城市变电站的小型化并联电容器装置研究

白思敬　耿建风　李勇泉

摘要：随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。文章对220kV城市中心变电站进行了介绍，并联电容器装置的构成进行了分析，并阐述了并联电容器装置的优化设计。

关键词：城市变电站；小型化；并联电容器装置；供电密度；户内变电站；地下变电站

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应其周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。本文主要针对户内站并联电容器装置的小型化进行研究。

2 220kV城市中心变电站简介

2.1 城市220kV城市户内变电站的基本情况

主变规模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三个电压等级，各级电压均为电缆出线。在配电楼内，按电压等级及功能分房间布置，设置变压器室、GIS配电间、高低压配电间、电容器室、继电器室、蓄电池室等。220kV、110kV采用GIS布置，双母线接线；10kV采用固定式开关柜；10kV并联电容器采用框架电容器组。

2.2 城市220kV变电站容器组规模

在220kV变电站中，一台主变压器大约配置3～4组10kV电容器装置，一个变电站大约配置9～12组，每组容量一般为6000～10000kVA。

2.3 城市户内站布置

城市变有一栋楼和两栋楼两种布置方式。全户内分层布置，主变压器及10kV配电装置，布置在一层，方便庞大笨重主变的安装及10kV电缆出线；220kV、110kV配电装置根据情况可以布置于底层、上层；并联电容器装置由于重量较轻，且电缆少，一般布置于上层。

3 并联电容器装置

3.1 并联电容器装置的构成

城市220kV变电站一般采用10kV并联电容器成套装置。该装置由如下六部分组成：（1）进线隔离开关、接地开关、中性点接地开关；（2）串联电抗器；（3）电容器组；（4）避雷器；（5）放电线圈；（6）围栏。

3.2 目前城市变采用的电容器装置

目前制造厂尚未针对户内变电站生产专用产品，仍采用户外10kV电容器装置，此系列产品有如下特点：（1）电容器装置尺寸较大（如某工程围栏尺寸为6.5m×3.4m），操作隔开开关在3.4m这一面；（2）10kV电缆进线位置与隔离开关同侧；（3）串联电抗器采用干式空心电抗器，也有工程采用干式铁芯电抗器；（4）组成电容器组的电容器单位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV电容器装置目前存在的问题

3.3.1 电容器装置的尺寸过大：（1）在总容量一定的情况下，单元电容器单个容量越小，单元电容器个数越多，造成体积越大；（2）限流电抗器采用干式空心电抗器，本体尺寸较大，且由于其没有铁芯，漏磁较大，安装时需要考虑防磁距离，使得整套装置增大；（3）制造厂家没有考虑安装在户内，没有做小型化努力，也是电容器装置尺寸较大的原因。

3.3.2 安装方式不适应户内安装：（1）由于整体装置尺寸过大，要占用整个配电楼一层的空间，与配电楼尺寸不匹配、不协调；（2）该装置布置于楼上，隔离开关进线电缆位置又远离墙体，10kV电缆直径较大，其弯曲半径也大，敷设不便，对下层设备层也有

影响。

3.3.3 选择串联电抗器没有充分考虑对环境造成的不良影响。全户内站电气设备全部安装于户内，设备布置紧凑，有许多二次设备和二次电缆。另外，设备布置距离运行人员较近，不可避免地产生如下情况：（1）选用干式空心串抗，外磁场大，可能干扰二次系统、通信系统等；（2）选用干式铁芯串抗，噪声大，有振动，对运行人员产生噪声干扰。

4 并联电容器装置的优化设计

针对目前城市全户内220kV变电站并联电容器，我们与桂林电容器研究制造出一种小型化电容器装置，在户外10kV并联电容器装置的基础上做了如下改进：

4.1 串抗采用磁屏蔽电抗器

磁屏蔽电抗器是在干式空芯电抗器中加入铁芯，利用铁芯的导磁率远远大于空气的特性，部分改变磁通的路径，从而减少磁通在空气的发散状态。磁屏蔽电抗器与空芯电抗器相比，体积小，其体积约为空心电抗器的30%～50%；漏磁少，安装不用考虑防磁距离，因此，大大减少安装尺寸。与干式铁芯电抗器相比，其重量轻、噪声小、不振动、价格低。

