廠礦企業變電所與配電線路綜合設計分析

李偉

摘 要：本文結合實際應用對廠礦企業變電所與配電線路的設計進行了分析和討論，內容包括所址選擇、變配電設備選型和線路設計等內容。

關鍵詞：變電所；配電線路；設計；廠礦企業

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A

廠礦企業是國家和地方經濟發展的骨干力量，同時也是對電能需求很高的單位。而變電所與配電線路的設計效果對于充分滿足廠礦企業電能需求發揮著非常關鍵的作用。由于電力技術發展很快，配變設備與控制技術日新月異，所以時刻關注電力技術的發展成果，并在配變設計中應用先進的技術，不僅有助于提高設計水平，也利于廠礦企業更好地利用電能并為社會創造更多的物質財富。本文結合實際應用對廠礦企業變電所與配電線路的設計進行了分析和探討。

1 廠礦企業變電所設計

1.1 所址選擇

從經濟運行原則出發，變電所的位置應合理，同時還應滿足進出線和設備運輸方面的便利性，地質水文與地形地貌條件也需要考慮，環境因素更不容忽視[1]。下面就對這些因素進行討論。

1.1.1 位置合理

一般來說，變電所應靠近負荷中心，這樣有利于減少電能損耗。但是由于廠礦企業負荷不對稱性，變電所設置在負荷中心時并不總能保證配電線路投資最低以及電能損耗最小，甚至可能存在較大差別。變電所供電的所有負荷組成一個負荷群，并可分為對稱負荷群和不對稱負荷群兩種情況。對于對稱負荷群來說，變電所最經濟的位置就在負荷中心；而不對稱負荷群最經濟的位置并不在負荷中心。

對稱負荷群求取負荷中心一般采用以下幾種方法：（1）通過繪制負荷指示圖來確定負荷中心。即在供電單位平面圖上標出負荷圓，圓面積大小對應負荷的大小，圓心對應負荷中心。（2）通過計算靜態負荷中心確定負荷群中心。與靜力學中利用力矩方程求取重心的方法類似。（3）利用負荷電能矩法求取負荷中心。負荷電能矩法考慮到負荷工作時間與負荷中心的關系，所以這是一種動態負荷中心計算法。

不對稱負荷群應當按照經濟運行原則確定負荷中心。但是利用經濟運行原則確定變電所位置的方法較繁。對于最大負荷特別大的負荷群，其經濟運行位置就在最大負荷點處，這時只要知道了最大負荷點，變電所的位置也就確定了。也可以按照有色金屬體積最小與線路功率損耗最低的原則確定變電站經濟位置，但因不同截面電纜的許用電流密度并不相同，按這種方法確定的變電所位置并不十分理想。好在目前計算機技術非常普及，可以根據經濟運行原則編程解決較復雜的計算問題。

1.1.2 交通便利

變電所交通便利有利于主變壓器和組合式電器等大型設備的運輸，當然也可以減少道路方面的投資，對于日常運行、維護管理也是有幫助的。一般變電所應鄰近運輸道路，門前場地較為開闊，沒有其他可遮擋的建筑物，以便于大型設備裝卸。

1.1.3 出線方便

變電所選址還應考慮周邊環境以及廠房平面布置情況，出線要方便。如果為了避讓建筑物或設備基礎而使出線路徑過長，不僅增加線纜用量，土方工程量也會劇增，這樣投資就會比較大，而且日常運行維護和管理也不方便。

1.1.4 環境因素

環境因素包括變電所位置及周邊情況。所址應避開地質斷層、采礦塌陷區、喀斯特地貌、風口以及可能發生滑坡、泥石流等地質災害的地區。還應滿足防洪防澇要求，不宜在地勢低洼地區建變電所。周邊應無產生嚴重污穢、污染物質的場所（如金屬冶煉廠、破碎車間等）。還應遠離有劇烈振動、腐蝕、易燃易爆危險的場所。此外，地勢應盡量平坦，以減少土方工程量。

1.2 變電所數量與建筑形式

大型廠礦企業一般采用高壓進線多級降壓供電形式，這樣就需要設置1個總降壓變電所和若干個車間變電所，例如110kV/10 kV總降壓變電所及10 kV/0.4kV車間變電所。車間變電所適當的數量對于滿足車間供電需求并節省投資具有重要的意義。一般應從供電半徑、供電負荷和遠期規劃等幾方面加以考慮。一般10 kV/0.4 kV單臺變壓器容量不宜超過2000kVA，10kV配電所容量則不宜超過10000kVA，再結合生產區負載率在60%～75%之間，生活區負載率在75%～85%之間，就可以計算車間變電所數量。同時還應考慮遠期負荷需求，不應只考慮當下而將一些變電所隨意合并處置，該單獨設置的還是要單獨設置。

變電所建筑應根據生產特點選用合適的形式。廠礦企業變電所常采用獨立式、貼建式、室內式和箱式四種形式。例如礦場選用移動箱式較適合，比較大型的車間選用獨立式、室內式和箱式都可以。容量較小的車間選用箱式較適合。

1.3 短路電流計算

短路電流計算是正確選擇電氣設備的基礎，應計算最大與最小運行方式下的短路電流有效值以及最大運行方式下的短路容量、短路電流沖擊值。計算短路電流時應考慮廠礦企業電力系統510年的發展規劃以及本工程的發展規劃。例如某工程以遠景水平年作為短路電流計算水平年，按照遠景水平年大方式下的系統短路阻抗進行計算，得出110kV側三相短路電流為18.8kA，10kV側三相短路電流為17.38 kA。

