廈門配電網(wǎng)設(shè)備選型的探討

摘? 要：堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)是智慧城市各個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，是智慧能源系統(tǒng)的主要載體。配電變壓器、10kV開關(guān)柜選型是堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，其選型原則是關(guān)乎配電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的重要而復(fù)雜的問題。本文通過對廈門地區(qū)已有配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況分析，對配電變壓器、10kV開關(guān)柜不類型優(yōu)劣比對分析，結(jié)合配電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)發(fā)展水平，提出適合廈門地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)主要設(shè)備的選型原則。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);設(shè)備選型;配電變壓器;10kV開關(guān)柜

中圖分類號：TM4;TM727? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）24-0039-05

Abstract：Strong distribution network is the foundation of all systems construction of smart city，and the main carrier of smart energy system. The selection of distribution transformer and 10kV switchgear is an important link in the construction of a strong distribution network. Its selection principle is an important and complex issue concerning the quality of distribution network construction. Based on the analysis of the operation of existing distribution network equipment in Xiamen，the advantages and disadvantages of different types of distribution transformers and 10kV switchgear are compared and analyzed. Combining with the development level of distribution network equipment technology，the selection principle of main equipment suitable for the construction of distribution network in Xiamen is put forward.

Keywords：distribution network;equipment selection;distribution transformer;10kV switchgear

0? 引? 言

近年來，隨著國家城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，城市電網(wǎng)發(fā)展迅速，社會各方面對供電可靠性的要求也不斷提高。一流城市迫切需要一流配網(wǎng)支撐，配電網(wǎng)作為城市發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施，面臨新的發(fā)展機(jī)遇[1]。文獻(xiàn)[2]提出，將配電網(wǎng)發(fā)展納入城鄉(xiāng)整體規(guī)劃，進(jìn)一步加強(qiáng)城市配電網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各電壓等級協(xié)調(diào)發(fā)展。國網(wǎng)廈門供電公司提出，全面推動(dòng)建設(shè)世界一流城市配電網(wǎng)提速，高標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)打造世界一流配電網(wǎng)綜合示范區(qū)，制定了全市供電可靠率99.982%的目標(biāo)。但傳統(tǒng)配電網(wǎng)建設(shè)中存在一個(gè)突出的問題，即重建設(shè)數(shù)量，輕建設(shè)質(zhì)量，對配電網(wǎng)主要設(shè)備選型不合理或盲目追求大而全的問題沒有引起重視。作為沿海城市的廈門也急需解決配電網(wǎng)主要設(shè)備選型的科學(xué)性和合理性問題，以提高配電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量。

本文主要從配電變壓器和10kV開關(guān)柜的設(shè)備選型入手，遵循資產(chǎn)全壽命周期成本最小的原則，對比分析不同類型設(shè)備各方面的優(yōu)劣，進(jìn)行對廈門地區(qū)配電網(wǎng)設(shè)備選型的探討。

1? 現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1? 配網(wǎng)基本情況

截至2017年底，廈門地區(qū)共有10kV饋線1793條，長度8311.564km，其中架空線路1944.788km，電纜線路6366.776km，電纜化率76.6%。配電站房7137座，其中10kV開關(guān)站711座，配電室1957座，環(huán)網(wǎng)柜2876座，箱式變電站1593座。

廈門配電站房內(nèi)在運(yùn)10kV開關(guān)柜共有27719臺。按滅弧介質(zhì)分類，主要是采用真空與SF6氣體滅弧，分別占31.52%和68.485%。;按開關(guān)類型分類，主要是負(fù)荷開關(guān)柜和斷路器柜，分別占52.73%和47.273%。;按柜內(nèi)絕緣分類，主要是空氣絕緣和SF6氣體絕緣，分別占31.5%和68.5%，如表1所示。

按制造商類別統(tǒng)計(jì)，空氣絕緣斷路器柜共7363臺，其中合資品牌占比26.73%，國產(chǎn)品牌占比73.27%;SF6氣體絕緣斷路器柜共5739臺，其中合資品牌占比90.00%，國產(chǎn)品牌占比10.00%;空氣絕緣負(fù)荷開關(guān)柜共1374臺，全部為國產(chǎn)品牌;SF6氣體絕緣負(fù)荷開關(guān)柜共13243臺，其中合資品牌占比93.00%，國產(chǎn)品牌占比7.00%，如表2所示。