4.2 采用单体大容量电容器单元

随着电容器制造技术的发展，电容器单元的单体容量越来越大，尤其是近几年来国内许多电容器制造厂均采用了内熔丝全膜单元电容器技术，使得电容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造厂均有能力生产500kVA产品。以单组容量9000kVA为例，采用容量为334kVA电容器单元，需要电容器27只，若采用500kVA，仅需18只。增大电容器单体容量，既能减少电容器组整体尺寸，又节约投资。

4.3 改变隔离开关安装位置

改变隔离开关安装位置如图1所示。具体来讲，是改变隔离开关、电抗器与电容器的相对位置，三者成三角形布置，两套装置可以面对面布置，中间预留通道，方便操作隔离开关，有利于电容器装置整体

布置。

4.4 改变电缆进线位置

5 结语

城市小型化电容器装置的研究取得以下效果，适于城市变中推广应用：（1）安装尺寸小，布置方式合理，电缆安装方便，节约建筑面积50%以上；（2）克服了漏磁对二次、通信设备的干扰以及噪声、振动等问题；（3）采用单体大容量电容器单元，降低了电容器造价，经济性好。

摘要：随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。文章对220kV城市中心变电站进行了介绍，并联电容器装置的构成进行了分析，并阐述了并联电容器装置的优化设计。

关键词：城市变电站；小型化；并联电容器装置；供电密度；户内变电站；地下变电站

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应其周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。本文主要针对户内站并联电容器装置的小型化进行研究。

2 220kV城市中心变电站简介

2.1 城市220kV城市户内变电站的基本情况

主变规模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三个电压等级，各级电压均为电缆出线。在配电楼内，按电压等级及功能分房间布置，设置变压器室、GIS配电间、高低压配电间、电容器室、继电器室、蓄电池室等。220kV、110kV采用GIS布置，双母线接线；10kV采用固定式开关柜；10kV并联电容器采用框架电容器组。

2.2 城市220kV变电站容器组规模

在220kV变电站中，一台主变压器大约配置3～4组10kV电容器装置，一个变电站大约配置9～12组，每组容量一般为6000～10000kVA。

2.3 城市户内站布置

城市变有一栋楼和两栋楼两种布置方式。全户内分层布置，主变压器及10kV配电装置，布置在一层，方便庞大笨重主变的安装及10kV电缆出线；220kV、110kV配电装置根据情况可以布置于底层、上层；并联电容器装置由于重量较轻，且电缆少，一般布置于上层。

3 并联电容器装置

3.1 并联电容器装置的构成

城市220kV变电站一般采用10kV并联电容器成套装置。该装置由如下六部分组成：（1）进线隔离开关、接地开关、中性点接地开关；（2）串联电抗器；（3）电容器组；（4）避雷器；（5）放电线圈；（6）围栏。

3.2 目前城市变采用的电容器装置

目前制造厂尚未针对户内变电站生产专用产品，仍采用户外10kV电容器装置，此系列产品有如下特点：（1）电容器装置尺寸较大（如某工程围栏尺寸为6.5m×3.4m），操作隔开开关在3.4m这一面；（2）10kV电缆进线位置与隔离开关同侧；（3）串联电抗器采用干式空心电抗器，也有工程采用干式铁芯电抗器；（4）组成电容器组的电容器单位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV电容器装置目前存在的问题

3.3.1 电容器装置的尺寸过大：（1）在总容量一定的情况下，单元电容器单个容量越小，单元电容器个数越多，造成体积越大；（2）限流电抗器采用干式空心电抗器，本体尺寸较大，且由于其没有铁芯，漏磁较大，安装时需要考虑防磁距离，使得整套装置增大；（3）制造厂家没有考虑安装在户内，没有做小型化努力，也是电容器装置尺寸较大的原因。

3.3.2 安装方式不适应户内安装：（1）由于整体装置尺寸过大，要占用整个配电楼一层的空间，与配电楼尺寸不匹配、不协调；（2）该装置布置于楼上，隔离开关进线电缆位置又远离墙体，10kV电缆直径较大，其弯曲半径也大，敷设不便，对下层设备层也有

