城市變電站的小型化并聯(lián)電容器裝置研究

白思敬　耿建風(fēng)　李勇泉

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。文章對(duì)220kV城市中心變電站進(jìn)行了介紹，并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成進(jìn)行了分析，并闡述了并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城市變電站；小型化；并聯(lián)電容器裝置；供電密度；戶內(nèi)變電站；地下變電站

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)其周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。本文主要針對(duì)戶內(nèi)站并聯(lián)電容器裝置的小型化進(jìn)行研究。

2 220kV城市中心變電站簡(jiǎn)介

2.1 城市220kV城市戶內(nèi)變電站的基本情況

主變規(guī)模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三個(gè)電壓等級(jí)，各級(jí)電壓均為電纜出線。在配電樓內(nèi)，按電壓等級(jí)及功能分房間布置，設(shè)置變壓器室、GIS配電間、高低壓配電間、電容器室、繼電器室、蓄電池室等。220kV、110kV采用GIS布置，雙母線接線；10kV采用固定式開關(guān)柜；10kV并聯(lián)電容器采用框架電容器組。

2.2 城市220kV變電站容器組規(guī)模

在220kV變電站中，一臺(tái)主變壓器大約配置3～4組10kV電容器裝置，一個(gè)變電站大約配置9～12組，每組容量一般為6000～10000kVA。

2.3 城市戶內(nèi)站布置

城市變有一棟樓和兩棟樓兩種布置方式。全戶內(nèi)分層布置，主變壓器及10kV配電裝置，布置在一層，方便龐大笨重主變的安裝及10kV電纜出線；220kV、110kV配電裝置根據(jù)情況可以布置于底層、上層；并聯(lián)電容器裝置由于重量較輕，且電纜少，一般布置于上層。

3 并聯(lián)電容器裝置

3.1 并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成

城市220kV變電站一般采用10kV并聯(lián)電容器成套裝置。該裝置由如下六部分組成：（1）進(jìn)線隔離開關(guān)、接地開關(guān)、中性點(diǎn)接地開關(guān)；（2）串聯(lián)電抗器；（3）電容器組；（4）避雷器；（5）放電線圈；（6）圍欄。

3.2 目前城市變采用的電容器裝置

目前制造廠尚未針對(duì)戶內(nèi)變電站生產(chǎn)專用產(chǎn)品，仍采用戶外10kV電容器裝置，此系列產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：（1）電容器裝置尺寸較大（如某工程圍欄尺寸為6.5m×3.4m），操作隔開開關(guān)在3.4m這一面；（2）10kV電纜進(jìn)線位置與隔離開關(guān)同側(cè)；（3）串聯(lián)電抗器采用干式空心電抗器，也有工程采用干式鐵芯電抗器；（4）組成電容器組的電容器單位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV電容器裝置目前存在的問題

3.3.1 電容器裝置的尺寸過大：（1）在總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，單元電容器單個(gè)容量越小，單元電容器個(gè)數(shù)越多，造成體積越大；（2）限流電抗器采用干式空心電抗器，本體尺寸較大，且由于其沒有鐵芯，漏磁較大，安裝時(shí)需要考慮防磁距離，使得整套裝置增大；（3）制造廠家沒有考慮安裝在戶內(nèi)，沒有做小型化努力，也是電容器裝置尺寸較大的原因。

3.3.2 安裝方式不適應(yīng)戶內(nèi)安裝：（1）由于整體裝置尺寸過大，要占用整個(gè)配電樓一層的空間，與配電樓尺寸不匹配、不協(xié)調(diào)；（2）該裝置布置于樓上，隔離開關(guān)進(jìn)線電纜位置又遠(yuǎn)離墻體，10kV電纜直徑較大，其彎曲半徑也大，敷設(shè)不便，對(duì)下層設(shè)備層也有

