10kV变配电所主要电气设备选择

摘要：结合我国电气设备发展动态及变配电所电气设备运行情况,对10 kV变配电所设计一、二次主要电气设备选择进行了论述.
关键词：变配电所；　电气设备；　选择
中图分类号：TM63　　　　文献标识码：A

1　电气设备选择的原则

　　10 kV变配电所是工业企业内部供配电系统重要组成部分,它是指将一路或两路10 kV电源分配成多路高压线路送至各建筑物变电所 ,再供给用电设备,同时它也含10/0.4 kV变电部分．电气设备选择是变配电所设计的一个重要环节,应便于安装维修,满足在当地环境下正常运行、短路和过电压状态等要求，满足《10 kV及以下变电所设计规范(JB50053-94)》以及《3 110 kV高压配电装置设计规范(GB50059-92)》等规范的要求,并遵循以下几项原则．
　　a. 按正常工作条件选择额定电压和额定电流．
　　b. 按短路情况来校验电器设备的动稳定和热稳定．
　　c. 按装置地点的三相短路容量来校验高压断路器的遮断容量．

2　高压断路器选择

　　断路器分油、真空、SF6断路器．目前，国内变配电所大多选用少油断路器．少油断路器具有体积小，性能较好和开断电流较大等优点，且价格便宜，但检修维护工作量大，不能频繁操作，适用于不重要的变配电所或操作不频繁的回路．真空断路器具有不燃爆、低噪声、体积小和高可靠性，可频繁操作且不用维修的优点，在国际市场占有的份额正在逐年上升，已由80年代的不足1/5上升到目前的1/2以上．现在我国经过几年的努力，在引进、消化并吸收的基础上，真空断路器所用材料及整机制造技术或产品技术性能均已过关,技术指标已接近或达到世界先进水平．高压SF6断路器在我国是起步较晚的一种新产品，具有开断性能好，燃弧时间短、不重燃、可频繁操作、机械可靠性高、电寿命长及检修周期长的特点．笔者认为，一般大型变配电所或频繁操作且故障较多的回路宜采用真空断路器和SF6断路器，为城市10 kV配电网无油化创造条件．

3　高压负荷开关的选择

　　高压负荷开关是介于隔离开关与高压断路器的开关设备，它仅具有简单的灭弧装置，所以不能切断短路电流．随着其性能的改善，尤其是分断能力的大大提高，现在很多变电所已广泛使用，在环网供电系统中更是主要的一种电器．高压负荷开关分为户内型和户外型，FW户外型负荷开关主要用于10 kV配电线路中，其代表产品有FW11－10型等，适用于城市电网环形供电系统．FN户内型负荷开关当前主要产品有FN2，FN3及FN5等型号．FN2和FN3型户内压气式高压负荷开关用于分断和关合负载电流及过负载电流之用，亦可用于分断和关合长距离空载线路、变压器空载电流，电容器组的电容电流．FN5－10系列负荷开关是近些年研制的新产品，具有结构简单合理、性能可靠及维护方便等特点，适用于交流50 Hz和10 kV 的网络中，作为开断负荷电流之用．带有熔断器的负荷开关可切断短路电流，作保护开关作用．FN5－10R（L〕型负荷开关具有机械脱扣装置，所配用的有撞针机构．当通过过载电流或短路电流时，负荷开关能自动分闸．将其用于环网高压开关柜中，则在一相熔断器熔断后，负荷开关能自动分闸，有效地防止设备缺相运行,保护变压器等电力设备,最大限度缩小事故范围．
　　城市电网的建设和改造大量需要负荷开关，我国城网用电量约占全国总用电的2/3．国家对老城网进行改造，对新建城市都要求尽量采用环网，以防止供电的中断．由于环网的发展，环网供电单元和箱式变电站在城网中应运而生，大量采用的不是断路器而是负荷开关＋限流熔断器，即组合电器．城网建设要求高压直接进入市区，而且成环网供电，对大的用户，引入高压（如10 kV），形成高压受电、变压器降压及低压配电，均牵涉到变压器的保护问题．国外大量的实践证明，用负荷开关＋熔断器保护变压器比用断路器作短路保护更为有效，当前广泛应用负荷开关＋熔断电器组合电器作为中小型变压器的高压开关设备．

4　高压开关柜的选择

　　10 kV配电所几乎都选用成套开关柜．高压开关柜按开关柜隔室的构成形式分半封闭型、箱型、间隔性及铠装型．半封闭型柜的特点是其柜内电器元件之间电气距离大，结构简单，维护简便，且一次投资省，其母线室不封闭或外壳防护等级不满足要求，安全可靠性差，占地面积大，代表产品是GG－1A（F），是目前使用最多、应用历史最长的高压开关柜．铠装型柜的特点是柜型采用国际上较为先进的积木式结构，主开关及其相联的元件均有单独的隔室．隔室由接地的金属隔板构成，隔板满足规定的防护等级要求，当柜内发生内部电弧故障时，可将故障限制在一个隔室中，防止事故扩大，保证人员和设备安全．与常规固定式开关柜相比，外形尺寸小，可以减少高压配电室土建面积的1/3．铠装型柜成本较高，代表产品是KYN系列铠装式手车柜，其操动机构与断路器之间系直接传动，传动效率和可靠性高．各手车柜通用，有良好的互换性，可在高压不停电的情况下对手车进行安全检修．KYN系列开关柜除了可配少油断路器外，还能装配真空断路器和SF6断路器．随着10 kV电器技术的更新发展，若少油断路器逐步退役，在柜体不变的情况下调换断路器手车,即成为真空或SF6铠装开关柜．间隔型柜的特点是隔室的设置与铠装型相同，但隔室可由非金属板构成，结构比较简单，开发的产品有JYN系列间隔式手车柜．箱型柜的特点是隔室数目少于铠装型和间隔型，板的防护等级达不到规定的要求，结构比较简单， 其性能优于半封闭型柜，代表产品是XGN系列等．综合各种柜的特点及运行中的情况，笔者认为，固定式开关柜选用半封闭型柜，手车柜推荐使用间隔型、铠装型柜．