10kV城市配電變壓器共7723臺，如表3所示。配電變壓器中以三相變?yōu)橹?，共?694臺、占99.62%。S7（含S8）型及以下高損配變13臺，占比0.17%。

1.2? 配電站房設(shè)備故障分析

2015—2017年，配電站房及其附屬設(shè)備故障共有218次，主要是由于開關(guān)柜保護(hù)裝置或變壓器溫控等二次設(shè)備老化、開關(guān)柜操作機(jī)構(gòu)或熔絲老化等原因引起。其中質(zhì)量原因引起故障共有84次，主要是運(yùn)行5年以上的國產(chǎn)品牌開關(guān)柜操作機(jī)構(gòu)或熔絲老化;變壓器絕緣缺陷內(nèi)部擊穿;個(gè)別變壓器抗短路能力差，低壓短路后絕緣破壞等，如表4所示。

1.3? 配電站房設(shè)備缺陷情況

2015—2017年，配電站房及其附屬設(shè)備缺陷共1812次，主要是接地銅排被盜、墻體滲水、孔洞封堵、變壓器接頭發(fā)熱、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)卡澀、開關(guān)柜帶電指示器及位置指示器等元件損壞等，如表5所示。

1.4? 配電站房運(yùn)行方面存在問題

廈門地處沿海地區(qū)，配電站房較之變電站運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，空氣絕緣開關(guān)柜易受鹽霧潮濕氣候影響，開關(guān)柜內(nèi)母線、地刀操作機(jī)構(gòu)、開關(guān)手車動(dòng)靜觸頭等易出現(xiàn)受潮和氧化銹蝕，嚴(yán)重時(shí)將引起絕緣下降而導(dǎo)致短路擊穿。較為典型的有：運(yùn)行中曾發(fā)現(xiàn)航空城#1開關(guān)站、地下車庫開關(guān)站等一級開關(guān)站全站出現(xiàn)嚴(yán)重的受潮、銹蝕現(xiàn)象，由于更換配件多、維修量大且無法杜絕設(shè)備再次發(fā)生銹蝕，最終進(jìn)行全站改造，更換為SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜。HXGN、XGN等國產(chǎn)品牌空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜，在運(yùn)行操作中出現(xiàn)過多起操作機(jī)構(gòu)卡澀、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪斷裂、儲能電機(jī)燒毀等故障，這類設(shè)備往往廠家各異、備品備件缺乏，不利于設(shè)備維護(hù)。尤其是早期的刀閘與開關(guān)聯(lián)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)機(jī)械操作性能極不穩(wěn)定，各部分機(jī)構(gòu)配合公差較大，曾數(shù)次出現(xiàn)刀閘操作機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)問題，易造成帶負(fù)荷拉刀閘，存在極大安全隱患。國產(chǎn)品牌SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的電氣二次及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障率較高，維護(hù)成本較高，個(gè)別柜體出現(xiàn)過漏氣導(dǎo)致內(nèi)部絕緣不足以致炸毀的故障，柜體的設(shè)計(jì)及制造工藝有待改進(jìn)。

位于地下室的部分配電站房，位置處于防洪標(biāo)高以下或處于內(nèi)澇區(qū)域，無法滿足防洪排澇要求。洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，洪水、內(nèi)澇、風(fēng)暴潮倒灌造成電網(wǎng)設(shè)備被淹導(dǎo)致故障，加大了災(zāi)害損失程度。

配電變壓器部分生產(chǎn)廠家存在線圈以鋁代銅、容量以小充大、鐵芯以次充好等偷工減料現(xiàn)象或其他生產(chǎn)制造工藝問題。配電室附設(shè)在居民樓主體建筑內(nèi)，由于變壓器振動(dòng)引發(fā)噪聲，導(dǎo)致居民投訴，雖通過傳統(tǒng)措施進(jìn)行隔音降噪，但效果仍不理想。近期海滄區(qū)試點(diǎn)采用在變壓器基礎(chǔ)下方設(shè)置彈簧減振裝置，變壓器出線母線采用軟連接等措施，使變壓器噪聲擾民現(xiàn)象得到有效控制，但由于改造需要停電進(jìn)行，不易在已投運(yùn)的變壓器推廣。非晶合金變壓器的噪聲擾民更加突出，由于其鐵芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，噪聲較大，安裝于臨近居民區(qū)的地段也引起多次居民噪聲投訴。

