10kV箱式变电站配置与工作原理

邱满凤

国家广播电视总局五八二台

1 概况

KYN48-12型户内金属铠装中置式手车高压开关柜（以下简称高压开关柜），用于10kV、三相交流50Hz、双母线分段系统，具备“五防”功能。我台10kV 箱式变电站涵盖10kV 高压供电系统、电力变压器、低压系统、室内照明系统、防雷接地系统和消防报警控制系统等。

图1 箱式变电站外观

2 型号含义

2.1 开关柜结构

开关柜由柜体和手车两部分组成。柜体的外壳与其他功能结构之间需要使用隔板进行分离，常用材料为敷铝锌钢板，该材料在使用过程中，具备了较强的机械强度，并且材料的耐腐蚀性能和抗氧化性能较强。在柜体的制作过程中，选用了螺栓结构进行拼装，其尺寸参数的稳定性相对较强，借助隔板可以将柜体分为若干个功能区，每个功能分区配有独立接地设施。由于台区狭小限制，我台开关柜采用高压柜靠墙安装，高压柜和低压柜子前共用检修空间的方式。

2.2 手车室

根据用途不同，手车柜分为电源进线和馈电用的断路器手车、隔离手车、计量手车、电压互感器和避雷器手车等，且同类规格的手车可以自由互换。

在对手车进行推入或者退出操作时，需要依托于袋运转车来完成，目前常用的运转车底部转轮属于万向转轮，可根据情况进行只有变向。而运转车的顶部则携带了有轨道的托盘，在运转车四个边角位置处放置了四个调节手轮，在转动手轮时可以对托盘的升降状态进行调整，这也可以便于柜体和导轨之间的顺利衔接，确保后续工作的顺利开展。

为了保证手车的平稳推入与退出，转运车与柜体间分别设置了左右两个导向杆（导向孔）和中间锁杆（锁孔），位置一一对应。在手车准备执行进入或退出指令时，转运车会提前移动到柜体前，对于轮子的高度进行调整，使其和导轨的高度保持一致，随后再对其他部分进行调整，利用锁钩来对柜体结构进行固定，使其可以和转运车紧密关联在一起，随后可以继续操作完成既定指令。

推入前，首先将手车置于转运车的托盘上，并向内侧底盘车上左右侧锁杆（把手），使手车锁定于托盘左右两侧的定位柱和挡板间，然后，将手车推至柜前，进行调节与锁定。

推入时，先用手向内侧拨动锁杆与手车托盘解锁。接着将断路器小车直接推入断路器小室内，松开双手，并锁定在试验/断开位置。此时，可对手车进行推入操作。操作时，先将手把操作孔的闭锁盖板，向左拨动，再插入手把，即可摇动手车至工作位置。

根据防误操作的需要，盖板向左拨动的同时，通过一传动连杆，将机构的跳闸铁芯顶起，使断路器分闸，因此，当断路器手车在从试验位置摇至工作位置或从工作位置退至试验位置过程中，断路器始终处于分闸状态。

注意：操作前，必须先将断路器分闸，可通过拨动紧急解锁板来完成。手车所处的位置及断路器分、合闸指示和储能状况的指示，可通过观察窗观察，也可以通过低压室面板上的手车位置指示器和储能状况信号灯、分合闸指示灯观察。

2.3 电缆室

采用柜前维护方式。电缆室内装电流互感器、接地开关、避雷器。将手车和手车室与电缆室之间的水平隔板抽出后，施工人员能从正面进入开关柜内安装电缆和接线。电缆室底部配备了开缝可卸的不锈钢封板，与电缆沟隔离，确保现场施工与维护的方便。手车室和电缆室内，安装了加热器，以防止凝露的产生。

2.4 母线室

系统水平母线通过母线室。相邻柜母线室之间采用金属隔板和绝缘套管隔离，能有效防止事故蔓延。水平母线穿越绝缘套管，并且通过绝缘套管固定、支撑。垂直的分支母线通过螺栓连接于主母线和静触头盒。全部母线用热缩绝缘套管套包。母线连接处，用绝缘盒覆盖。

