某厂总降压变电所及高压配电系统设计

姚祖隆

摘要：一般来讲，在高压配电系统的设计开发过程中不但应注重基础设施的选用与装配，还必须重视监控系统的装配。在更为细致的运行和维护过程中，设备参数的合理性检测是十分必要的。另外，构建日常运行维护机制，关注变压设备的维护及保养工作，可以为高压配电设备更出色地展现其效用提供保障。该作笔者主要从高压配电系统日常维护的具体要求、高压配电设备的基础设计及其运行维护的优化方案等方面进行了详细的分析和探讨。

关键词：高压配电系统；系统设计；运行维护

变电所是电力系统中一个重要的构成单元，它主要通过一定的接线方式由电气设备与配电网络构成。在电力系统中承担受电、变压、分配电能的重要任务。因此设计变电所十分关键、意义重大。对于35kV总降压变电所的供电设计，不仅应满足采矿作业过程中的用电需求，还应选择好合适的电气设备，达到可靠性、经济性、稳定性和可扩展性。

1.工厂配电系统设计

某工厂有两个车间，空压站，锅炉房，水泵站，机修车间及三个仓库组成，厂区布局图如图1所示。

图1厂区布局图

1.1负荷计算

由于各种用电设备在运行时，其负荷大小是不断变化的，各设备COSφ亦不同，各个用电设备的最大负荷一般不会同时出现，所有设备又不同时工作。在该供电系统设计中采用需要系数法，应用需要系数法将车间或工段的用电设备性质相同的负荷进行归类，计算补偿前变压器母线的计算负荷。

1.2功率补偿

考虑到该工厂与供电局协商协议里供电部门要求该厂10kV进线最大负荷时功率因数不应低于0.90，结合经济与实际，选择电容器集中补偿。在地区变电所或总降压变电所的母线上接入电容器组，选择此种补偿的优点是电容器的利用率高，能减少电力系统和变电所主变压器及供电线路的无功负载。

1.3配电所的设置

该工厂的一车间总容量为1008kW，二车间总容量为998kW。一车间及二车间的负荷类型为一级负荷，空压站，锅炉房，水泵站的负荷类型为二级负荷，其他为三级负荷。根据厂区布局图可知，两车间负荷较大，要求较高，在一车间和二车间分别建立独立的车间变电所。锅炉房，机修车间，水泵房空压站分布较集中，且负荷均是二三级，单个容量相对较小，因此这就需要设计一个独立的变电所集中变配电。这三个变电所之间的低压母线分别用联络线进行联络。该厂总配电系统如图2所示。

2.高压配电系统优化运行设计

2.1高压配电基础设计

高压配电基础内容的设计主要保证其配电工作情况符合国家标准《电力装置的过电压保护设计规范》等制度条例的规定。具体来讲包括：（1）设计所选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。设计所选用的导体和电器，其长期允许电流不得小于该回路的最大持续工作电流；对屋外导体和电器尚应计及日照对其载流量的影响。（2）配电装置的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。在进行绝缘配合时，应权衡过电压的各种保护装置、设备造价、维修费用以及故障损失等因素，力求取得较高的综合经济效益。（3）熔断器。熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。在设计过程中跌落式熔断器的开断能力应分别按上、下限值来验算，在验算上限值时要应用系统的最大运行方式；验算下限值时，应用最小运行方式。（4）断路器要尽可能地按短路稳定条件选择，选择过程中考虑到短路稳定性校验的一般要求、短路电流的热效应。短路稳定性校验。其次，也要考虑到高压配电装置设计的地域环境问题。总之，高压配电基础内容的设计要考虑到配电电器的基本情况，要根据高压配电的环境、设计流程选择电器。另外，高压配电基础设计过程中电器选购时必须针对工具的电气性能，按照自己的需要谨慎购置，确定购置时，最好在协议中提出其承诺的保证要求为宜。同时在设计建设的过程中要考虑到所在地区的地理情况及环境条件。通过技术经济比较，优先选用占地少的配电装置型式，在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP3X级时，两者可靠近布置。

