10 kV電力增容的技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用分析

王 師

（江門市泰恒建設(shè)工程有限公司，廣東江門 529000）

隨著全球工業(yè)化和城市化的不斷推進(jìn)，電力需求正日益增長(zhǎng)。穩(wěn)定的電力系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中起著至關(guān)重要的作用，其支撐著家庭、學(xué)校、企業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。然而，隨著電力需求的不斷增加，傳統(tǒng)的電力分配和傳輸系統(tǒng)面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。在這種情況下，電力增容技術(shù)成為了一個(gè)備受關(guān)注的焦點(diǎn)。

電力增容技術(shù)的目標(biāo)是提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的容量和效率，同時(shí)減少能源浪費(fèi)和環(huán)境影響。這項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)和突破對(duì)于確保電力系統(tǒng)的可持續(xù)性和可靠性至關(guān)重要，特別是在面臨可再生能源集成、電動(dòng)汽車普及和智能城市發(fā)展等新挑戰(zhàn)的背景下。

文章結(jié)合“鶴山市共和中學(xué)用電增容改造項(xiàng)目”案例，深入探討了電力設(shè)備設(shè)施的現(xiàn)狀，并提出改進(jìn)電力增容技術(shù)的創(chuàng)新方法，這些方法將有望改善電力系統(tǒng)的性能，減少能源浪費(fèi)，降低碳排放，并提高能源的可訪問性。

電力增容技術(shù)的改進(jìn)不僅涉及工程和技術(shù)方面的創(chuàng)新，還需要深刻理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行原理和市場(chǎng)機(jī)制。通過深入研究和技術(shù)改進(jìn)，有望更好地滿足未來電力需求，并為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)和清潔能源轉(zhuǎn)型作出貢獻(xiàn)。

1 共和中學(xué)配電設(shè)備及設(shè)施現(xiàn)狀

由于共和中學(xué)新建實(shí)驗(yàn)樓及藝術(shù)樓的供電需求日益增大，原有配電室無法滿足學(xué)校新增用電，其主要原因包括供電不穩(wěn)定、負(fù)荷波動(dòng)及能源浪費(fèi)等問題，同時(shí)存在變壓器及高低壓配電設(shè)備嚴(yán)重老化、絕緣等級(jí)不滿足現(xiàn)國(guó)標(biāo)要求等情況，存在嚴(yán)重安全隱患。為提高系統(tǒng)容量和性能，確保其能正常安全運(yùn)行，保障學(xué)校用電安全，故需進(jìn)行電力增容改造。

2 電力增容技術(shù)改造的主要目的

（1）滿足增長(zhǎng)的電力需求。確保電力系統(tǒng)能滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求。

（2）提高電力系統(tǒng)可靠性。通過提高系統(tǒng)容量和性能，可提高電力系統(tǒng)的可靠性，減少停電風(fēng)險(xiǎn)。

（3）降低能源浪費(fèi)。通過改進(jìn)電力系統(tǒng)的效率，可以減少能源浪費(fèi)，提高能源的可持續(xù)性。

3 電力增容技術(shù)改造方案

新建10 kV 配電室，主供電源為共和鎮(zhèn)供電公司變電所，容量2 500 kVA。配電室安裝630 kVA 的變壓器2臺(tái)，正常運(yùn)行時(shí)只投入其中1臺(tái)變壓器，另1臺(tái)作為備用變壓器。新建10 kV 配電室投入使用后，原有10 kV 配電室退出運(yùn)行，配電室原有饋線由新建配電室轉(zhuǎn)帶，在新建配電室低壓母線上設(shè)置出線開關(guān)，饋出低壓電纜至原配電室電纜出線處續(xù)接，帶原有負(fù)荷運(yùn)行。

3.1 電氣主設(shè)備選擇

本工程選用的高低壓配電設(shè)備均為國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、普遍采用的通用型產(chǎn)品。主要配電設(shè)備明細(xì)見表1。

表1 配電設(shè)備明細(xì)

3.2 主接線方式

3.2.1 高壓一次系統(tǒng)

新建配電室高壓部分采用10 kV 單母線分段接線方式，這種方式在正常運(yùn)行時(shí)，主供電源負(fù)責(zé)承載全部負(fù)荷，當(dāng)主供電源發(fā)生故障或需要維護(hù)時(shí)，備供電源會(huì)自動(dòng)連接，繼續(xù)為全部負(fù)荷供電，兩路電源各自獨(dú)立，互不干擾，確保了供電的穩(wěn)定性和持續(xù)性，同時(shí)還設(shè)置分段開關(guān)作為檢修斷點(diǎn)使用。