2? 配網(wǎng)設(shè)備選型

配網(wǎng)設(shè)備選型應(yīng)該遵循資產(chǎn)全壽命周期成本最小的原則，分析由投資成本、運(yùn)行成本、檢修維護(hù)成本、故障成本和退役處置成本等組成的資產(chǎn)壽命周期成本最小化。文獻(xiàn)[3]定義規(guī)定，配電站房包括開閉所、配電站、環(huán)網(wǎng)站、配電室、箱式變電站等。配電站房主要電氣設(shè)備有配電變壓器、10kV開關(guān)柜、0.4kV開關(guān)柜及相關(guān)二次輔助設(shè)備等，配電變壓器和10kV開關(guān)柜的選型尤其重要，本文主要針對配電網(wǎng)中配電變壓器、10kV開關(guān)柜的設(shè)備選型分析探討。

2.1? 配電變壓器選型

配電變壓器按絕緣耐熱等級分類，可分為干式變壓器和油浸式變壓器;按鐵芯材質(zhì)分類，可分為電工鋼片（硅鋼片）變壓器和非晶合金變壓器。現(xiàn)對不同類型配電變壓器選型方案進(jìn)行對比，如表6所示。

配電變壓器應(yīng)按照“小容量、密布點(diǎn)、短半徑”的原則配置，應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，配電變壓器選型原則應(yīng)統(tǒng)籌考慮表6中不同類型變壓器的優(yōu)勢，選擇適合工程實(shí)際的類型，此外還應(yīng)考慮安全運(yùn)行、供電可靠性、供電質(zhì)量、抗短路能力、噪聲等因素。

（1）為了杜絕配電變壓器生產(chǎn)廠家線圈以鋁代銅、鐵芯以次充好或其他生產(chǎn)制造工藝問題。配電變壓器應(yīng)選用國產(chǎn)知名品牌或者國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌，并加強(qiáng)對配電變壓器的質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量檢測。

（2）為了合理控制低壓供電半徑，縮小停電范圍，提高供電可靠性，變電所內(nèi)的變壓器單臺容量不宜大于1250kVA[4、7]。裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當(dāng)任意一臺變壓器斷開時(shí)，其余變壓器的容量應(yīng)能滿足全部一級負(fù)荷及二級負(fù)荷的用電[7]。

（3）配電變壓器的聯(lián)絡(luò)組別采用Dyn11[4、5、8、9]，減少諧波對電網(wǎng)的影響，改善供電質(zhì)量。

（4）大容量的配電變壓器的低壓繞組應(yīng)采用銅箔線圈，增強(qiáng)變壓器承受短路的能力。

（5）臨近居民區(qū)等噪聲敏感區(qū)域配電變壓器應(yīng)選用低噪聲的硅鋼片變壓器，在不滿足噪聲要求的情況下，變壓器基礎(chǔ)應(yīng)配置彈簧減振裝置、母線出線采用軟連接等措施。城市照明、小型商鋪、餐飲等用戶以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等非噪聲敏感供電區(qū)域，年平均負(fù)載率低于40%的用電負(fù)荷，可優(yōu)先采用非晶合金配電變壓器。

（6）箱式變電站一般用于臨時(shí)用電、施工用電、市政戶外公共設(shè)施供電或改造項(xiàng)目條件受限等場所，其單臺變壓器容量一般不宜超過630kVA。

（7）為保證配電變壓器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，延長配電變壓器壽命，配電變壓器的負(fù)載率宜按0.85進(jìn)行設(shè)計(jì)選型[4、5]。

2.2? 10kV開關(guān)柜選型

配電網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)龐大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)變化快的特點(diǎn)，給龐大配電網(wǎng)的潮流計(jì)算和短路電流計(jì)算造成困難和不確定性。為了簡化工程計(jì)算，在配電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)，短路電流一般直接按區(qū)域供電110kV及以上的變電站的10kV側(cè)短路電流進(jìn)行校驗(yàn)。因此，校驗(yàn)110kV及以上的變電站的10kV側(cè)短路電流值，應(yīng)綜合考慮整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)展遠(yuǎn)景和綜合經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)對變電站10kV側(cè)短路電流限定值做了規(guī)定，如表7所示。在實(shí)際工程設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)參照表7中的短路電流限定值，且應(yīng)考慮所選開關(guān)柜類型的行業(yè)制造水平、開關(guān)設(shè)備短路開斷水平，并留有裕度，例如短路電流限定值為20kA時(shí)，設(shè)備一般可按25kA標(biāo)準(zhǔn)來選取，但如果所選類型的開關(guān)行業(yè)普遍遮斷容量是20kA時(shí)，可直接選擇20kA即可。