影响。

3.3.3 选择串联电抗器没有充分考虑对环境造成的不良影响。全户内站电气设备全部安装于户内，设备布置紧凑，有许多二次设备和二次电缆。另外，设备布置距离运行人员较近，不可避免地产生如下情况：（1）选用干式空心串抗，外磁场大，可能干扰二次系统、通信系统等；（2）选用干式铁芯串抗，噪声大，有振动，对运行人员产生噪声干扰。

4 并联电容器装置的优化设计

针对目前城市全户内220kV变电站并联电容器，我们与桂林电容器研究制造出一种小型化电容器装置，在户外10kV并联电容器装置的基础上做了如下改进：

4.1 串抗采用磁屏蔽电抗器

磁屏蔽电抗器是在干式空芯电抗器中加入铁芯，利用铁芯的导磁率远远大于空气的特性，部分改变磁通的路径，从而减少磁通在空气的发散状态。磁屏蔽电抗器与空芯电抗器相比，体积小，其体积约为空心电抗器的30%～50%；漏磁少，安装不用考虑防磁距离，因此，大大减少安装尺寸。与干式铁芯电抗器相比，其重量轻、噪声小、不振动、价格低。

4.2 采用单体大容量电容器单元

随着电容器制造技术的发展，电容器单元的单体容量越来越大，尤其是近几年来国内许多电容器制造厂均采用了内熔丝全膜单元电容器技术，使得电容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造厂均有能力生产500kVA产品。以单组容量9000kVA为例，采用容量为334kVA电容器单元，需要电容器27只，若采用500kVA，仅需18只。增大电容器单体容量，既能减少电容器组整体尺寸，又节约投资。

4.3 改变隔离开关安装位置

改变隔离开关安装位置如图1所示。具体来讲，是改变隔离开关、电抗器与电容器的相对位置，三者成三角形布置，两套装置可以面对面布置，中间预留通道，方便操作隔离开关，有利于电容器装置整体

布置。

4.4 改变电缆进线位置

5 结语

城市小型化电容器装置的研究取得以下效果，适于城市变中推广应用：（1）安装尺寸小，布置方式合理，电缆安装方便，节约建筑面积50%以上；（2）克服了漏磁对二次、通信设备的干扰以及噪声、振动等问题；（3）采用单体大容量电容器单元，降低了电容器造价，经济性好。

摘要：随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。文章对220kV城市中心变电站进行了介绍，并联电容器装置的构成进行了分析，并阐述了并联电容器装置的优化设计。

关键词：城市变电站；小型化；并联电容器装置；供电密度；户内变电站；地下变电站

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0024-02

1 概述

随着我国经济的持续发展，城镇化进程的加快，城市供电密度进一步增大，220kV变电站开始深入城市中心，并随着城市的发展逐步增加。城市变电站的建设需适应其周围环境，并注意节约占地，一般采用全户内的形式，也有采用地下变电站的形式。本文主要针对户内站并联电容器装置的小型化进行研究。

2 220kV城市中心变电站简介

2.1 城市220kV城市户内变电站的基本情况

主变规模3×180MVA或3×240MVA，220/110/10kV三个电压等级，各级电压均为电缆出线。在配电楼内，按电压等级及功能分房间布置，设置变压器室、GIS配电间、高低压配电间、电容器室、继电器室、蓄电池室等。220kV、110kV采用GIS布置，双母线接线；10kV采用固定式开关柜；10kV并联电容器采用框架电容器组。

2.2 城市220kV变电站容器组规模

在220kV变电站中，一台主变压器大约配置3～4组10kV电容器装置，一个变电站大约配置9～12组，每组容量一般为6000～10000kVA。

2.3 城市户内站布置

城市变有一栋楼和两栋楼两种布置方式。全户内分层布置，主变压器及10kV配电装置，布置在一层，方便庞大笨重主变的安装及10kV电缆出线；220kV、110kV配电装置根据情况可以布置于底层、上层；并联电容器装置由于重量较轻，且电缆少，一般布置于上层。

