10kV變電所及低壓配電系統設計探討

卞于奎，茍千里，謝利群，鄒貴勝，來文江

（中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

變電所是電力系統的重要組成部分，與我們的日常的生產和生活密切相關。設計探討工業企業10kV變電所及低壓配電系統具有非常重要的現實意義。

1 變電所負荷計算、變壓器和無功補償

1.1 變電所負荷計算

1.1.1 整經車間負荷計算

表1 整經車間用電負荷統計

下同整經機計算。

1.1.2 織機車間負荷計算

表2 織機車間用電負荷統計

1.1.3 涂布車間負荷計算

表3 涂布車間用電負荷統計

1.1.4 空氣壓縮機負荷計算

表4 空氣壓縮機用電負荷統計

1.1.5 辦公區負荷計算

1.1.6 職工食堂負荷計算

1.1.7 其他供電負荷計算

1.2 無功補償計算

1.2.1 變電所總負荷和電流的初步計算

1.2.2 無功補償計算

根據供電公司要求，工廠用戶10kV側的功率因數不得低于0.9，本文設計考慮將功率因數補償到0.93，采用低壓側集中并聯電容器補償。

1.3 變壓器的負荷計算及選擇

1.3.1 變電所總負荷計算和電流補償容量計算

1.3.2 變壓器的選擇

根據《20kV及以下變電所設計規范GB50053-2013》規定，本項目方案有二級負荷101kVA，其他均為三級負荷，又因本項目有另一條來自供電公司0.4kV供電線路，二級負荷容量也滿足限制要求，所以本項目選擇1臺變壓器供電；在變壓器故障情況下，可切除三級負荷，使用供電公司0.4kV供電線路給二級負荷供電。

根據SN≥S30，S30′＝841kVA，無功補償后計算負荷S30″＝783kVA。變壓器長期工作負載率不大于85%，并考慮給未來5年預留20%擴展空間，783×1.2÷0.85＝1105kV，變壓器選擇S11-M-1250/10 Dyn11型號的油浸式、全密封、無勵磁調壓、雙繞組型的配電變壓器。

1.3.3 考慮變壓器損耗后計算

額定容量SN：1250kVA；

額定電壓：10.5/0.4kV；

1.3.4 變壓器實際負荷計算

1.4 無功補償設備選擇

1.4.1 無功補償重新計算

1.4.2 無功補償設備選擇

根據補償容量選擇BSMJ0.4-30-3型自愈式并聯電容器，數量6只，共計180kVar，補償裝置接線位于低壓母線側。

電容柜：選擇GGD固定式低壓開關柜

1000（L）×800（D）×2200（H） 1個；

斷路器：NSX400N3/350 1只；

電流互感器：BH-0.66-40Ⅲ 4只；

儀表：METSEDM2350 1只；

無功功率自動補償控制器：JKL5C 1只；

中間繼電器：RXM2AB2P7 6只；

交流接觸器：LC1-D8011M7C 6只；

電容器：BSMJ0.4-30-3 6只。

2 主接線和低壓配電系統設計

2.1 主接線和低壓配電系統圖

主接線和低壓配電系統圖如圖1所示。

圖1 主接線和低壓配電系統圖

2.2 變電所主接線與低壓配電方案

2.2.1 主接線方案分析

因為工廠附近只有1個10kV供電節點，在設計時也只選擇了1臺變壓器，高壓故障或檢修時二級負荷也可以由另一條來自供電公司0.4kV線路供電，所以本項目變壓器一次側主接線采用了無母線的單元接線方式。

2.2.2 低壓配電方案

變壓器二次側主接線采用了單母線接線方式。

2.3 導線的選擇

2.3.1 10kV電源進線L1的選擇

供電點至變電所0.3km，電源進戶線選擇YJV-6／10kV交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，變電所變壓器高壓側的計算負荷P30＝728.7kW、Q30＝283.6kVar、S30＝782kVA。

在YJV-10kV-3*25直埋條件下，長期連接負載的允許載流量為140A。YJV-10kV-3*25中，r0取0.87Ω/km，x0取0.12Ω/km。

140A＞55.73A，YJV（6/10kV）-3*25滿足發熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機械強度要求，且δu＜5%，故電纜滿足要求。

