厂矿企业变电所与配电线路综合设计分析

李伟

摘 要：本文结合实际应用对厂矿企业变电所与配电线路的设计进行了分析和讨论，内容包括所址选择、变配电设备选型和线路设计等内容。

关键词：变电所；配电线路；设计；厂矿企业

中图分类号：TM63 文献标识码：A

厂矿企业是国家和地方经济发展的骨干力量，同时也是对电能需求很高的单位。而变电所与配电线路的设计效果对于充分满足厂矿企业电能需求发挥着非常关键的作用。由于电力技术发展很快，配变设备与控制技术日新月异，所以时刻关注电力技术的发展成果，并在配变设计中应用先进的技术，不仅有助于提高设计水平，也利于厂矿企业更好地利用电能并为社会创造更多的物质财富。本文结合实际应用对厂矿企业变电所与配电线路的设计进行了分析和探讨。

1 厂矿企业变电所设计

1.1 所址选择

从经济运行原则出发，变电所的位置应合理，同时还应满足进出线和设备运输方面的便利性，地质水文与地形地貌条件也需要考虑，环境因素更不容忽视[1]。下面就对这些因素进行讨论。

1.1.1 位置合理

一般来说，变电所应靠近负荷中心，这样有利于减少电能损耗。但是由于厂矿企业负荷不对称性，变电所设置在负荷中心时并不总能保证配电线路投资最低以及电能损耗最小，甚至可能存在较大差别。变电所供电的所有负荷组成一个负荷群，并可分为对称负荷群和不对称负荷群两种情况。对于对称负荷群来说，变电所最经济的位置就在负荷中心；而不对称负荷群最经济的位置并不在负荷中心。

对称负荷群求取负荷中心一般采用以下几种方法：（1）通过绘制负荷指示图来确定负荷中心。即在供电单位平面图上标出负荷圆，圆面积大小对应负荷的大小，圆心对应负荷中心。（2）通过计算静态负荷中心确定负荷群中心。与静力学中利用力矩方程求取重心的方法类似。（3）利用负荷电能矩法求取负荷中心。负荷电能矩法考虑到负荷工作时间与负荷中心的关系，所以这是一种动态负荷中心计算法。

不对称负荷群应当按照经济运行原则确定负荷中心。但是利用经济运行原则确定变电所位置的方法较繁。对于最大负荷特别大的负荷群，其经济运行位置就在最大负荷点处，这时只要知道了最大负荷点，变电所的位置也就确定了。也可以按照有色金属体积最小与线路功率损耗最低的原则确定变电站经济位置，但因不同截面电缆的许用电流密度并不相同，按这种方法确定的变电所位置并不十分理想。好在目前计算机技术非常普及，可以根据经济运行原则编程解决较复杂的计算问题。

1.1.2 交通便利

变电所交通便利有利于主变压器和组合式电器等大型设备的运输，当然也可以减少道路方面的投资，对于日常运行、维护管理也是有帮助的。一般变电所应邻近运输道路，门前场地较为开阔，没有其他可遮挡的建筑物，以便于大型设备装卸。

1.1.3 出线方便

变电所选址还应考虑周边环境以及厂房平面布置情况，出线要方便。如果为了避让建筑物或设备基础而使出线路径过长，不仅增加线缆用量，土方工程量也会剧增，这样投资就会比较大，而且日常运行维护和管理也不方便。

1.1.4 环境因素

环境因素包括变电所位置及周边情况。所址应避开地质断层、采矿塌陷区、喀斯特地貌、风口以及可能发生滑坡、泥石流等地质灾害的地区。还应满足防洪防涝要求，不宜在地势低洼地区建变电所。周边应无产生严重污秽、污染物质的场所（如金属冶炼厂、破碎车间等）。还应远离有剧烈振动、腐蚀、易燃易爆危险的场所。此外，地势应尽量平坦，以减少土方工程量。

1.2 变电所数量与建筑形式

大型厂矿企业一般采用高压进线多级降压供电形式，这样就需要设置1个总降压变电所和若干个车间变电所，例如110kV/10 kV总降压变电所及10 kV/0.4kV车间变电所。车间变电所适当的数量对于满足车间供电需求并节省投资具有重要的意义。一般应从供电半径、供电负荷和远期规划等几方面加以考虑。一般10 kV/0.4 kV单台变压器容量不宜超过2000kVA，10kV配电所容量则不宜超过10000kVA，再结合生产区负载率在60%～75%之间，生活区负载率在75%～85%之间，就可以计算车间变电所数量。同时还应考虑远期负荷需求，不应只考虑当下而将一些变电所随意合并处置，该单独设置的还是要单独设置。

变电所建筑应根据生产特点选用合适的形式。厂矿企业变电所常采用独立式、贴建式、室内式和箱式四种形式。例如矿场选用移动箱式较适合，比较大型的车间选用独立式、室内式和箱式都可以。容量较小的车间选用箱式较适合。

1.3 短路电流计算

短路电流计算是正确选择电气设备的基础，应计算最大与最小运行方式下的短路电流有效值以及最大运行方式下的短路容量、短路电流冲击值。计算短路电流时应考虑厂矿企业电力系统510年的发展规划以及本工程的发展规划。例如某工程以远景水平年作为短路电流计算水平年，按照远景水平年大方式下的系统短路阻抗进行计算，得出110kV侧三相短路电流为18.8kA，10kV侧三相短路电流为17.38 kA。