（1）10 kV 電源采用單回路供電。

（2）采用高供高計(jì)，高壓計(jì)量表（CT 變比：40/5，0.2 S）1套，安裝負(fù)荷管理終端1套。

（3）計(jì)量柜配閉鎖電磁鐵，計(jì)量CT 采用0.2 S 級(jí)，計(jì)量PT 采用0.2 級(jí)（容量≥30 VA），預(yù)留二次接線及安裝位置，計(jì)量?jī)x表面板裝觀察孔，計(jì)量室門、計(jì)量CT 及PT 二次接線端子盒應(yīng)配有供電部門的鉛封裝置口，計(jì)量裝置及負(fù)荷管理終端裝置由供電部門提供，計(jì)量柜配閉鎖電磁鐵并加裝開門報(bào)警觸點(diǎn)，計(jì)量電流互感器的額定二次負(fù)荷要求為3.75～15 VA。

（4）高壓開關(guān)柜尺寸均采用800 mm×900 mm×1 900 mm。

（5）新裝高壓柜均滿足“五防”裝置要求，在柜門上加裝電磁鎖，柜后門加裝觀察窗，系統(tǒng)設(shè)置故障閉鎖裝置和故障顯示，繼保裝置留485接口并接至端子排。

（6）進(jìn)出線方式為電纜下進(jìn)線下出線方式，所有設(shè)備均應(yīng)接地良好，接地電阻不大于4 Ω，高壓柜外殼防護(hù)等級(jí)不小于IP4X。圖1為高壓一次系統(tǒng)。

圖1 高壓一次系統(tǒng)

3.2.2 低壓一次系統(tǒng)

新建配電室0.4 kV 側(cè)接線方式如下。

（1）1 號(hào)和2 號(hào)變壓器均采用單母線接線方式。在正常運(yùn)行時(shí)，1號(hào)變壓器起著主要供電作用。而2號(hào)變壓器則通過1號(hào)聯(lián)絡(luò)開關(guān)與母線相連，隨時(shí)保持與母線的連接。當(dāng)1號(hào)變壓器因維護(hù)或故障需要退出運(yùn)行時(shí)，可由2號(hào)變壓器帶母線運(yùn)行，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定。

（2）低壓進(jìn)線開關(guān)采用電動(dòng)分勵(lì)脫扣和取消失壓脫扣、分?jǐn)嗄芰Σ恍∮?5 kA，采用3段保護(hù)，所有出線回路取消失壓脫。

（3）所有開關(guān)帶分合閘狀態(tài)輔助觸點(diǎn)并接入智能儀表內(nèi)，加裝分勵(lì)脫扣。

（4）低壓配電柜采用母線槽上進(jìn)線、電纜下出線方式。

（5）電容補(bǔ)償柜選用具有諧波監(jiān)測(cè)功能的控制器，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)及自動(dòng)投切。低壓一次系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 低壓一次系統(tǒng)

（6）計(jì)量CT 采用0.2 S 級(jí)。計(jì)量室門、計(jì)量CT二次接線端子盒配有供電部門的鉛封裝置口。

（7）并網(wǎng)斷路器需裝設(shè)過載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)、剩余電流保護(hù)（500 mA），并加裝失壓脫扣線圈。

3.2.3 電力電纜

考慮電力電纜的敷設(shè)條件、用途及安全性等方面，經(jīng)計(jì)算和熱穩(wěn)定校核，主變10 kV 側(cè)電纜選用ZRC-YJV22-8.7/15 kV-3×70 mm2電力電纜，截面積為70 mm2。

3.3 電容補(bǔ)償及諧波治理

（1）電容補(bǔ)償。在本次改造方案中，針對(duì)用電高峰時(shí)段功率因數(shù)不應(yīng)低于0.9的問題，本項(xiàng)目在0.4 kV母線上各裝設(shè)電容補(bǔ)償柜1臺(tái)，用于無功補(bǔ)償。電容補(bǔ)償柜中裝設(shè)無功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器，可對(duì)電容器分步進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)投切，運(yùn)行方式靈活簡(jiǎn)便，滿足無功補(bǔ)償需要。

