企业变电所及配电系统设计研究

宁夏众合远大电力设计有限公司 张 艳

近几年，变电所综合自动化发展受到了广泛关注，替代传统的二次系统，建立更加合理可靠的系统运行监管模式，提升综合电力处理和运输质量，从而进一步提高企业工业现代化水平。

1 企业变电所设计概述

企业变电所的作用。对于企业电网建设工作而言，变电所是电力配送的关键，主要的作用是升高或降低电压并承担转换功率的工作，其设计的合理性直接影响整个企业电力负荷供电的质量效果。电能对工业生产的作用巨大，因此积极建立合理化企业变电所管控模式具有重要的意义[1]。

企业变电所设计的要求。为维持综合管理效率，需从以下几点落实设计工作，满足其综合设计要求：收集用电方案答复单及用户需求；收集企业用电负荷大小及性质，用电设备功率等相关资料，落实三班工作制，且年最大负荷利用时间要在5800小时左右；结合企业变电所后期维护管理合理规划变电所位置，同时要对土壤的基本性质予以全面分析；结合所在地环境及最高气温、平均气温等各项因素进行综合设计。

企业变电所设计的任务。结合负荷计算、技术经济性对比结果最终判定供电电压和主接线处理方案，并按照容量评估无功补偿方案和补偿容量。另外，要结合公网的配电方式和线路基础结构、走向等完成厂区高压配电系统设计内容。为提升企业变电所设计水平和整体安全性，要对直击雷、行进波保护和接地网设计内容等进行综合分析，从而保证防雷接地设计满足要求。此外要对变压器、馈电线路等继电保护装置予以管理，确保整定计算和设备选择工作都能匹配整体设计规范，并完善变电所断路器控制回路设计内容。为全面提升企业变电所电力系统运行规范性，也要对短路电流予以计算，匹配合规电气接线图等项目整定具体参数，从而全面分析电网运行方式和故障情况的处理模式，避免电网负荷增大产生的隐患问题[2]。

2 企业变电所及配电系统的设计方案

以某企业新增35kV变电所为例详述变电所的设计方案如下。

2.1 变电所选址

企业变电所的选址应根据电力负荷性质、容量、环境条件和运行、安装、维护等要求合理地制定布置方案。根据企业发展规划做到远期、近期结合，适当预留远期规模。变电所宜布置于负荷中心且接近电源侧，方便进出线、方便设备运输与安装。同时要满足节能降耗的要求和标准，尽量节约土地和建筑费用。在充分考量网络结构、负荷分布及交通运输等多元因素后，也充分考量后续工程扩建的可能。也就是说，选址过程要秉持电网安全可靠、靠近负荷中心、占地面积小、靠近电源侧的原则。

2.2 线路的选择

变电所采用双电源供电，供电电压35kV。按照I30=20000/√3×35约为330A，因此35kV进线电缆采用ZR-YJV-26/35kV-1×150mm2单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆。35kV电缆采用穿电缆专用保护管直埋敷设，电缆保护管顶部垂直上方0.3m处设置电缆保护盖板，盖板上方0.2m处铺设警示带。位于电缆转弯处设置电缆盘井，电缆盘井需满足电缆转弯半径；直线处每60m处设置电缆检查井。位于线路路径处按规定设置明显电缆标示桩或标识砖[3]。厂区内10kV线路采用三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆，利用厂区内已建电缆沟敷设至各车间配电室高压开关柜处。

图1 单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆

2.3 配电装置的选择

配电装置应根据设备选型及进出线方式，结合工程实际情况、工程总体布局协调，选择合理的配电装置型式。

35kV高压开关柜的选择：35kV屋内配电装置包含2面进线柜、2面计量柜、2面PT柜、2面出线柜、1面提升柜、1面分段柜共计10面开关柜，开关柜采用KYN61-40.5型金属铠装交流移开式开关柜。高压进线、出线柜、分段柜均配置真空断路器，采用单母线分段运行方式。屋内配电装置采用单列布置，为便于设备的操作、搬运、检修和试验，其中维护通道宽度0.8m、操作通道2.5m、柜后通道宽度1.5m。35kV开关柜采用下进下出方式便于电缆进、出及维护、运行。