影響。

3.3.3 選擇串聯(lián)電抗器沒有充分考慮對(duì)環(huán)境造成的不良影響。全戶內(nèi)站電氣設(shè)備全部安裝于戶內(nèi)，設(shè)備布置緊湊，有許多二次設(shè)備和二次電纜。另外，設(shè)備布置距離運(yùn)行人員較近，不可避免地產(chǎn)生如下情況：（1）選用干式空心串抗，外磁場(chǎng)大，可能干擾二次系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等；（2）選用干式鐵芯串抗，噪聲大，有振動(dòng)，對(duì)運(yùn)行人員產(chǎn)生噪聲干擾。

4 并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)目前城市全戶內(nèi)220kV變電站并聯(lián)電容器，我們與桂林電容器研究制造出一種小型化電容器裝置，在戶外10kV并聯(lián)電容器裝置的基礎(chǔ)上做了如下改進(jìn)：

4.1 串抗采用磁屏蔽電抗器

磁屏蔽電抗器是在干式空芯電抗器中加入鐵芯，利用鐵芯的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的特性，部分改變磁通的路徑，從而減少磁通在空氣的發(fā)散狀態(tài)。磁屏蔽電抗器與空芯電抗器相比，體積小，其體積約為空心電抗器的30%～50%；漏磁少，安裝不用考慮防磁距離，因此，大大減少安裝尺寸。與干式鐵芯電抗器相比，其重量輕、噪聲小、不振動(dòng)、價(jià)格低。

4.2 采用單體大容量電容器單元

隨著電容器制造技術(shù)的發(fā)展，電容器單元的單體容量越來(lái)越大，尤其是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)許多電容器制造廠均采用了內(nèi)熔絲全膜單元電容器技術(shù)，使得電容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造廠均有能力生產(chǎn)500kVA產(chǎn)品。以單組容量9000kVA為例，采用容量為334kVA電容器單元，需要電容器27只，若采用500kVA，僅需18只。增大電容器單體容量，既能減少電容器組整體尺寸，又節(jié)約投資。

4.3 改變隔離開關(guān)安裝位置

改變隔離開關(guān)安裝位置如圖1所示。具體來(lái)講，是改變隔離開關(guān)、電抗器與電容器的相對(duì)位置，三者成三角形布置，兩套裝置可以面對(duì)面布置，中間預(yù)留通道，方便操作隔離開關(guān)，有利于電容器裝置整體

布置。

4.4 改變電纜進(jìn)線位置

5 結(jié)語(yǔ)

城市小型化電容器裝置的研究取得以下效果，適于城市變中推廣應(yīng)用：（1）安裝尺寸小，布置方式合理，電纜安裝方便，節(jié)約建筑面積50%以上；（2）克服了漏磁對(duì)二次、通信設(shè)備的干擾以及噪聲、振動(dòng)等問題；（3）采用單體大容量電容器單元，降低了電容器造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性好。

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。文章對(duì)220kV城市中心變電站進(jìn)行了介紹，并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成進(jìn)行了分析，并闡述了并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城市變電站；小型化；并聯(lián)電容器裝置；供電密度；戶內(nèi)變電站；地下變電站

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)其周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。本文主要針對(duì)戶內(nèi)站并聯(lián)電容器裝置的小型化進(jìn)行研究。

2 220kV城市中心變電站簡(jiǎn)介

2.1 城市220kV城市戶內(nèi)變電站的基本情況

主變規(guī)模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三個(gè)電壓等級(jí)，各級(jí)電壓均為電纜出線。在配電樓內(nèi)，按電壓等級(jí)及功能分房間布置，設(shè)置變壓器室、GIS配電間、高低壓配電間、電容器室、繼電器室、蓄電池室等。220kV、110kV采用GIS布置，雙母線接線；10kV采用固定式開關(guān)柜；10kV并聯(lián)電容器采用框架電容器組。

2.2 城市220kV變電站容器組規(guī)模

在220kV變電站中，一臺(tái)主變壓器大約配置3～4組10kV電容器裝置，一個(gè)變電站大約配置9～12組，每組容量一般為6000～10000kVA。

2.3 城市戶內(nèi)站布置

城市變有一棟樓和兩棟樓兩種布置方式。全戶內(nèi)分層布置，主變壓器及10kV配電裝置，布置在一層，方便龐大笨重主變的安裝及10kV電纜出線；220kV、110kV配電裝置根據(jù)情況可以布置于底層、上層；并聯(lián)電容器裝置由于重量較輕，且電纜少，一般布置于上層。