（2）諧波治理。針對(duì)用電設(shè)備可能產(chǎn)生的高次諧波對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)造成的危害，本項(xiàng)目在0.4 kV 母線上配備了1臺(tái)有源濾波柜進(jìn)行諧波治理。濾波裝置通過檢測(cè)電路能夠檢測(cè)出電流電壓中的畸變部分，然后產(chǎn)生與諧波成分大小相等、方向相反的諧波電流。該電流注入電網(wǎng)后，能夠抵消電網(wǎng)中的諧波，從而保護(hù)用電設(shè)備和電網(wǎng)免受諧波的危害，提高供電質(zhì)量。

3.4 10 kV開關(guān)柜保護(hù)測(cè)控

3.4.1 保護(hù)測(cè)控

10 kV 開關(guān)柜的二次保護(hù)測(cè)控采用精密的微機(jī)保護(hù)測(cè)控一體化裝置，具備高效率和精確的檢測(cè)、控制功能。針對(duì)10 kV 電源進(jìn)線柜，配置有三段式定時(shí)限過流保護(hù)，其中一段為可自投和自退的充電保護(hù)，有效保護(hù)電源進(jìn)線的穩(wěn)定性和安全性。

10 kV 變壓器柜則配備了定時(shí)限三段式過流保護(hù)及主變過溫、網(wǎng)門保護(hù)，確保變壓器的正常運(yùn)行和防止可能出現(xiàn)的異常情況。另外，10 kV 分段開關(guān)柜也具備定時(shí)限三段式過流保護(hù)，能夠有效防止因電流異常引起的設(shè)備故障。

通過這些綜合的保護(hù)措施，能夠大幅提高10 kV開關(guān)柜運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，有效降低設(shè)備故障的概率，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4.2 閉鎖回路

10 kV兩路電源不能并列運(yùn)行，本配電室10 kV主、備供電源進(jìn)線開關(guān)控制回路裝設(shè)電氣閉鎖回路，當(dāng)主供電源進(jìn)線開關(guān)在合閘狀態(tài)時(shí)，備供電源進(jìn)線開關(guān)合閘回路被閉鎖不能合閘；當(dāng)備供電源進(jìn)線開關(guān)在合閘狀態(tài)時(shí)，主供電源進(jìn)線開關(guān)合閘回路被閉鎖不能合閘。

本項(xiàng)目在變壓器10 kV 側(cè)室門上裝設(shè)微動(dòng)開關(guān)閉鎖10 kV 主變受電開關(guān)，若變壓器室門未關(guān)閉，主變受電開關(guān)不能合閘；在主變運(yùn)行時(shí)變壓器室門被閉鎖不能打開，若強(qiáng)行打開則主變受電開關(guān)跳閘。

3.5 接地及過電壓保護(hù)

（1）接地。本工程配電室內(nèi)所有電氣設(shè)備及構(gòu)架均須接地，并有可靠的接地線，接地電阻要求4 Ω以下，地網(wǎng)采用16 m 直徑鍍鋅圓鐵連接。

（2）過電壓保護(hù)。本工程過電壓保護(hù)采用在10 kV 母線上加裝避雷器。

3.6 智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)

本項(xiàng)目電力監(jiān)控系統(tǒng)改造，采用高級(jí)的智能監(jiān)控系統(tǒng)[1]，與智能綜合控制儀、微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、直流屏、中央信號(hào)屏、有源濾波及電容補(bǔ)償控制器等智能設(shè)備進(jìn)行通訊，

該智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)校配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的電氣設(shè)備配備了RS485接口及MODBUS 通訊規(guī)約。智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 智能化電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)具備以下功能：①以配電一次圖的形式直觀、清晰展示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)；②可實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓及低壓配電各回路的功率、功率因數(shù)、電流、電壓等電參數(shù)信息，便于電能管理，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、自動(dòng)化管理，無人或少人值守；③可自動(dòng)生成曲線圖、數(shù)據(jù)報(bào)表等信息，有利于統(tǒng)計(jì)配電室的用電狀況。

4 結(jié)束語

綜上所述，用電增容是滿足用電需求不斷增加的重要技術(shù)手段。隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的解決方案涌現(xiàn)出來。升級(jí)變壓器、利用高壓直流輸電技術(shù)、建立微電網(wǎng)、建設(shè)智能電網(wǎng)都是行之有效的方法。鑒于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，應(yīng)該選取合適的方法進(jìn)行實(shí)施，以最大化地提高電網(wǎng)的容量，滿足人們對(duì)電力的需求。