)原10kV變電站進(jìn)行增容，設(shè)計(jì)條件如下：（1）高壓進(jìn)線：10kV 目前用電量業(yè)2600kVA。 （2）低壓變壓器有兩臺(tái),TR1容量為1600kVA，TR2容量為1000kVA。

因生產(chǎn)需要將TR2增容，工期為24h，本文設(shè)計(jì)所用的參數(shù)如表1所示。

表1 TR2所用電主要負(fù)荷表

2 設(shè)計(jì)方案的選擇

本次增容工作事主要對(duì)10kV高壓部分與0.4kV低壓部分進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)方案要從運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，針對(duì)工期短、工作量大的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)比較后確定合理如下設(shè)計(jì)方案。

2.1 方案一：對(duì)既有高壓柜、低壓柜全部進(jìn)行改造

高壓部分改造內(nèi)容：對(duì)高壓進(jìn)線柜、高壓計(jì)量柜、避雷器電壓互感器柜、TR出線柜改造、同時(shí)增設(shè)五防功能。進(jìn)線柜、TR出線柜增設(shè)綜合保護(hù)器。

低壓側(cè)實(shí)行改造內(nèi)容：拆除原有1000kVA變壓器更換成1600kVA；對(duì)低壓總柜進(jìn)行改造將原有2500A開(kāi)關(guān)改造成3200A；增設(shè)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(duì)既有低壓母線改造：由2500A改造成3200A。

2.2 方案二：對(duì)需改造部分盤(pán)柜進(jìn)行更換使用成套

高壓部分：對(duì)將既存高壓柜全部拆除廢棄更換成新的成套盤(pán)柜（滿足供電部門(mén)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(pán)柜；拆除既有電容柜更換成品電容柜；增設(shè)一面低壓柜對(duì)原抽屜不進(jìn)行改造；對(duì)既有母線改造：由2500A改造成3200A。

我們比較兩種方案后得出結(jié)論：方案一充分利用既有資源,節(jié)約材料、節(jié)省成本，但是工作量大、改造過(guò)程中容易出錯(cuò)，而且設(shè)備陳舊會(huì)給日后的運(yùn)行留下隱患。方案二運(yùn)行性能高、施工簡(jiǎn)便、易檢查，但是成本比較高。結(jié)合工期緊的特點(diǎn)，考慮到如不能及時(shí)供電損失將遠(yuǎn)大于改造費(fèi)用，故選用方案二。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本變電所的電壓等級(jí)為10kV，供全廠生產(chǎn)設(shè)備、照明、空調(diào)、空壓等設(shè)備；本次改造對(duì)高壓進(jìn)線柜、計(jì)量柜、高壓出線柜、避雷器、高壓熔斷器、低壓總柜、低壓電容補(bǔ)償柜、低壓母線、低壓變壓器等進(jìn)行改造。改造后的高壓設(shè)計(jì)效果圖如圖1所示，低壓補(bǔ)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(tǒng)圖

圖2 低壓補(bǔ)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(yùn)行可靠、檢修和維護(hù)方便的要求，計(jì)算用電負(fù)荷來(lái)選擇變壓器。

計(jì)算負(fù)荷可按照下列公式近似計(jì)算：

S=照明負(fù)荷+其余負(fù)荷×0.85(kVA)

所用變壓器的容量：Se≥S=0.85∑P+P照明(kVA) 根據(jù)任務(wù)書(shū)給出的所用負(fù)荷計(jì)算：

根據(jù)容量選擇所用的變壓器型號(hào)見(jiàn)表2。

表2 變壓器型號(hào)

（2）冷卻方法選擇。變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻。考慮到冷卻系統(tǒng)的供電可靠性，要求及維護(hù)工作量，首選自然風(fēng)冷冷卻方式。

3.2 補(bǔ)償電容器的選擇

變電所對(duì)功率因數(shù)有這樣高的要求，僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法，一般不能滿足要求。因此，變電所需裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償，按供電局要求補(bǔ)償占總?cè)萘康?0%～40%分單相、三相補(bǔ)償。

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

3.3 其他主要電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)