图2总配电系统图

2.2监控系统设计

目前监控系统的设计要采用数字化的监控模式，监测管理，可连接智能电力监控仪表、带有智能接口的低压断路器、中压综合保护继电器、变压器、直流屏等，实现遥控、遥测、遥信功能。监控系统的设计首先要提供人机的操作交流界面，采用全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性，用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容，包括：画面文件索引选择、事故自动调用画面等内容，以便全方位地显示多种数值。其次，为了避免监控的不完善，要建立监控现场采集层。现场采集层由现场监控单元实现对每个变电所的数据进行实时采集分析与处理。对每一回路的断路器状态等参数进行实时监测并上传，执行上位系统下达的命令，包括控制断路器分合闸、修改设置参数等。同时配合上位软件可以实现把中压线路的过流、过流速断、变压器过热、单项接地等故障信号及时反映到监控中心。

3.总降压变电所设计

3.1系统主接线方案的选择

该变电所是35/6KV，变电所是电源进线的终端，由于电源存在贾庄引线，使变压器分列运行来保证供电的可靠性，同时将单回路供电改为双回路供电。内桥、外桥、全桥三种接线方式构成桥式接线。由隔离开关与母线联接一次主变压器，对与变电所（环形供电），在操作中，切合空载变压器常被迫使用隔离开关。当主变压器电压超过35KV，容量超过7500KVA时，隔离开关的切合能力不能满足它的空载电流。在这样的条件下应改用全桥接线，它由五个断路器构成。由两断路器（进线）、两断路器（变压器一次侧）和联络短路器(35KV母线上)构成全桥接线。其适应性强，对变压器、线路的操作方便，运行灵活，继电保护全面，且易于扩展成单母线分段式高压有穿越时负荷时的中间变电站。但是所需设备多，投资较大，占地面积大。外桥接线：它由一次侧两断路器主变压器和联络短路器（外桥上）组成，进线由隔离开关受电。

3.2保护设计

除了防雷保护，接地保护等常规保护意外，还有短路保护。为避免雷击发生，被保护设备与避雷针之间的距离应当大于5M，而被保护设备的接地体与避雷针的之间的距离应当大于3M，同时冲击接地电阻（避雷针）应当小于10欧姆。在雷电先导的初始时期，先导离地面应当较高，所以不受地面物体的影响，但当先导发展的方向向下至某一高度时，由于接闪器位置较高并具有良好的接地性，先导的发展方向将受到接闪器（地面上）影响，使得先导沿着接闪器方向发展，在其上由于静电感应积聚的电荷（与先导相反极性），显著地增强了其附近电场强度，此时接闪器开始歪曲先导放电电场，将先导放电引向接闪器本身，以此达到保护被保护物的要求。

3.3短路电流计算

由于当时工期紧张，在做初步设计时，未收到110kV电力系统的短路参数，无法进行短路电流计算。为了选择主要电气设备，先假定110kV电力系统在总降压变电所内110kV母线处三相短路次暂态电流有效值不超过40kA，并以此作为选择电气设备的主要条件之一，在设备订货前收到110kV电力系统参数后再复核电气设备参数，必要时再对电气设备参数进行调整或修改。后来，依据当地电力部门提供的《外部供电方案可行性研究报告》，2015年总降压变电所内110kV母线处三相短路次暂态电流有效值为13.46kA，10kV母线处三相短路次暂态电流有效值为29.25kA，以此作为主要电气设备校验依据。

结论

本文针对厂区的情况进行实地分析，主要对其容量较大的一车间进行了低压配电的计算以及变电所配电所的设计。该车间配电所设计选用两台变压器的变电所，两变压器最大运行方式为分裂式运行，并对变电所进行二次回路设计及车间照明设计，其中加入了相应的继电保护，从而提高了配电的可靠性。

参考文献

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