5　电力变压器选择

　　电力变压器的选择应根据用电负荷特点、经济运行条件、节能和降低工程造价等因素综合而定．变压器可分为油浸式和干式变压器．油浸式变压器的主要产品是S7，SL7，SF7，SZL7，S9及R型系列．S7和SL7系列变压器的主要特点是铁芯采用优质晶粒取向冷扎硅钢片，绕组导线选用缩醛漆包线以及片状散热器等新材料新工艺，它与同样等级的老型号变压器相比，具有损耗小、体积小、重量轻、运行费用低等优点，10 kV级变压器的空载损耗降低41．5％左右，负载损耗降低14％左右．S9系列变压器与S7系列相比，空载损耗降低8％左右，负载损耗降低25％左右．R型变压器是90年代研制出来的高科技产品，其铁芯属于非切割式卷绕型铁芯，由一条由窄变宽再由宽变窄的硅钢带绕制而成，截面成纯圆形，铁芯不切割因而磁路中没有气隙，与S9系列相比空载损耗降低10％以上．最近上海生产非铝合金铁芯配电变压器，空载损耗仅为S9型变压器的20％，也可供选用．干式变压器的主导产品是SC系列，这种变压器具有难燃、防尘、耐潮、局部放电小、耐燃放火性和抗震性能好等优点．
　　正常环境下应优先采用R及S9等系列低损耗变压器．如果周围环境恶劣，应选用具有防尘、防腐蚀性能的全密闭电力变压器BS7及BS9型；对于高层建筑、地下铁道、隧道、机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SC及SCB8等；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷要求时，则应选用有载调压电力变压器SZL7，SZ7及SZ9等，以改善供电电压质量．

6　继电保护二次设备选择

　　变配电所继电保护方式可分为:电磁式保护,晶体管式保护和微机式保护方式．据调查，电磁式继电保护占10 kV供电系统的90％以上，目前新建变配电所很少采用晶体管式保护．晶体管式保护是70年代随着电子技术发展起来的一种过渡性产品，运行中存在维护困难，且目前许多厂家不生产这类产品．电磁式继电保护过去一直是供电系统的主要保护方式，它的主要特点是性能较稳定、可靠，价格便宜，缺点是占地面积大且智能化程度较低，不便于上一级部门的集中控制、调度．微机式保护是80年代发展起来的一种数字式保护方式，它可以完成变配电所的自动控制和保护，具有监测、控制、保护、记录、RTU远动终端等功能，所内既可以有人值守，亦可实现无人值守及远方控制．微机式保护可分为集中式和分散式,集中式保护是将控制保护单元全部集中在控制室内；分散式系统是将控制保护单元与断路器一对一安装在开关柜上，主机设在控制室，采用光纤或CAN总线代替连接开关柜与控制室的控制电缆．这两种保护的主要优点是操作简单，整定方便，运行稳定可靠，智能化程度高，通讯快捷准确，便于上一级变电站的集中监测控制．如重庆泰格电气有限公司生产的DISA－2000分散式变电站综合自动化系统，具有在恶劣环境下长期可靠运行的良好性能，并且同常规的控制、测量、和信号兼容．该系列产品主要有DISA－2000数字式线路监控保护装置、电容监控保护装置、备用电源自投装置、变压器主保护装置、变压器后备保护装置、变压器测控装置等．微机保护系统在新建变配电所中宜推广采用．

7　直流蓄电池屏选择

　　直流蓄电池屏是大型变配电所直流电源系统一个重要组成部分，其质量好坏直接影响到供电的可靠和安全．过去，直流操作电源多用铅酸蓄电池组，其优点是与交流的供电系统无联系，因而不受系统运行情况的影响；缺点是设备投资大，还需特殊的蓄电池室，有较大的腐蚀性，且运行维护麻烦．随着科学技术的进步，新型蓄电池不断被研究制造出来．新式的碱性镉镍蓄电池结构紧凑，内阻小，大电流放电性能好，耐过充电、过放电，使用寿命可长达二十年，腐蚀性小，但价格高，并有微量的污染气体溢出．80年代初期国际上又出现了液状或糊状电解液全部吸收在隔膜和极板中、蓄电池内没有流动电解液的免维护铅酸蓄电池．这种蓄电池克服了老式铅酸蓄电池的缺陷，可根据容量大小，设计成小型、中型和大型（100 Ah以上）全密闭免维护铅酸蓄电池屏．综合以上各种蓄电池的特点，笔者认为，大型变配电所直流蓄电池屏宜采用免维护铅酸蓄电池屏．
　　变配电所电气设备较多，如隔离开关、互感器、避雷器等，设计时也应根据技术经济比较原则正确选用，既要满足技术要求安全可靠性，也要力求经济，限于篇幅本文不一一论述．

作者简介：彭玲，女，1965年生，讲师；武汉，武汉城市建设学院基础科学系(430074)
作者单位：武汉城市建设学院　基础科学系　湖北　武汉　430074

参考文献：

［1］　刘思亮主编．建筑供配电［M］．北京：中国建筑工业出版社，1998.
［2］　刘介才主编．供电工程师技术手册［M］．北京:机械工业出版社,1998.
［3］　郑　忠主编．新编工厂电气设备手册［M］．北京:兵器工业出版社,1994.