2.3.2 高壓房至變壓器電纜L3

高壓房至變壓器電纜L3與L1負載相同，也選擇YJV-10KV-3*25。

2.3.3 0.4kV電源進線L2的選擇

供電點至變電所電纜L2為0.5km，電源進戶線選擇YJV-0.6/1kV交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，最大允許負荷為250kVA，Pc4＝81kW，Qc4＝60.8kVar，Sc4＝101.25kVA。

在YJV-1KV-4*240直埋條件下，長期連接負載的允許載流量為408A。YJV-1KV-4*240中，r0取0.091Ω/km，x0取0.08Ω/km。

電纜選擇YJV-1KV-4*240，電流408A＞361A，滿足發熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機械強度要求，且δu＜5%，故電纜滿足要求。

2.3.4 0.4kV出線L4的選擇

變壓器出線L4選擇YJV-0.6/1kV單芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜,負載P30′＝722.68kW，Q30′＝430.31kVar，S30′＝841kVA，I30′＝1227.8A。

YJV-1KV-4*300在空氣中時，長期連接負載的允許載流量為552A。

電纜采用三拼形式連接，三拼電流系數取0.8，IL4＝552×3×0.8＝1324A。

YJV-1KV-4*300中，r0取0.09Ω/km，x0取0.08Ω/km。（YJV-1KV-4*300）*3中，r0取0.03Ω/km，x0取0.027Ω/km，變壓器至配電柜為7m。

電纜選（YJV-1KV-4*300）*3，電流1324A＞1228A，滿足發熱條件。由于橋架架空不考慮機械強度要求，且δu＜5%，故電纜滿足要求。如果預算允許，變壓器的出線可直接選擇I-LINE V系列1600A母線槽。

2.3.5 至各區域導線的選擇

配電柜至各區域導線的計算電流見表5。配電柜至各區域導線的選擇見表6。

表5 配電柜至各區域導線計算電流

表6 配電柜至各區域導線選擇

當各區域電纜查表電流（詳見表6）＞計算電流（詳見表5）時，滿足發熱條件。由于橋架架空不考慮機械強度要求，且δu＜5%，故所有電纜都滿足要求。

3 短路電流計算及設備的選擇

3.1 短路電流計算

3.1.1 電源供電

電源來自300米處園區變電所供電網絡，用YJV-10kV電纜給企業變電所供電

3.1.2 基準容量

圖2 短路電流計算圖

設定基準容量為Sj＝100MVA。

3.1.3 計算基準電壓和電流

3.1.4 計算各元件阻抗的標幺值

3.1.5 電源點至短路點的總阻抗

3.1.6 沖擊電流及短路容量

3.2 10kV開關設備的選擇

3.2.1 高壓開關柜

選擇KYN28A-12型移開式交流開關柜3臺，尺寸為1000mm（L）×1500mm（D）×2300mm（H）。

3.2.2 10kV抽出式斷路器QF1

選擇ZN63A(VS1)-12系列戶內斷路器：額定電壓12kV；額定電流630A；額定工頻耐受電壓有效值42kV；雷電沖擊耐受電壓75kV（峰值）；額定峰值耐受電流40kA；額定短時耐受電流16kA（4s）；機械壽命30000次。

3.2.3 10kV電流互感器TA1

TA11/12/13/14選擇LZZBJ9-10型電流互感器60/5，準確級為0.2/10P10，額定輸出為15/15VA，絕緣水平為12kV。

3.2.4 10kV電壓互感器TV1

FU1保護熔斷器型號為XRPN1-12/1A。TV1電壓互感器選擇JDZX11-10C型電壓互感器（五繞組）。

3.2.5 高壓側計量

預留位置由供電公司提供并安裝。

3.2.6 10kV避雷器F1

避雷器F1選擇HY5WS-17/50氧化鋅避雷器，避雷器額定電壓為17kV，大電流沖擊耐受為65kA。

3.3 0.4kV入戶開關設備的選擇

3.3.1 低壓開關柜

選擇GGD固定式低壓開關柜1只，外形尺寸為1000（L）×800（D）×2200（H），防護等級為外殼IP40。

3.3.2 0.4kV進線斷路器QF2

QF2選擇Compact NSX400N Micrologic 2.3 400 A-4P 3D，極數為4P，額定電流為400A，額定絕緣電壓為800 V AC，額定沖擊耐受電壓為8kV，分斷能力為415 V／50kA。