1.4 主要電氣設備選型

經過負荷計算和短路電流計算以后可以對設備進行選型。主變容量應按補償后變電所負荷總容量、變壓器臺數及運行方式確定，同時還應考慮遠期規劃。一般情況下宜選擇2臺主變，一定條件下選擇3臺或1臺也是可以的。選用2臺主變并且2臺同時運行時，每1臺的容量不應少于變電所總計算負荷的80%～70%；選擇3臺，采用2臺工作1臺備用，每臺容量不應少于變電所總計算負荷的50%；選擇1臺的容量必須滿足全部用電負荷需要。選擇變壓器應選擇節能型號，如S11（SZ）以上系列。高壓電器選擇時應按使用環境條件進行選擇，如安裝于戶內的應選擇戶內型，安裝于戶外的必須選擇戶外型；污染嚴重的區域應選擇防污型設備，熱帶地區應選擇耐濕熱型電氣設備。再按額定電壓和額定電流選擇型號，并按短路條件進行校驗。高壓開關柜應選用具有五防功能的成套高壓開關柜。例如某工程總降壓變電所選用SZ11-50000/110型主變，110kV配電裝置選用GIS成套設備（126kV/1600A/31.5kA），10 kV配電裝置選用KYN28-12型鎧裝移開式交流金屬封閉開關柜，10 kV無功補償成套裝置選用TBB型并聯電容器成套裝置等。endprint

1.5 電氣總平面布置

變電所布置形式分屋外布置和屋內布置兩種。屋內布置雖比屋外布置投資大，但可節約用地，維護、防護條件更好。但無論采用哪種布置形式均應滿足搬運、安裝、試驗、操作、維護和檢修要求。例如某工程總降壓變電所采用半戶內布置，占地59m×36m，110kV架空進線，10kV電纜溝出線；主體建筑為2層，總占地584m2。

1.6 過電壓保護與接地

變電所應設置防雷裝置、過電壓保護設備及敷設接地網。例如某工程總降壓變電所采用避雷帶、避雷針防范直擊雷，裝設氧化鋅避雷器防范雷電過電壓。

2 廠礦企業變電所供配線路設計

2.1 主接線方案確定

廠礦企業變電所主接線應根據變電所的地位、進出線回路數、設備特點、負荷性質等基本條件而定。在保證供電安全可靠的前提下，應力求接線簡單、運行靈活、維護方便，并盡量節省投資和降低運行維護費用，同時還要兼顧企業遠期發展規劃而留有擴建的余地。

當只有一路電源供電，主變也為一臺時，一般采用線路-變壓器組接線方式，變壓器一次側開關可采用高壓跌落式熔斷器或斷路器。當有兩路電源供電，兩臺主變兩回出線時，常采用橋式接線方案。橋式接線分內橋、外橋和全橋幾種形式，內橋接線一次側線路有保護，但主變切換不方便；主變需要經常切換時常采用外橋接線，但線路切換不方便；當需要經常切換主變又要切換線路時可采用全橋接線方式。當出線為兩回以上時，應采用擴大橋式接線或分段單母線接線。例如某工程總降壓變電所規劃容量為3×50MVA，當期采用1×50MVA。終期方案為兩回110kV進線，配置3臺變壓器，進線采用擴大內橋接線方式，出線為36回10kV線路，單母線四分段接線。當期方案是1回110kV進線和1臺變壓器，所以進線采用線路-變壓器組接線方式，出線為12回10kV線路，單母線接線。

2.2 供配電線路選型

從總降壓變電所到車間變電所，再從車間變電所到用電負荷，都需要配置線路。按照敷設方式，供配電線路可采用埋地電纜和架空線兩種方式。一般應綜合敷設距離、地形地貌、水文地質、施工條件、維護條件、投資情況、現有線路等情況而定。一般敷設距離≤1km時，常采用埋地電纜；當敷設距離>1km時，且周圍無建筑物，一般可采用架空線路。電纜敷設有直埋、電纜溝、穿管、隧道、橋架等方式，應結合具體情況而定。

2.3 線路路徑選擇

考慮室外路徑，應在現場調查研究基礎上，綜合路徑長度、施工、運行等因素，并結合地形地貌、氣候條件等，然后進行技術經濟比較而定，盡量做到既經濟合理又安全適用。埋地電纜敷設，應在滿足安全要求的前提下，縮短路徑，但應避開劇烈振動、腐蝕、過熱和外力干擾區域，以便于敷設和維護；盡量少穿越公路、鐵路、管道等設施；為防蟻害、鼠咬，應采取必要措施。架空線路的選擇，應在現場踏勘基礎上合理配置。盡量避免與其他設施、線路交叉，需要交叉時應避開被跨越線路的桿塔；盡量少跨越房屋建筑；避開低洼地、不良地質地區；不跨越儲存易燃易爆物品的倉庫和堆場等。

2.4 導線類型確定

中壓電纜通常選用交聯聚乙烯絕緣型，低壓電纜一般選用聚氯乙烯或交聯聚氯乙烯擠塑絕緣類型，直埋電纜應采用鎧裝電纜。架空導線多采用鋼芯鋁絞線或鋁絞線，也可選用架空絕緣導線。空氣污染較嚴重地區可選用鋅-鋁-稀土合金鍍層鋼絲鋼絞線，以滿足防腐要求。

結語

電力技術發展迅速，廠礦變電所與配電線路設計工作也應與時俱進并跟上時代發展的步伐。設計時應從提高供電可靠性、降低電能損耗、改善電壓質量做起，以充分滿足廠礦企業用電需求。

參考文獻

[1] 董昕鵬，周銀雙.露天礦采選冶工程的電力總圖設計[J].采礦技術，2013，13（01）：66-70.

[2] 黨根元.按經濟運行原則選擇變電所位置的方法[J].電工技術，2009（01）：1-2.endprint