10kV高压开关柜的选择：10kV屋内配电装置包含主变进线柜2面、消弧消谐兼母线设备柜2面、出线柜12面、电容器柜2面、站用变柜2面、分段柜1面、隔离柜1面共计22面开关柜，开关柜采用KYN28A-12型金属铠装交流移开式开关柜，高压进线、出线柜、分段柜均配置真空断路器，采用单母线分段运行方式。屋内配电装置采用面对面双排布置，为便于设备的操作、搬运、检修和试验，其中维护通道宽度0.8m、操作通道2.5m、柜后通道宽度1.5m。10kV进线开关柜采用上进，低压出线开关柜采用下进下出方式便于电缆进、出及维护、运行。为保证用户侧电压质量要求，本次配置2套户内框架式电容器成套装置，单套容量为4×600kVar。

电气元器件的选择：主变35kV侧。利用I30=10000/√3×35约为165A，因此断路器选择真空断路器，用户可选择对应的电流互感器，主要应用在分、合负荷电流中。额定电流1250A、额定频率50/60Hz、额定短路开断电流31.5kA，机械寿命为10000次，机构控制电压DC220V；主变10kV侧。利用I30=10000/√3×10约为577.4A，因此断路器为真空断路器。额定频率为50Hz、额定电流为630A、额定短路开断电流25kA、额定关合电流峰值为50kA、额定动稳定电流峰值50kA。主变10kV侧采用全绝缘固体封闭母线1600A用于连接10kV开关柜[4]。

综上所述，在电气设备选择和处理方面要结合具体的情况落实相应的匹配方案，并要充分考量供电系统的假想时间等要素，综合分析后结合计算电流数据，在技术经济合理时应选用效率高、能耗小的电气设备和材料，从而确定断路器、隔离开关、电压互感器等元件。

2.4 变压器的选择

为保证企业用电可靠性，需结合设备负荷参数、经济性及企业整体用电发展规划等因素对变压器进行选择。一般变压器数量越多其供电可靠性就会越高，但前期的投资和后期维护费用也会增多。因此在匹配供电可靠性原则基础上，选择容量合适的节能型变压器配置方案最为合理。根据企业设备负荷情况、运行时间及远期预留，本期设定2台10000kVA有载调压三相油浸式电力变压器，接线组别为YN d11，阻抗电压为8%。另外要结合厂房的实际应用需求对各个车间的变压器配置和处理，选型过程要满足电力负荷对供电可靠性的基本需求，落实完整的选型方案，从而提升综合管理效果[5]。

2.5 继电保护配合整定

对线路进行整定优化，设置速断保护和过电流参数；建立线路分段整定优化方案，设置速断保护和过电流参数；在线路低压侧后备机电保护方面完成整定方案，若是运行过程中存在中跳变低的情况，一般不会采取复压闭锁处理，可将其设定为不同时限；对线路中的高压变压器后备继电保护予以整定优化，设定过电流和时限的同时借助复压完成闭锁处理；添加线路中和主变压器后备保护，从而确保主变压器和线路能形成逐级配合的模式。

综上所述，结合整体设计方案完成主变压器保护配置工作，要确保规程规范内容符合要求，在完成变压器保护的同时，配合线路保护和变压器出线保护机制，维持整体继电保护方案的合理性[6]。

2.6 防雷和接地保护

主要是对直击雷予以保护处理，假设变电所的纵向中心轴线位置的间距80m、高度30m，则设置等高的避雷针，有效保护厂内用电设备和建筑物，在进行远点避雷针、出现架构等相关分析后得出设置两支避雷针即可。接地装置的设计要结合具体情况，35kV系统接地电流为7A、接地电阻为17Ω，因此选择三根直径38mm、长度2.5m的钢管，完成扁钢焊接连接的处理，实现成排布置模式，提升接地保护的效果。

总而言之，在企业变电所及配电系统设计过程中，要结合实际情况选择适宜的设计方案，确保相应参数都能满足具体应用要求，提高整体供配电质量，实现经济效益和安全管理效益的和谐统一。