3 并聯(lián)電容器裝置

3.1 并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成

城市220kV變電站一般采用10kV并聯(lián)電容器成套裝置。該裝置由如下六部分組成：（1）進(jìn)線隔離開關(guān)、接地開關(guān)、中性點(diǎn)接地開關(guān)；（2）串聯(lián)電抗器；（3）電容器組；（4）避雷器；（5）放電線圈；（6）圍欄。

3.2 目前城市變采用的電容器裝置

目前制造廠尚未針對(duì)戶內(nèi)變電站生產(chǎn)專用產(chǎn)品，仍采用戶外10kV電容器裝置，此系列產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：（1）電容器裝置尺寸較大（如某工程圍欄尺寸為6.5m×3.4m），操作隔開開關(guān)在3.4m這一面；（2）10kV電纜進(jìn)線位置與隔離開關(guān)同側(cè)；（3）串聯(lián)電抗器采用干式空心電抗器，也有工程采用干式鐵芯電抗器；（4）組成電容器組的電容器單位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV電容器裝置目前存在的問題

3.3.1 電容器裝置的尺寸過大：（1）在總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，單元電容器單個(gè)容量越小，單元電容器個(gè)數(shù)越多，造成體積越大；（2）限流電抗器采用干式空心電抗器，本體尺寸較大，且由于其沒有鐵芯，漏磁較大，安裝時(shí)需要考慮防磁距離，使得整套裝置增大；（3）制造廠家沒有考慮安裝在戶內(nèi)，沒有做小型化努力，也是電容器裝置尺寸較大的原因。

3.3.2 安裝方式不適應(yīng)戶內(nèi)安裝：（1）由于整體裝置尺寸過大，要占用整個(gè)配電樓一層的空間，與配電樓尺寸不匹配、不協(xié)調(diào)；（2）該裝置布置于樓上，隔離開關(guān)進(jìn)線電纜位置又遠(yuǎn)離墻體，10kV電纜直徑較大，其彎曲半徑也大，敷設(shè)不便，對(duì)下層設(shè)備層也有

影響。

3.3.3 選擇串聯(lián)電抗器沒有充分考慮對(duì)環(huán)境造成的不良影響。全戶內(nèi)站電氣設(shè)備全部安裝于戶內(nèi)，設(shè)備布置緊湊，有許多二次設(shè)備和二次電纜。另外，設(shè)備布置距離運(yùn)行人員較近，不可避免地產(chǎn)生如下情況：（1）選用干式空心串抗，外磁場(chǎng)大，可能干擾二次系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等；（2）選用干式鐵芯串抗，噪聲大，有振動(dòng)，對(duì)運(yùn)行人員產(chǎn)生噪聲干擾。

4 并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)目前城市全戶內(nèi)220kV變電站并聯(lián)電容器，我們與桂林電容器研究制造出一種小型化電容器裝置，在戶外10kV并聯(lián)電容器裝置的基礎(chǔ)上做了如下改進(jìn)：

4.1 串抗采用磁屏蔽電抗器

磁屏蔽電抗器是在干式空芯電抗器中加入鐵芯，利用鐵芯的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的特性，部分改變磁通的路徑，從而減少磁通在空氣的發(fā)散狀態(tài)。磁屏蔽電抗器與空芯電抗器相比，體積小，其體積約為空心電抗器的30%～50%；漏磁少，安裝不用考慮防磁距離，因此，大大減少安裝尺寸。與干式鐵芯電抗器相比，其重量輕、噪聲小、不振動(dòng)、價(jià)格低。

4.2 采用單體大容量電容器單元

隨著電容器制造技術(shù)的發(fā)展，電容器單元的單體容量越來(lái)越大，尤其是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)許多電容器制造廠均采用了內(nèi)熔絲全膜單元電容器技術(shù)，使得電容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造廠均有能力生產(chǎn)500kVA產(chǎn)品。以單組容量9000kVA為例，采用容量為334kVA電容器單元，需要電容器27只，若采用500kVA，僅需18只。增大電容器單體容量，既能減少電容器組整體尺寸，又節(jié)約投資。