2.5 继电器室

继电器室用于安装各类继电器、仪表、信号指示灯、压板（连接片）、端子排、操作开关等元器件。

2.6 五防设施

（1）仪表、继电器室门上，装有提示性的按钮或者带钥匙的KK型转换开关或编码插座，以防误合、误分断路器。

（2）手车在试验或工作位置时，断路器才能进行合、分闸操作，一旦断路器合闸后，手车将无法从工作位置拉出或从试验位置推入，防止带负荷推拉断路器手车。

当断路器手车在试验、工作位置之间时，断路器不能进行合闸。

断路器手车虽处于试验或工作位置，如没有控制电压，此时不能合闸，仅能手动分闸。

断路器手车在工作位置时，二次插头被锁定，不能拔掉。

（3）当接地开关在分闸状态时，断路器手车才能从试验或断开位置移至工作位置，或从工作位置移至试验或断开位置，防止带接地线误合断路器。

（4）当断路器手车处于试验或断开位置时，接地开关才能进行合闸操作（接地开关带电压显示装置），防止带电误合接地开关。

（5）接地开关处于分闸位置时，下门及后门都无法打开，防止误入带电间隔。

2.7 使用连锁的注意事项

开关柜以机械连锁为主，辅之以电器连锁而实现其闭锁功能。使用中，操作程序应和连锁程序相符，以防误操作事故的发生。

前下门与接地开关的连锁在正常运行时，柜前下门是被接地开关操作轴上的一个锁杆锁住的。如确有必要开启柜下门，观察电缆室的状况时，在接地开关分闸的情况下，可通过紧急解锁装置（指柜下门连锁）来实现。

解锁程序是：先拨开柜下门上的解锁孔，然后用一把螺丝刀将柜内右前侧的锁杆压下，此时，即可将柜下门打开。

紧急解锁的使用必须慎重，不宜经常使用。使用时，也要采取必要的防护措施，一旦处理完毕，应立即回复连锁状态。

3 供电

3.1 负荷等级及容量

一级负荷用户，采用两路10kV 高压供电（582 台一路，上级站为前门站；582台二路，上级站为天坛站），分列运行的方式，当一路电源发生故障时，不影响第二路电源供电。变压器容量：2×630kVA，合计1260kVA。

图2 高压供电系统图

3.2 运行方式

两路10kV电缆供电，互为联络。高压联络柜（245和245-5）工作常态处于断开状态（日常将245手车摇出具有明显断开点）。手动位置。

低压侧双电源、分段母线、并列运行，互为联络。低压联络柜（445 和445-5）工作常态处于断开状态。自动互投不自复位置。

3.3 无功补偿

低压侧母线安装无功补偿并联电容器2 组，总补偿容量360Kvar。补偿后的用电设备功率因数达到95%以上。

3.4 现用设备

（1）高压开关柜采用KYN48-12（10面），内装MDS1-12kV真空断路器，下进下出。

（2）主变压器采用SCB10-630KVA/10kV±2×2.5%/0.4kV，Dyn11UK%=6%型干式变压器2 台，变压器强迫风冷，风机温控设备带外罩，下进上出。

（3）低压开关柜采用GCKn 型抽出式开关柜，主进开关采用MT12H1，出线开关采用NSX系列，各出线开关分段能力≥50kA，低压电容柜采用GCKn型开关柜。

3.5 计量方式

（1）10kV侧安装三相四线费率多功能电力总表5A，2组。附PT10000/100 CT75/5（0.2级），2组。

（2）0.4kV侧安装三相四线费率多功能电光子表5A，2组，附CT200/5，2组。

3.6 接地方式

接地采用10kV经低电阻接地系统，接地电阻小于4Ω。

3.7 备用电源

发射机房负荷为100kW，属于重要负荷，由柴油发电车作为备用电源。在机房重要负荷室配电柜（AA10 和AA11）与WATSN 回路互投后带发射机房负荷。为了方便柴油发电车的借入，在发射机房的西侧外墙设置了应急电源转接箱。

3.8 保护装置

（1）10kV 进线、母线、变压器出线均采用RC3000 综合保护装置。进线柜采用相间过流、速断保护，零序电流保护；母联柜采用相间过流、速断保护；变压器柜采用相间过流、速断保护、零序电流、变压器过温保护。

（2）监控装置。低压采用ZH825B-P，,ZH825B-U，ZH825BS01 电力参数测量仪进行监控。测量仪支持通讯。MODBUS 规约和S-485通讯方式的标准接口，接至工控计算机进行监控。

4 10kV配电系统二次回路

二次回路，又叫二次接线、二次系统。它是由二次设备，包括各种继电器、信号装置、测量表计、控制开关、控制电缆、操作电源和各种小母线等组成。它担负着对一次设备进行监视、测量、控制、操纵、保护及发出信号的作用，反映一次设备的工作状态，控制一次设备的运行，保证一次设备的安全。它属于低电压、小电流设备。

