10kV变电所增容改造及其校验分析

徐玲艳 张茂青 叶 昕

（苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021）

1 设计任务书

根据客户要求，因生产需要对原10kV变电站进行增容，设计条件如下：（1）高压进线：10kV 目前用电量业2600kVA。 （2）低压变压器有两台,TR1容量为1600kVA，TR2容量为1000kVA。

因生产需要将TR2增容，工期为24h，本文设计所用的参数如表1所示。

表1 TR2所用电主要负荷表

2 设计方案的选择

本次增容工作事主要对10kV高压部分与0.4kV低压部分进行改造，设计方案要从运行的可靠性、灵活性和经济性出发，针对工期短、工作量大的特点，经过比较后确定合理如下设计方案。

2.1 方案一：对既有高压柜、低压柜全部进行改造

高压部分改造内容：对高压进线柜、高压计量柜、避雷器电压互感器柜、TR出线柜改造、同时增设五防功能。进线柜、TR出线柜增设综合保护器。

低压侧实行改造内容：拆除原有1000kVA变压器更换成1600kVA；对低压总柜进行改造将原有2500A开关改造成3200A；增设多功能电表、更换低压电流互感器；改造电容柜；改造低压抽屉柜3套；对既有低压母线改造：由2500A改造成3200A。

2.2 方案二：对需改造部分盘柜进行更换使用成套

高压部分：对将既存高压柜全部拆除废弃更换成新的成套盘柜（满足供电部门要求）。

低压部分：拆除原有1000kVA变压器、更换成1600kVA；拆除既有低压总柜更换新的成套盘柜；拆除既有电容柜更换成品电容柜；增设一面低压柜对原抽屉不进行改造；对既有母线改造：由2500A改造成3200A。

我们比较两种方案后得出结论：方案一充分利用既有资源,节约材料、节省成本，但是工作量大、改造过程中容易出错，而且设备陈旧会给日后的运行留下隐患。方案二运行性能高、施工简便、易检查，但是成本比较高。结合工期紧的特点，考虑到如不能及时供电损失将远大于改造费用，故选用方案二。

3 系统总体设计

本变电所的电压等级为10kV，供全厂生产设备、照明、空调、空压等设备；本次改造对高压进线柜、计量柜、高压出线柜、避雷器、高压熔断器、低压总柜、低压电容补偿柜、低压母线、低压变压器等进行改造。改造后的高压设计效果图如图1所示，低压补偿柜如图2所示，低压出线柜如图3所示。

图1 变电所高压系统图

图2 低压补偿柜

图3 低压出线柜

3.1 变压器的选择

（1）变压器选择。按照运行可靠、检修和维护方便的要求，计算用电负荷来选择变压器。

计算负荷可按照下列公式近似计算：

S=照明负荷+其余负荷×0.85(kVA)

所用变压器的容量：Se≥S=0.85∑P+P照明(kVA) 根据任务书给出的所用负荷计算：

根据容量选择所用的变压器型号见表2。

表2 变压器型号

（2）冷却方法选择。变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。

3.2 补偿电容器的选择

变电所对功率因数有这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，变电所需装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿，按供电局要求补偿占总容量的30%～40%分单相、三相补偿。

这是不满足供电部门要求的取补偿电容为变压器0.375即为600kvar（三相补偿18× 30kvar ；单相补偿610kvar× 分2套电容补柜）

3.3 其他主要电气设备的选择及校验

电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。

（1）断路器及隔离开关的选择及校验

计算额定电压、额定电流，选用合理而又经济的断路器为宜。10kV断路器选ZN-10/1250，计算校验见表3。

计算校验合格，10kV断路器选用ZN-10/1250。

高压开关柜的选择：根据所选择的形式，所选开关柜的型号为：kYN28A-12。

表3 断路器的计算校验

（2）电流互感器的选择与校验

电流互感器准确度级别有0.2，0.5,1.0，3.0，10等级。校验二次负荷或容量选取10kV侧电流互感器校验表：LZZBJ9-10A1。

（3）电压互感器的选择

根据电网额定电压、一次电压、二次电压等条件，查《常用设备手册》，选择电压互感器型号如下：2-JDZ8-10J。

（4）高压熔断器的选择

电压互感器的熔断器只需按额定电压和开断容量来选择(如表4所示)，查阅相关设计资料得：10kV电压互感器选用RN2-10型高压熔断器，其技术参数：Ue=10kV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。

表4 高压熔断器选择结果

（5）接地开关

根据短路电流计算结果选JN2-10 型（J:接地开关，N:户内用，2：设计序号，10:额定工作电压(kV)）。

（6）母线的选择与校验：

选用铝质矩形软导线，根据经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足Igmax≤kIal，最大持续工作电流为1.05倍的额定电流

选母线截面为2

10010mm× 满足动稳定和热稳定校验（10kV母线选用LMY-100×8，0.4 kV母线选用2×(LMY-100×10)）。

3.4 防雷接地、照明

避雷针包括三部分:接闪器(避雷针的针头)，引下线和接地体，接闪器可用直径为10～12mm的圆钢；引下线可用直径为6mm的圆钢；接地体一般可用三根2.5m长的40mm×40mm×4mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。它是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击（10kV侧避雷器选用XRNP1-10）。

变电所的接地装置除采用自然接地体外，还设置人工接地网， 用钢管或角钢作垂直接地体埋入地中，用扁钢作水平接地体来连接各条垂直接地体形，通常成一个接地网，两垂直接地体之间应大于2.5m，以免影响散流电阻。

为适应生产工艺内室内的要求，仍采用原来的混合照明。

3.5 继电保护

继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运动状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

（1）变压器的主保护，采用差动保护、过电流保护和过负荷保护。

（2）10kV进线保护，采用电流速断保护、定时限过电流保护、一次重合闸和接地检测。

（3）0.4kV线路保护，采用自动频率减负荷装置、三相一次重合闸和小电流接地检测动作装置。

（4）0.4kV电容器的保护，采用电流速断保护和定时限过电流保护

4 结论

我们对改造前后的变电所进行比较分析：改造后在高压侧增设五防功能、低压侧增加有功率补偿，降低了无功损耗、增设信号盘，能正确反映电气设备的正常运行状态，并根据故障情况及时准确发出预报信号，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、及设备正常运行。

[1] 余健明,同向前,苏文成.供电技术[M].北京:机械工业出版社,2008.2.

[2] 卢文鹏,吴佩雄,发电厂变电所电气设备[M].北京:中国电力出版社,2005.8.

[3] 丁毓山.10-220kV变电所设计[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993.10.