中央变电所设备更新改造及配电系统优化研究

伊犁永宁煤业化工有限公司 薛德俊 张 斌 黄书东 王文杰 段林鹏

随着社会的发展和能源需求的不断增长，中央变电所作为能源传输和分配的核心环节，承担着关键的供电任务。然而，随着时间的推移，中央变电所设备逐渐老化，配电系统面临着一系列的技术和性能挑战，如供电质量低下、能源损耗大等问题。为了解决这些问题，本文旨在研究中央变电所设备更新改造和配电系统的优化。研究的主要内容包括设备的选择和优化及配电漏电和接地系统的优化。在设备选择和优化方面，本文将重点研究变压器、井下高压电缆和井下低压电缆的选择，并优化主接线方式。在配电漏电和接地系统的优化方面，本文将研究井下漏电保护、井下保护接地，以及整体系统的优化。通过深入研究和实验验证，本文旨在提出有效的更新改造和优化方案，以提高中央变电所的供电质量和稳定性，降低能源损耗，为可持续发展和能源安全做出贡献。

1 中央变电所主接线设备选择及更新优化研究

1.1 变压器的选择

变压器的选择在中央变电所设备更新改造和配电系统的优化中起着重要的作用。本节将根据参考内容，对变压器的选择进行详细扩展描述。首先，在确定变压器的容量时，需要考虑中央变电所的供电范围负荷的大小。然而，由于井下生产的复杂情况，精确计算供电负荷是一项具有挑战性的任务。因此，通常采用系数法来计算金属矿山供电负荷。根据变压器容量的确定公式（1），可以得到变压器的计算容量[1]。

在变压器容量的计算公式中，Sca是变压器的计算容量；∑Pn代表变压器供电范围内所有电气设备的额定总功率，kde代表需用系数，cosφwm代表加权平均功率因数。通过合理选择这些参数，并进行计算，可以得出适合的变压器容量。

在确定变压器的型号时，本文选择了矿用干式变压器（KS11-200KVA 10/0.4kV）[2]。该型号的矿用动力变压器具有许多优点。该型号对线圈设计和绕制方式进行了改革，降低了变压器的负载损耗和空载损耗。其铁芯无接缝，减少了空载损耗和空载电流，使其成为一种新型低噪声和低损耗型变压器。通过对KS11-200变压器的各项参数进行分析，可以发现其符合中央变电所设备更新改造和配电系统的优化要求。这包括变压器的额定容量、额定电压比、高压侧电压范围、低压侧电压范围等。选择适当的变压器型号，能够满足中央变电所对供电质量、能源效率和稳定性的要求。KS11-200变压器各项参数见表1。

表1 KS11-200变压器各项参数

总而言之，变压器的选择是中央变电所设备更新改造和配电系统优化的关键步骤之一。通过合理计算变压器的容量，并选择适当的类型和型号，可以确保中央变电所的供电质量和稳定性。此外，选择具有优良性能的变压器还能降低能源损耗和提高运行效率。因此，变压器的选择在中央变电所的优化中具有重要意义。

1.2 主接线方式的优化

1.2.1 变压器选型方面的优化

在中央变电所设备更新改造和配电系统的优化中，变压器选型方面的优化是至关重要的。变压器是供电系统中的核心设备之一，其性能直接影响到供电质量和能效水平。通过优化变压器选型，可以提高供电系统的可靠性、节约能源和减少能源损耗。第一，在变压器选型时，需要根据供电范围负荷的大小来确定变压器的容量。通过合理计算和估算负荷需求，可以选择适当容量的变压器来满足供电系统的需求。第二，在选择变压器的型号和规格时，应综合考虑多种因素。例如，变压器的高压侧和低压侧额定电压比、工作频率、绕组类型和绝缘材料等。通过选择适当的型号和规格，可以提高变压器的运行效率、降低能耗和损耗，并减少对环境的影响。

1.2.2 高压电缆方面的优化

中央变电所设备更新改造和配电系统的优化中，高压电缆方面的优化也是一个关键任务。高压电缆作为基础设施之一，负责将电能传输到远端设备，其性能和呈现直接影响到供电质量和能效。通过优化高压电缆的选择和应用，可以提高供电质量、节约能源和减少能源损耗。第一，高压电缆的选型应根据供电范围和负荷的需求来确定。具有良好导电性能和抗氧化性能的铜或铝材料可以作为导体材料，合适的绝缘和护套材料则可以保护电缆免受潮湿及其他环境影响。第二，在高压电缆的设计、安装和使用方面，应注意各种因素对电缆性能的影响，如环境条件、局部气候、敷设方式等。正确设计和安装高压电缆可以降低电缆的传输损耗、提高电能传输效率、避免电缆损坏和故障等[3]。