1.4 主要电气设备选型

经过负荷计算和短路电流计算以后可以对设备进行选型。主变容量应按补偿后变电所负荷总容量、变压器台数及运行方式确定，同时还应考虑远期规划。一般情况下宜选择2台主变，一定条件下选择3台或1台也是可以的。选用2台主变并且2台同时运行时，每1台的容量不应少于变电所总计算负荷的80%～70%；选择3台，采用2台工作1台备用，每台容量不应少于变电所总计算负荷的50%；选择1台的容量必须满足全部用电负荷需要。选择变压器应选择节能型号，如S11（SZ）以上系列。高压电器选择时应按使用环境条件进行选择，如安装于户内的应选择户内型，安装于户外的必须选择户外型；污染严重的区域应选择防污型设备，热带地区应选择耐湿热型电气设备。再按额定电压和额定电流选择型号，并按短路条件进行校验。高压开关柜应选用具有五防功能的成套高压开关柜。例如某工程总降压变电所选用SZ11-50000/110型主变，110kV配电装置选用GIS成套设备（126kV/1600A/31.5kA），10 kV配电装置选用KYN28-12型铠装移开式交流金属封闭开关柜，10 kV无功补偿成套装置选用TBB型并联电容器成套装置等。endprint

1.5 电气总平面布置

变电所布置形式分屋外布置和屋内布置两种。屋内布置虽比屋外布置投资大，但可节约用地，维护、防护条件更好。但无论采用哪种布置形式均应满足搬运、安装、试验、操作、维护和检修要求。例如某工程总降压变电所采用半户内布置，占地59m×36m，110kV架空进线，10kV电缆沟出线；主体建筑为2层，总占地584m2。

1.6 过电压保护与接地

变电所应设置防雷装置、过电压保护设备及敷设接地网。例如某工程总降压变电所采用避雷带、避雷针防范直击雷，装设氧化锌避雷器防范雷电过电压。

2 厂矿企业变电所供配线路设计

2.1 主接线方案确定

厂矿企业变电所主接线应根据变电所的地位、进出线回路数、设备特点、负荷性质等基本条件而定。在保证供电安全可靠的前提下，应力求接线简单、运行灵活、维护方便，并尽量节省投资和降低运行维护费用，同时还要兼顾企业远期发展规划而留有扩建的余地。

当只有一路电源供电，主变也为一台时，一般采用线路-变压器组接线方式，变压器一次侧开关可采用高压跌落式熔断器或断路器。当有两路电源供电，两台主变两回出线时，常采用桥式接线方案。桥式接线分内桥、外桥和全桥几种形式，内桥接线一次侧线路有保护，但主变切换不方便；主变需要经常切换时常采用外桥接线，但线路切换不方便；当需要经常切换主变又要切换线路时可采用全桥接线方式。当出线为两回以上时，应采用扩大桥式接线或分段单母线接线。例如某工程总降压变电所规划容量为3×50MVA，当期采用1×50MVA。终期方案为两回110kV进线，配置3台变压器，进线采用扩大内桥接线方式，出线为36回10kV线路，单母线四分段接线。当期方案是1回110kV进线和1台变压器，所以进线采用线路-变压器组接线方式，出线为12回10kV线路，单母线接线。

2.2 供配电线路选型

从总降压变电所到车间变电所，再从车间变电所到用电负荷，都需要配置线路。按照敷设方式，供配电线路可采用埋地电缆和架空线两种方式。一般应综合敷设距离、地形地貌、水文地质、施工条件、维护条件、投资情况、现有线路等情况而定。一般敷设距离≤1km时，常采用埋地电缆；当敷设距离>1km时，且周围无建筑物，一般可采用架空线路。电缆敷设有直埋、电缆沟、穿管、隧道、桥架等方式，应结合具体情况而定。

2.3 线路路径选择

考虑室外路径，应在现场调查研究基础上，综合路径长度、施工、运行等因素，并结合地形地貌、气候条件等，然后进行技术经济比较而定，尽量做到既经济合理又安全适用。埋地电缆敷设，应在满足安全要求的前提下，缩短路径，但应避开剧烈振动、腐蚀、过热和外力干扰区域，以便于敷设和维护；尽量少穿越公路、铁路、管道等设施；为防蚁害、鼠咬，应采取必要措施。架空线路的选择，应在现场踏勘基础上合理配置。尽量避免与其他设施、线路交叉，需要交叉时应避开被跨越线路的杆塔；尽量少跨越房屋建筑；避开低洼地、不良地质地区；不跨越储存易燃易爆物品的仓库和堆场等。

2.4 导线类型确定

中压电缆通常选用交联聚乙烯绝缘型，低压电缆一般选用聚氯乙烯或交联聚氯乙烯挤塑绝缘类型，直埋电缆应采用铠装电缆。架空导线多采用钢芯铝绞线或铝绞线，也可选用架空绝缘导线。空气污染较严重地区可选用锌-铝-稀土合金镀层钢丝钢绞线，以满足防腐要求。

结语

电力技术发展迅速，厂矿变电所与配电线路设计工作也应与时俱进并跟上时代发展的步伐。设计时应从提高供电可靠性、降低电能损耗、改善电压质量做起，以充分满足厂矿企业用电需求。

参考文献

[1] 董昕鹏，周银双.露天矿采选冶工程的电力总图设计[J].采矿技术，2013，13（01）：66-70.

[2] 党根元.按经济运行原则选择变电所位置的方法[J].电工技术，2009（01）：1-2.endprint