按照二次回路的工作性质分为：交流电压回路；交流电流回路；直流操作、控制回路。

按照设备用途分为：继电保护二次回路；自动装置二次回路；测量仪表二次回路；控制系统二次回路；信号位置二次回路。

二次回路接线图是将二次设备元件，用国家规定的相应的图形符号、文字符号、数字编号，按照一定的工作原理，作相应的电气连接而组成的接线图。

表1

二次回路接线图按其用途分为：原理接线图、展开接线图、屏面布置图和安装接线图。

4.1 断路器的控制电路应能满足的基本要求

（1）能够手动或微机进行合、分闸。继电保护装置与重合闸自动装置实现自动分、合闸。并且当分、合闸操作完成后，能自动切断分、合闸控制回路的电流。

（2）设有防止断路器多次合闸的“防跳跃”闭锁装置。

（3）能够指示断路器的合闸与分闸位置状态。

（4）有明显自动分闸或合闸的记忆信号。

（5）能够监视断路器的工作状态及合、分闸回路的完好性。

（6）控制回路力求简单、可靠，使用的二次线或控制电缆具有足够的绝缘强度。

4.2 计量柜二次回路

根据供电部门的要求，采用高供高量方式，201 进线开关4#母线上的计量柜隔离开关编号为44；202进线开关5#母线的计量柜隔离开关编号为55；图2高压供电系统图所示。

计量柜主要用于供电部门对电度（峰、平、谷）的收费计量和对cosψ的考核。

5 干式变压器

5.1 结构

5.1.1 铁心

铁心是变压器的核心部件之一。干式变压器的铁心采用先进的加工设备、先进的工艺和优质的材料，保证了铁心的高质量，大大降低了变压器的空载损耗和噪声。

硅钢片的加工采用全自动剪切线，用计算机程序控制，剪切精度高、毛刺小，具有多头放料、自动叠码收料和步进叠料功能。由于减少了切片震动次数，保证了硅钢片完好的晶粒结构。

铁心选用0.3mm 的高导磁率的硅钢片，45°全斜搭接，无冲孔、无拉螺杆，铁心心柱采用绝缘带绑扎，整个铁心表面采用特殊的数值喷涂密封，以防潮、防腐蚀。整个铁心采用夹件紧固，使干式变压器的空载损耗、空载电流及噪声降到相当低。

5.1.2 高、低压绕组

高压线圈采用分段圆筒式结构，层间电压低，过电压能力强。变压器在保证抗短路能力的情况下，为了降低阻抗电压（UK%），减少变压器负载损耗，低压绕组放在里层（靠近铁心），高压绕组放在最外层。该变压器绝缘耐热等级为F级。

5.2 变压器铭牌数据

5.2.1 变压器额定电压和变压比

变压器额定电压是指在空载状态时，变压器一、二次绕组的标称电压。变压器一次绕组所应加的电压，它代表了变压器的电压等级，变压器的二次额定电压是指当变压器空载时，二次出线端的输出电压。变压器的二次额定电压应满足：低压供电系统电压指标380V±5%的上限电压值，即，400V。三相变压器一、二次额定电压均指线电压。即，一次额定电压为10kV；二次额定电压为0.4kV。

变压器变压比（K），一般为：

式中：

K—变压器变压比；

U1—变压器一次额定电压（kV）；

U2—变压器二次额定电压（kV）；

N1—变压器一次绕组匝数（匝）；

N2—变压器二次绕组匝数（匝）；

变压比等于变压器一、二次绕组的匝数比。把变压比（K）公式变换得：

5.2.2 联结组标号

变压器的联结组标号是指三相变压器一、二次绕组之间连接和极性关系的一种代号，它表示变压器一、二次绕组对应电压之间的相位关系，亦成为联结组别。

我台配电变压器采用Dyn11接线方式。Dyn11接线一次（高压）绕组为三角形（D）连接，二次（低压）绕组为yn接线,中性点引出。三角形（D）连接三个绕组相邻的异名端（绕组的首位端）串接成一个闭合回路，每两相连接点上引出三相线端，连接10kV电源。Dyn11 联结组别的变压器，一次侧采用三角形（D）接线，可以适应二次侧不平衡负载，避免二次侧中性点漂移造成的电压波动。

6 低压供配电系统

6.1 接地方式

接地装置均采用热镀锌材料：接地极采用Φ20×2500 圆钢，接地母线采用-50×5扁钢。按设计标准分别预置保护接地网和工作接地网。焊接部分做防腐处理，接地电阻≤4Ω。工作零线套PVC管引至变压器中性线，保护接地线引至变电站箱体内。