3.3.3 0.4kV進線隔離開關QS2

QS2選擇ISFT630熔斷器式隔離開關，熔絲類型為DIN，熔絲NH3為361×1.6≈580A，額定負載電流為630A，額定絕緣電壓為800V AC，額定沖擊耐受電壓為8kV。

3.3.4 0.4kV電流互感器TA2

TA2選擇BH-0.66 50Ⅲ 400/5，準確級為0.5，額定輸出為10vA，穿心匝數為1。

3.3.5 低壓側計量

預留位置由供電公司提供并安裝。

3.3.6 0.4kV低壓避雷器F2

避雷器F2選擇HY1.5WS-0.50/2.6氧化鋅避雷器，避雷器額定電壓為0.5kV,大電流沖擊耐受為10kA，直流參考電壓（U1mA）≮1.2kV，雷電沖擊電流下殘壓≯2.6kV。

3.3.7 0.4kV進線柜儀表

選擇PM2225C電力參數測量儀，電能精度為1.0，具有全電力參數測量和多種報警功能。

3.4 低壓配電設備的選擇

3.4.1 低壓電源配電柜

（1）低壓配電柜

選擇GCS低壓抽出式開關柜1000（L）×800（D）×2200（H），外殼防護等級為IP40。

（2）低壓總斷路器QF3

QF3選擇Masterpac NT 12 H2 4P抽屜式斷路器+MICROLOGIC 2.0 FOR DRAWOUT控制單元。

極數為4P，頻率為50/60Hz，額定電流為1250A，額定絕緣電壓為1000VAC，額定沖擊耐受電壓為12kV，分斷能力在400VAC時為50kA，安裝類型為抽屜式，機械壽命為12500次，保護類型為過載保護（長延時）。

（3）電流互感器TA3

TA3選擇BH-0.66 60Ⅱ 1500/5，準確級為0.2，額定輸出為20VA，穿心匝數為1。

（4）綜合儀表

選擇PM2225C電力參數測量儀。

3.4.2 空氣壓縮機電源柜

（1）分配柜

選擇GGD固定式低壓開關柜，尺寸為1000(寬）×800（深）×2200（高），外殼防護等級為IP40。

（2）斷路器QF8

QF8a/QF8b選擇Compact NSX250N4200，極數為4P，頻率為50/60 Hz，額定電流為200A，額定絕緣電壓為800V AC，額定沖擊耐受電壓為8kV，分斷能力在415 V AC時為50kA，安裝類型為固定式，機械壽命為15000次。

（3）刀閘熔斷器QS8

QS8選擇ISFT250熔斷器式隔離開關，熔絲類型為DIN，熔絲NH1為154×1.6≈250A。

額定負載電流為250A，額定絕緣電壓為800V AC 50/60Hz，額定沖擊耐受電壓為8kV，額定工作電壓為400V，機械壽命為1000次。

（4）接觸器KM8

KM8a/KM8b選擇LC1D1700M7C+LA1-DN22C。

（5）電流互感器

TA8選擇BH-0.66 40Ⅲ 200/5，準確級為0.5，額定輸出為5VA，穿心匝數為1。

（6）儀表

選擇METSEDM2350三相數字電能表。

3.4.3 其他區域分配柜

分配柜選擇GGD固定式低壓開關柜，尺寸為1000(寬）*800（深）*2200（高）。

4 結論

為了滿足江蘇樂福德新材料技術有限公司的搬遷需要，本公司為其設計了10KV企業變電所及低壓配電系統。本設計實例符合GB 50053-2013《20kV及以下變電所設計規范》規范要求，通過對此變電所及低壓配電系統的設計，為企業設計變電所提供了設計模板，具有一定的參考及實用價值。本設計可廣泛適用于大部分企業10kV及以下變電所及低壓配電系統的新建或搬遷工程。