2 中央变电所配电漏电和接地系统的优化研究

2.1 高压柜保护参数的研究

高压柜保护参数的研究是为了确保高压柜在运行中的安全稳定，防止故障和意外事件的发生。高压柜的保护参数主要包括视在容量、过流整定值、速断整定值、过压整定值等，这些参数可以通过一定的公式来计算[4]。

变压器的视在容量计算如公式（2）所示：

其中，S是视在容量，单位kVA；U是额定电压，单位V；I是额定电流，单位A。

过流整定值计算如公式（3）所示：

其中，1.2～1.3是计算系数；Ie过流整定值。

速断整定值计算如公式（4）所示：

其中，1.15是计算系数；I过流过流整定值。

过压整定值计算如公式（5）所示：

其中，1.15是计算系数；Udz是过电压的整定值；Ue是系统额定电压。

综上所述，高压柜保护参数的研究对于确保高压柜的安全稳定及防止故障和意外事件的发生具有重要意义。通过计算和研究合适的保护参数，可以保证高压柜在运行中的安全性、可靠性和稳定性，提高其保护机制的效率和信誉度，从而全面提高供电系统的运行质量和效率。

2.2 井下漏电保护的研究

井下漏电保护系统的运行原理是基于对电气设备运行中可能发生的漏电进行监测和检测，一旦发现漏电的情况，就会迅速切断电源以保护工作人员安全。井下漏电保护系统可以通过多种方式进行运行，其中最常见的方式是安装漏电保护器或绝缘监测仪等设备[5]。当电气设备运行时，井下漏电保护系统通过漏电保护器或绝缘监测仪等对设备周围的电流和绝缘状态进行实时监测。如果检测到任何异常的电流流动或绝缘破坏的状况，漏电保护器就会用其内部工作原理快速切断电源以保护人员的生命安全。

此外，井下漏电保护系统的安装和运行也需要考虑井下环境和设备的特殊性。由于井下环境比较特殊，漏电保护器必须能够快速反应，同时需要具备防水防潮等特殊保护措施以保证设备的可靠性[6]。

2.3 井下保护接地的研究

井下保护接地系统的运行原理是基于使用接地体将电气设备的电流引至地面进行回流，从而保障工作人员和设备的安全。井下保护接地系统需要确保接地系统的连续性和稳定性，以便使电气设备的电流通过安全的路径回流到电源，从而有效地保护工作人员和设备的安全。井下保护接地系统通常由接地体、接地线和接地底座等组成。接地体通过铜杆、钢筋等导体材料设置在地面上，与电气设备相连，将电流引入地下。接地线将接地体与设备连接在一起，形成完整的保护接地系统。当电气设备运行时，如果发生电流短路或其他故障，接地系统将强制电流通过接地导体流回地面。井下保护接地系统的正常运行需要保证接地电阻小于规定值，同时需要根据地质特点及电气设备的要求选择适当的接地体材料和构造方式，以优化接地系统的连续性和稳定性。此外，还需定期对接地系统进行检测和维修，确保其有效性和可靠性[7]。

2.4 漏电和接地系统的优化研究

在漏电和接地系统的优化研究中，一方面需要考虑漏电保护的设备和技术选择。常见的漏电保护装置包括漏电保护器和绝缘监测仪等。这些装置可以实时监测电流和绝缘状态，一旦检测到漏电或绝缘破坏情况，能够快速切断电源或发出报警。通过选择适当的漏电保护装置，可以提高漏电保护系统的灵敏性和可靠性。另一方面，优化井下接地系统也是研究的重点[8]。接地系统的设计和布置需要充分考虑井下环境的特殊性，如地形复杂和湿度高等因素。通过合理选择接地体材料和布置方式，减小接地电阻，优化接地系统的连续性和稳定性。此外，研究还需要针对井下工作环境进行综合评估，包括检测可能导致漏电和接地问题的潜在因素。基于实际情况，采取相应的监测手段和维护策略，及时发现和处理可能的风险隐患，确保漏电和接地系统始终处于良好的运行状态。

3 结语

本文主要研究了中央变电所设备更新改造和配电系统的优化问题，并提出了一系列的解决方案。通过对变压器、井下高压电缆和井下低压电缆的选择和优化，以及主接线方式和配电漏电及接地系统的优化研究，得出以下结论。

第一，合适的变压器容量的选择和优化能够提高电能传输的效率和稳定性，而优质的井下电缆的选择能够进一步提升电力输送的质量和可靠性。

第二，中央变电所配电漏电和接地系统的优化能够有效减少漏电事故的发生，提高供电的安全性。通过研究漏电保护技术和接地系统的改进，可以及时发现和防止漏电问题，并保障供电设备和人员的安全。

综上所述，本文的更新改造和优化方案，能够显著改善中央变电所的运行质量和效率，为稳定供电、节能减排和可持续发展做出贡献。