在10kV配電變壓器的保護(hù)方式的選擇中，負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器具有保護(hù)動(dòng)作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的優(yōu)勢，在配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器，通過負(fù)荷開關(guān)負(fù)責(zé)關(guān)合正常電流或轉(zhuǎn)移電流的開斷，通過熔斷器切斷回路的過載電流和短路電流，從而替代斷路器作為配電變壓器的保護(hù)。負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器保護(hù)性能取決于組合電器的轉(zhuǎn)移電流值，轉(zhuǎn)移電流值近似等于負(fù)荷開關(guān)固有分閘時(shí)間的0.9倍時(shí)在熔斷器的時(shí)間-電流特性曲線上的值。因此，配電變壓器選擇負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器作為保護(hù)，應(yīng)綜合負(fù)荷開關(guān)的性能和與之配合的熔斷器時(shí)間-電流特性曲線是否合理等因素。其配電變壓器的保護(hù)及控制開關(guān)，在文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]中做了規(guī)定：

（1）配電變壓器容量為800kVA及以上的油浸式變壓器及容量大于1000kVA的干式變壓器，應(yīng)選用斷路器作為變壓器的控制開關(guān)，配置保護(hù)繼電器裝置作為保護(hù)。

（2）配電變壓器容量小于800kVA的油浸式變壓器及容量為1000kVA及以下的干式變壓器，可選用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器保護(hù)。

10kV開關(guān)柜按開關(guān)柜絕緣類型分類，可分空氣絕緣、氣體絕緣、固體絕緣;按品牌定位分類，可分國產(chǎn)品牌和合資品牌?，F(xiàn)對不同類型10kV開關(guān)柜選型方案進(jìn)行對比，如表8所示。

綜合表8匯總比較分析，考慮廈門地區(qū)現(xiàn)有配電站房運(yùn)行情況分析等因素。并結(jié)合現(xiàn)有10kV開關(guān)柜的類型及主要參數(shù)，10kV開關(guān)柜可按下列主要原則選擇。

（1）A+、A供電區(qū)域10kV開關(guān)柜應(yīng)優(yōu)先選用長壽命、免維護(hù)、運(yùn)行可靠的國際知名品牌，A+供電區(qū)域的開關(guān)站可推廣智能開關(guān)柜，實(shí)現(xiàn)全站程序化操作。

（2）B供電區(qū)域10kV開關(guān)柜可適當(dāng)選用長壽命、運(yùn)行可靠的國產(chǎn)知名品牌或國際知名品牌。

（3）設(shè)在地上一層配電站房的10kV開關(guān)柜可選用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜（空氣絕緣），也可選SF6氣體全絕緣開關(guān)柜、固體絕緣開關(guān)柜。

（4）設(shè)在地下一層或潮濕配電站房的10kV開關(guān)柜應(yīng)選用SF6氣體全絕緣開關(guān)柜和固體絕緣開關(guān)柜，當(dāng)配電站房沒有直接排向室外的獨(dú)立機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選用固體絕緣開關(guān)柜。

（5）戶外環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)考慮運(yùn)行環(huán)境較為惡劣、空間較為緊湊等因素，應(yīng)選用國際知名品牌SF6全絕緣免維護(hù)環(huán)網(wǎng)柜，同步具備電動(dòng)操作及通信自動(dòng)化功能。戶外環(huán)網(wǎng)柜外殼具有防腐蝕、隔熱等性能。

3? 結(jié)? 論

隨著智慧城市建設(shè)不斷推進(jìn)，堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)是智慧城市各個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，是智慧能源系統(tǒng)的主要載體。2017年以來，國家電網(wǎng)世界一流城市配電網(wǎng)建設(shè)在廈門試點(diǎn)，并與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、配電資產(chǎn)國際對標(biāo)工作相融共進(jìn)，為廈門持續(xù)邁向現(xiàn)代化、國際化提供優(yōu)質(zhì)可靠電能。推動(dòng)基礎(chǔ)網(wǎng)架的整體升級，提高配電網(wǎng)的裝備水平，提升配電網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)“一步到位、設(shè)備先進(jìn)、智能可靠”的目標(biāo)。

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作者簡介：黃劍榮（1979.08-），男，漢族，福建三明人，工程師，本科，研究方向：電氣設(shè)計(jì)、智能配電網(wǎng)。