4.3 改變隔離開關(guān)安裝位置

改變隔離開關(guān)安裝位置如圖1所示。具體來(lái)講，是改變隔離開關(guān)、電抗器與電容器的相對(duì)位置，三者成三角形布置，兩套裝置可以面對(duì)面布置，中間預(yù)留通道，方便操作隔離開關(guān)，有利于電容器裝置整體

布置。

4.4 改變電纜進(jìn)線位置

5 結(jié)語(yǔ)

城市小型化電容器裝置的研究取得以下效果，適于城市變中推廣應(yīng)用：（1）安裝尺寸小，布置方式合理，電纜安裝方便，節(jié)約建筑面積50%以上；（2）克服了漏磁對(duì)二次、通信設(shè)備的干擾以及噪聲、振動(dòng)等問題；（3）采用單體大容量電容器單元，降低了電容器造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性好。

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。文章對(duì)220kV城市中心變電站進(jìn)行了介紹，并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成進(jìn)行了分析，并闡述了并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城市變電站；小型化；并聯(lián)電容器裝置；供電密度；戶內(nèi)變電站；地下變電站

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市供電密度進(jìn)一步增大，220kV變電站開始深入城市中心，并隨著城市的發(fā)展逐步增加。城市變電站的建設(shè)需適應(yīng)其周圍環(huán)境，并注意節(jié)約占地，一般采用全戶內(nèi)的形式，也有采用地下變電站的形式。本文主要針對(duì)戶內(nèi)站并聯(lián)電容器裝置的小型化進(jìn)行研究。

2 220kV城市中心變電站簡(jiǎn)介

2.1 城市220kV城市戶內(nèi)變電站的基本情況

主變規(guī)模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三個(gè)電壓等級(jí)，各級(jí)電壓均為電纜出線。在配電樓內(nèi)，按電壓等級(jí)及功能分房間布置，設(shè)置變壓器室、GIS配電間、高低壓配電間、電容器室、繼電器室、蓄電池室等。220kV、110kV采用GIS布置，雙母線接線；10kV采用固定式開關(guān)柜；10kV并聯(lián)電容器采用框架電容器組。

2.2 城市220kV變電站容器組規(guī)模

在220kV變電站中，一臺(tái)主變壓器大約配置3～4組10kV電容器裝置，一個(gè)變電站大約配置9～12組，每組容量一般為6000～10000kVA。

2.3 城市戶內(nèi)站布置

城市變有一棟樓和兩棟樓兩種布置方式。全戶內(nèi)分層布置，主變壓器及10kV配電裝置，布置在一層，方便龐大笨重主變的安裝及10kV電纜出線；220kV、110kV配電裝置根據(jù)情況可以布置于底層、上層；并聯(lián)電容器裝置由于重量較輕，且電纜少，一般布置于上層。

3 并聯(lián)電容器裝置

3.1 并聯(lián)電容器裝置的構(gòu)成

城市220kV變電站一般采用10kV并聯(lián)電容器成套裝置。該裝置由如下六部分組成：（1）進(jìn)線隔離開關(guān)、接地開關(guān)、中性點(diǎn)接地開關(guān)；（2）串聯(lián)電抗器；（3）電容器組；（4）避雷器；（5）放電線圈；（6）圍欄。

3.2 目前城市變采用的電容器裝置

目前制造廠尚未針對(duì)戶內(nèi)變電站生產(chǎn)專用產(chǎn)品，仍采用戶外10kV電容器裝置，此系列產(chǎn)品有如下特點(diǎn)：（1）電容器裝置尺寸較大（如某工程圍欄尺寸為6.5m×3.4m），操作隔開開關(guān)在3.4m這一面；（2）10kV電纜進(jìn)線位置與隔離開關(guān)同側(cè)；（3）串聯(lián)電抗器采用干式空心電抗器，也有工程采用干式鐵芯電抗器；（4）組成電容器組的電容器單位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV電容器裝置目前存在的問題