3 并联电容器装置

3.1 并联电容器装置的构成

城市220kV变电站一般采用10kV并联电容器成套装置。该装置由如下六部分组成：（1）进线隔离开关、接地开关、中性点接地开关；（2）串联电抗器；（3）电容器组；（4）避雷器；（5）放电线圈；（6）围栏。

3.2 目前城市变采用的电容器装置

目前制造厂尚未针对户内变电站生产专用产品，仍采用户外10kV电容器装置，此系列产品有如下特点：（1）电容器装置尺寸较大（如某工程围栏尺寸为6.5m×3.4m），操作隔开开关在3.4m这一面；（2）10kV电缆进线位置与隔离开关同侧；（3）串联电抗器采用干式空心电抗器，也有工程采用干式铁芯电抗器；（4）组成电容器组的电容器单位容量一般采用334kVA。

3.3 10kV电容器装置目前存在的问题

3.3.1 电容器装置的尺寸过大：（1）在总容量一定的情况下，单元电容器单个容量越小，单元电容器个数越多，造成体积越大；（2）限流电抗器采用干式空心电抗器，本体尺寸较大，且由于其没有铁芯，漏磁较大，安装时需要考虑防磁距离，使得整套装置增大；（3）制造厂家没有考虑安装在户内，没有做小型化努力，也是电容器装置尺寸较大的原因。

3.3.2 安装方式不适应户内安装：（1）由于整体装置尺寸过大，要占用整个配电楼一层的空间，与配电楼尺寸不匹配、不协调；（2）该装置布置于楼上，隔离开关进线电缆位置又远离墙体，10kV电缆直径较大，其弯曲半径也大，敷设不便，对下层设备层也有

影响。

3.3.3 选择串联电抗器没有充分考虑对环境造成的不良影响。全户内站电气设备全部安装于户内，设备布置紧凑，有许多二次设备和二次电缆。另外，设备布置距离运行人员较近，不可避免地产生如下情况：（1）选用干式空心串抗，外磁场大，可能干扰二次系统、通信系统等；（2）选用干式铁芯串抗，噪声大，有振动，对运行人员产生噪声干扰。

4 并联电容器装置的优化设计

针对目前城市全户内220kV变电站并联电容器，我们与桂林电容器研究制造出一种小型化电容器装置，在户外10kV并联电容器装置的基础上做了如下改进：

4.1 串抗采用磁屏蔽电抗器

磁屏蔽电抗器是在干式空芯电抗器中加入铁芯，利用铁芯的导磁率远远大于空气的特性，部分改变磁通的路径，从而减少磁通在空气的发散状态。磁屏蔽电抗器与空芯电抗器相比，体积小，其体积约为空心电抗器的30%～50%；漏磁少，安装不用考虑防磁距离，因此，大大减少安装尺寸。与干式铁芯电抗器相比，其重量轻、噪声小、不振动、价格低。

4.2 采用单体大容量电容器单元

随着电容器制造技术的发展，电容器单元的单体容量越来越大，尤其是近几年来国内许多电容器制造厂均采用了内熔丝全膜单元电容器技术，使得电容器容量由十八年前的334kVA，上升到500kVA，甚至更大。目前大部分制造厂均有能力生产500kVA产品。以单组容量9000kVA为例，采用容量为334kVA电容器单元，需要电容器27只，若采用500kVA，仅需18只。增大电容器单体容量，既能减少电容器组整体尺寸，又节约投资。

4.3 改变隔离开关安装位置

改变隔离开关安装位置如图1所示。具体来讲，是改变隔离开关、电抗器与电容器的相对位置，三者成三角形布置，两套装置可以面对面布置，中间预留通道，方便操作隔离开关，有利于电容器装置整体

布置。

4.4 改变电缆进线位置

5 结语

城市小型化电容器装置的研究取得以下效果，适于城市变中推广应用：（1）安装尺寸小，布置方式合理，电缆安装方便，节约建筑面积50%以上；（2）克服了漏磁对二次、通信设备的干扰以及噪声、振动等问题；（3）采用单体大容量电容器单元，降低了电容器造价，经济性好。