6.2 TN—S系统

TN—S系统，即三相五线制系统。该系统中性线N与保护接地零线PE分开，N线仅在供电变压器二次绕组中性点处接地，其接地电阻小于4Ω，此外N线对地是绝缘的。保护接地零线PE是为了满足某些防护需要，而用来与外露可导电部分、外界可导电部分、接地端子、接地极、电源接地点或人工接地点，作电气连接的导体。中性线N中，仅流过系统中的不平衡电流及L线与N线短路时的单相短路电流，而对于设备金属外壳及地短路时的故障电流，则流经PE线。

6.3 380V/220V供配电系统断路器的控制

6.3.1 双路自投手复操作的供配电系统正常运行

（1）401（1QF）和402（2QF）开关为合闸状态。

（2）445（3QF）开关为断开状态。

（3）4#、5#母线分别带负荷。

为了保证在操作中不发生误操作，在断路器合、分闸控制电路中，增加了连锁环节，连锁环节满足如下要求。

6.3.2 401开关手动操作

（1）402 开关断开状态，445 开关断开状态，401 开关可以合闸。（2）402 开关合闸状态，445 开关断开状态，401 开关可以合闸。（3）402 开关断开状态，445 开关合闸状态，401 开关可以合闸。（4）402 开关合闸状态，445 开关合闸状态，401 开关合不上闸。

6.3.3 402开关手动操作

（1）401 开关断开状态，445 开关断开状态，402 开关可以合闸。（2）401 开关合闸状态，445 开关断开状态，402 开关可以合闸。（3）401 开关断开状态，445 开关合闸状态，402 开关可以合闸。（4）401 开关合闸状态，445 开关合闸状态，402 开关合不上闸。

6.3.4 445开关手动操作

（1）401 开关断开状态，402 开关断开状态，445 开关可以合闸。（2）401 开关合闸状态，402 开关断开状态，445 开关可以合闸。（3）401 开关断开状态，402 开关合闸状态，445 开关可以合闸。（4）401 开关合闸状态，402 开关合闸状态，402 开关合不上闸。

6.3.5 自动操作

（1）正常运行，401开关合闸状态，402开关合闸状态，445开关断开状态。（2）401 开关失电分闸，445 开关自动合闸。（3）402开关失电分闸，445开关自动合闸。（4）401和402开关失电分闸，445开关不能自动合闸。（5）401和445开关均为合闸状态，401开关失电分闸，402 开关不能自动合闸。（6）402 和 445 开关均为合闸状态，402开关失电分闸，401开关不能自动合闸。

7 功率因数与控制

电力电容器对供配电系统无功电能的补偿，对供配电系统经济运行起着主要作用。由于日常运行中，大部分用电设备都呈感性，所以一般自然cosΦ（即，不加电力电容器补偿时的cosΦ）都在0.85 以下，供电部门要求用电单位的cosΦ 应在0.9以上。

（1）电力补偿电容器的型号意义。

（2）并联电容器的技术数据。

①按标称容量和额定电压计算电容器电流。

式中：

Ic——电容器的额定电流（A）；

Q——电容器的标称容量（Kvar）；

Un——电容器的额定电压（kV）。

②按电容器的实际电容值和额定电压计算电容器的额定电流。

式中：

Ic——电容器的实际电流值（A）；

C——电容器的实际电容值（µF）；

Un——电容器的额定电压（kV）；

f——工频 50Hz。

③由单台电容器组成的三相电容组的电流计算。

a）Υ 形接线的电容器组的电压和电流。Υ 形接线的电容器组，线电压等于倍的相电压，线电流等于相电流。

b）Δ 形接线的电容器组的电压和电流。Δ 形接线的电容器组，线电流等于倍的相电流，线电压等于相电压。

（3）电力电容器容量补偿计算。

功率因数补偿电容的无功容量计算公式如下：

式中：

Qc——需要补偿的无功容量（Kvar）；

PCP——月平均有功功率（kW）；

tgΦ1——对应于补偿前，自然功率因数角Φ1的正切值；

tgΦ2——对应于补偿后，预期达到的功率因数角Φ2的正切值。

（4）集中补偿。

总之，变电站是广播发射台的生命，是前提，是基础。熟悉变电站设备配置，严格执行电力操作规程，合理安排电力维护检修，确保电力系统安全可靠运行至关重要。