林化所电力增容及配电改造方案及应用

韦建军，王占军，李潇，刘军利，张蓉，薛澄波，尹玲莉

（中国林业科学研究院林产化学工业研究所）

1 引言

当代社会科技水平不断进步，人们生活水平不断提高，无论是企业、集体还是普通居民用户，对用电的需求越来越大，很多负荷偏小的变电所已经不能高质量可靠运行，因此必须对其进行增容改造、扩建，以保障人们的生活需求和社会发展进步的需求。国家对此提出了许多好的政策和办法，来满足对电能日益增长的需求，对电力系统改造提出了许多新的要求，要求电力系统必须不断随时代的进步而改善和改进，其中变电所作为供配电系统非常重要的一部分，其可靠、稳定、安全运行已成为非常关心的问题，因此电力增容及配电改造工程项目前期设计方案的选择显得尤为重要，应该采取科学合理的设计方案，从而确保其运行的可靠性和安全性[1,2]。林化所所部电力增容及配电基础设施改造项目设计改造是在原有条件基础上，创新一个最合理的设计方案，保障林化所所部变配电设备及电网安全运行。

2 林化所配电设备及设施现状

中国林业科学研究院林产化学工业研究所(简称林化所)，1960 年7 月2日建所，变电所超过运行年限，出现容量不足、设备老化、接线方式不够灵活等问题，变电所每年都需要配置大量的物力、人力和资金进行局部改造、整治，但每年都会出现新的问题，效果并不理想，与当前采用了新技术的变电所水平存在较大差距。

电力增容及配电改造的主要原因是：

①每逢冬季和夏季用电高峰期，总有变电所容量不够，拉闸限电情况出现；

②设备保护装置和供电可靠性已不能满足供电系统要求；

③林化所现有办公设施总计33310 ㎡，在建国家林业局林化产品检验检测中心大楼一栋2200 ㎡；规划研究生教学楼一栋，预计新增面积3000 ㎡；

④综合楼、食堂大楼由于建设年代较久，电气设备老化，需要更换配电箱、桥架、电气线路、电器开关等。

总之，林化所变电所现有容量已满足不了负荷要求，为了确保全所供电的可靠性和供电质量，单位向供电公司申请增容改造。

表1 设备选型要求

表2 低压开关品牌选型对照表

3 林化所电力增容与配电改造预期目标

经过项目实施，增强所部电力容量，改善电源结构，提高供电设备的经济性和可靠性，确保研究所供配电安全稳定运行，为科研生产的发展需要提供支撑。改造后的供电系统将成为“可控、稳定、高效”的供配电网络，使单位的用电在管理、控制、信息、自动化以及运行环境方面提高一个档次，以保证科研生产、职工生活的用电条件得到明显改善。

4 电力增容及配电改造设计方案[3,4,5]

依据林化所现状及十年规划，统计分析林化所负荷增长趋势，确定变电所容量增容到2000kV·A；采用10kV 高压双电源供电，计量方式采用高压高计；购置更新高压柜、低压配电柜；改造智能变配电管理系统；更换变电所输出的铝芯电缆;综合楼、食堂大楼老化配电箱、桥架、电气配线、电器开关等更换。根据单位用电负荷要求和财力可能，具体设计方案要求如下：

4.1 线路部分

①更换两路高压进线电缆，从单位变电所到10kV 进线杆塔；

②更换综合楼四路进线电缆，原有电缆为铝芯电缆，载流量满足不了供电要求，从该单位变电所到综合楼配电房；

③新铺设检验检测中心大楼四路进线电缆，从单位变电所到检验检测中心大楼配电房；

④新铺设商业街一路进线电缆，从单位变电所到商业街分支箱。

4.2 变电所部分

①更新两台1000 kV·A 干式变压器，取代原有两台630 kV·A 干式变压器；新上6 台高压环网柜，取代原有六台SF6型高压开关柜；新上13 台MNS 低压开关柜，取代原有11 台低压开关柜；确保功率因数不小于0.9，低压侧每段各设电容补偿装置1 套，每套补偿容量为300kV·A；在低压侧每段各设滤波器1 套，治理谐波污染；

②新设计配置智能变配电管理系统。

4.3 智能变配电管理系统

变配电所设智能变配电管理系统（即微机自动化系统）系统应具备以下功能：

①基于windows 操作平台，具有RS232/485 物理通讯接口；

②电网电压即使两相失电，也不影响采集、储藏、通讯；

③具有配电、变电压、过压、欠压、过载、短路保护动作报警功能；

④具有对操作人员操作的自动记录、自动生成报表功能；

⑤对采集电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、频率谐波电压、谐波电流进行综合数据处理自动生成报表、曲线及棒图。

4.4 设备选型（表1，表2）

4.5 增容改造电气设备布置及进线配置设计方案

4.5.1 变电所电气设备平面布置（图1）

变电所电气设备全部安装在室内，平面布置充分考虑到现有房屋结构及电气设备相互连接的需要，母线槽构架设计两组，引线设计两组，变压器基础设计两组，低压开关柜根据现有空间选用长宽600mm×1000mm，门头改造方便电气设备安装和运输。

4.5.2 变电所高压一次系统图（图2）

高压环网柜要求全绝缘、全密封、充气式SF6，同时具有五防闭锁功能，为方便进出，高度选用1800mm。

4.5.3 变电所低压一次系统图（图3）

低压设计方案分别从经济性、灵活性、可靠性等方面进行了比较选择，变压器配备自动温控装置及通信接口。低压进线开关和母联柜内的母联开关采用电气和钥匙联锁，实现3 合2 功能。所有数字表均需实现对电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、频率谐波电压、谐波电流等数据采集，并将数据上传至后台监控系统。

图1 变电所电气平面布置图

图2 变电所高压一次系统图

图3 变电所低压一次系统图

图4 智能化变配电监控系统

4.5.4 智能化变配电监控系统运行总画面（图4）[6]

智能化变配电监控系统实现电气参数实时监测、事故异常报警、事件记录和打印、统计报表的整理和打印、电能量成本管理和负荷监控等综合功能。该智能化变配电监控系统基本实现供电系统安全、合理、经济的运行，提高供配电系统可靠性。

5 结果与讨论

①变电所改造从实际出发，根据现有房屋结构情况、周围地形地貌情况，资金预算情况，选择确立了合理的设计方案；

②上述方案于2019 年11 月实施完成，并验收送电运行，由于前期供电需求统计较为准确，供电能力由1260kV·A提高到2000kV·A，供电能力提高近1 倍，完全满足了所部各部门的用电负荷。

③设计方案中合理的电容补偿装置提高了电网功率因数，由改造前的月平均0.7，提高到月平均0.94；

④智能化变配电监控系统方案以网络架构为基础，建立在通信信息平台基础之上，实现有效监督与控制变电所电力系统的各个工作环节，强化了用电安全，提高了变电所管理效率。