3.3.1 電容器裝置的尺寸過大：（1）在總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，單元電容器單個(gè)容量越小，單元電容器個(gè)數(shù)越多，造成體積越大；（2）限流電抗器采用干式空心電抗器，本體尺寸較大，且由于其沒有鐵芯，漏磁較大，安裝時(shí)需要考慮防磁距離，使得整套裝置增大；（3）制造廠家沒有考慮安裝在戶內(nèi)，沒有做小型化努力，也是電容器裝置尺寸較大的原因。

3.3.2 安裝方式不適應(yīng)戶內(nèi)安裝：（1）由于整體裝置尺寸過大，要占用整個(gè)配電樓一層的空間，與配電樓尺寸不匹配、不協(xié)調(diào)；（2）該裝置布置于樓上，隔離開關(guān)進(jìn)線電纜位置又遠(yuǎn)離墻體，10kV電纜直徑較大，其彎曲半徑也大，敷設(shè)不便，對(duì)下層設(shè)備層也有

影響。

3.3.3 選擇串聯(lián)電抗器沒有充分考慮對(duì)環(huán)境造成的不良影響。全戶內(nèi)站電氣設(shè)備全部安裝于戶內(nèi)，設(shè)備布置緊湊，有許多二次設(shè)備和二次電纜。另外，設(shè)備布置距離運(yùn)行人員較近，不可避免地產(chǎn)生如下情況：（1）選用干式空心串抗，外磁場(chǎng)大，可能干擾二次系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等；（2）選用干式鐵芯串抗，噪聲大，有振動(dòng)，對(duì)運(yùn)行人員產(chǎn)生噪聲干擾。

4 并聯(lián)電容器裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)目前城市全戶內(nèi)220kV變電站并聯(lián)電容器，我們與桂林電容器研究制造出一種小型化電容器裝置，在戶外10kV并聯(lián)電容器裝置的基礎(chǔ)上做了如下改進(jìn)：

4.1 串抗采用磁屏蔽電抗器

磁屏蔽電抗器是在干式空芯電抗器中加入鐵芯，利用鐵芯的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的特性，部分改變磁通的路徑，從而減少磁通在空氣的發(fā)散狀態(tài)。磁屏蔽電抗器與空芯電抗器相比，體積小，其體積約為空心電抗器的30%～50%；漏磁少，安裝不用考慮防磁距離，因此，大大減少安裝尺寸。與干式鐵芯電抗器相比，其重量輕、噪聲小、不振動(dòng)、價(jià)格低。

4.2 采用單體大容量電容器單元

隨著電容器制造技術(shù)的發(fā)展，電容器單元的單體容量越來(lái)越大，尤其是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)許多電容器制造廠均采用了內(nèi)熔絲全膜單元電容器技術(shù)，使得電容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造廠均有能力生產(chǎn)500kVA產(chǎn)品。以單組容量9000kVA為例，采用容量為334kVA電容器單元，需要電容器27只，若采用500kVA，僅需18只。增大電容器單體容量，既能減少電容器組整體尺寸，又節(jié)約投資。

4.3 改變隔離開關(guān)安裝位置

改變隔離開關(guān)安裝位置如圖1所示。具體來(lái)講，是改變隔離開關(guān)、電抗器與電容器的相對(duì)位置，三者成三角形布置，兩套裝置可以面對(duì)面布置，中間預(yù)留通道，方便操作隔離開關(guān)，有利于電容器裝置整體

布置。

4.4 改變電纜進(jìn)線位置

5 結(jié)語(yǔ)

城市小型化電容器裝置的研究取得以下效果，適于城市變中推廣應(yīng)用：（1）安裝尺寸小，布置方式合理，電纜安裝方便，節(jié)約建筑面積50%以上；（2）克服了漏磁對(duì)二次、通信設(shè)備的干擾以及噪聲、振動(dòng)等問題；（3）采用單體大容量電容器單元，降低了電容器造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性好。