電氣設(shè)備的選擇是變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全運(yùn)行的重要條件，在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)并注意節(jié)約，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來(lái)校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。

（1）斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的選擇及校驗(yàn)

計(jì)算額定電壓、額定電流，選用合理而又經(jīng)濟(jì)的斷路器為宜。10kV斷路器選ZN-10/1250，計(jì)算校驗(yàn)見(jiàn)表3。

計(jì)算校驗(yàn)合格，10kV斷路器選用ZN-10/1250。

高壓開(kāi)關(guān)柜的選擇：根據(jù)所選擇的形式，所選開(kāi)關(guān)柜的型號(hào)為：kYN28A-12。

表3 斷路器的計(jì)算校驗(yàn)

（2）電流互感器的選擇與校驗(yàn)

電流互感器準(zhǔn)確度級(jí)別有0.2，0.5,1.0，3.0，10等級(jí)。校驗(yàn)二次負(fù)荷或容量選取10kV側(cè)電流互感器校驗(yàn)表：LZZBJ9-10A1。

（3）電壓互感器的選擇

根據(jù)電網(wǎng)額定電壓、一次電壓、二次電壓等條件，查《常用設(shè)備手冊(cè)》，選擇電壓互感器型號(hào)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(kāi)斷容量來(lái)選擇(如表4所示)，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料得：10kV電壓互感器選用RN2-10型高壓熔斷器，其技術(shù)參數(shù)：Ue=10kV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。

表4 高壓熔斷器選擇結(jié)果

（5）接地開(kāi)關(guān)

根據(jù)短路電流計(jì)算結(jié)果選JN2-10 型（J:接地開(kāi)關(guān)，N:戶內(nèi)用，2：設(shè)計(jì)序號(hào)，10:額定工作電壓(kV)）。

（6）母線的選擇與校驗(yàn)：

選用鋁質(zhì)矩形軟導(dǎo)線，根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)體截面的允許電流還必須滿足Igmax≤kIal，最大持續(xù)工作電流為1.05倍的額定電流

選母線截面為2

10010mm× 滿足動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)（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(zhǎng)的40mm×40mm×4mm的角鋼打入地中再并聯(lián)后與引下線可靠連接。它是由金屬制成，比被保護(hù)設(shè)備高，具有良好接地的裝置，從而保護(hù)了附近比它矮的設(shè)備、建筑免受雷擊（10kV側(cè)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(shè)置人工接地網(wǎng)， 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(lái)連接各條垂直接地體形，通常成一個(gè)接地網(wǎng)，兩垂直接地體之間應(yīng)大于2.5m，以免影響散流電阻。

為適應(yīng)生產(chǎn)工藝內(nèi)室內(nèi)的要求，仍采用原來(lái)的混合照明。

3.5 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。

（1）變壓器的主保護(hù)，采用差動(dòng)保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

（2）10kV進(jìn)線保護(hù)，采用電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、一次重合閘和接地檢測(cè)。

（3）0.4kV線路保護(hù)，采用自動(dòng)頻率減負(fù)荷裝置、三相一次重合閘和小電流接地檢測(cè)動(dòng)作裝置。

（4）0.4kV電容器的保護(hù)，采用電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

4 結(jié)論

我們對(duì)改造前后的變電所進(jìn)行比較分析：改造后在高壓側(cè)增設(shè)五防功能、低壓側(cè)增加有功率補(bǔ)償，降低了無(wú)功損耗、增設(shè)信號(hào)盤(pán)，能正確反映電氣設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)故障情況及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出預(yù)報(bào)信號(hào)，可以使變電站內(nèi)值班人員或調(diào)度中心的人員及時(shí)掌握變電所的運(yùn)行情況，直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，及時(shí)了解故障情況，并迅速進(jìn)行處理，達(dá)到供電系統(tǒng)的管理科學(xué)化、規(guī)范化、及設(shè)備正常運(yùn)行。

[1] 余健明,同向前,蘇文成.供電技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.2.

[2] 盧文鵬,吳佩雄,發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.8.

[3] 丁毓山.10-220kV變電所設(shè)計(jì)[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1993.10.