1０kV变电所设计与研究

葆宗霖

摘要：针对10 kV变电所的设计进行了相关研究，分别从变压器选择、主连线设计以及短路计算三个方面展开了研究。选择电气设备时依据额定电流进行选择，计算短路电流进行验证。考虑到电气总线设计的灵活性、可靠性以及经济性的要求，在变电站主电线高压侧采用单总线连接，主低压侧采用单主总线部分电气主接线形式，短路电流采用标幺值计算基准数值。研究重点是使用新技术和新设备进行变电所电气设计，具有很强的实用性。

关键词：变电所;变压器;单母线接线;短路计算

中图分类号：TM63

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.060

随着经济的飞速发展和科学技术的不断进步，各种高新精确技术的应用，都与电气密不可分。尤其是变电站，发挥着至关重要的作用。电力是一个广泛的类别，随着负荷电力需求将发生变化，10 kV变电站广泛应用于工农业等多个领域，因而对10 kV变电站进行设计具有重要意义。

1 变电所变压器选择

如果变压器容量过大，不仅会增加损耗，还会使变压器长时间处于轻载状态，出现“大型马车”现象，增加空载损失，降低功率因数，从而增加网络损耗。如果容量选择较小，变压器会出现长时间过载的现象，设备损坏。因此变压器最佳负载率在40% - 70%间，负载过高，损耗则会明显增加。如果负载有略微增加，就要增加容量。总而言之，变压器容量应该依据现有的负载进行选择，同时要根据实地未来5 - 1O年间的发展计划来确定。

变压器数量的选择应主要依据负载特性和经济运行情况来定，这取决于负载的大小、电源可靠性和电能质量的要求。考虑到节能、降低运营成本和维护设备等其他因素，需要综合考虑各种因素来确定变压器数量，并落实好严谨的经济技术比较。针对具有一次、二次负载的变电站而言，当主负载较大时，应选择两个或多个变压器，而少量的初级、次级负载和来自相邻变电站的低压备用电源等，可选择只采用一台变压器。

为了确保电源的安全性，迫切需要一种能够在没有燃烧危险的情况下进入负载中心的变压器。依据国家对标准“干式变压器”的定义，干式变压器应用广泛。干式变压器是指变压器的铁芯和绕组不浸入液体，杆使用钢带或自干绝缘带进行捆扎，芯用粘合剂粘合，以防止芯因冷凝引起腐蚀。在芯的表面涂有耐热防锈清漆或树脂，铜箔或铝箔作为于式变压器的绕线材料，低压线圈、铜箔（或铝箔）与预浸料环氧树脂的绝缘材料紧密缠绕，用锻造的玻璃纤维增强树脂包裹。高低压线圈组成一个整体后，热循环试验表明该线圈具有防潮、阻燃、抗裂和自熄等功能。

2 主连线设计

变电站电气线路的基本连接是电源（变压器）、总线和输出线路（馈线）。每一所变电站的插座电路数量和电源数量不尽相同，每条馈线的传输功率也不同。当输入和输出线路的数量很大（一般超过4次）时，为了便于收集和分配电能，母线作为中间连杆的布线时，安装和扩展操作方便。然而，在使用母线之后，配电单元应使用诸如断路器的设备，因此本文采用单母线布线为主要方法。

单母线接线如图1所示。

如图1所示，单母线布线的特征体现在整个配电单元只有一组母线，且电力电缆和引线通过开关装置与同一组母线相连。电源作为变压器或高压输入电路，母线确保电源的并联，任何一条输出电路都可以从电源1或2获得电能。

在进行操作时，对于同一回路中串接的断路器和隔离开关，必须严格遵守下列操作顺序：如果给馈线供电，则必须在插入断路器QF2之前关闭隔离开关QS2和QS3;要停止为其供电，应该在断开QS3和QS2之前断开QF2。检查电路和设备时，接地开关（也称接地刀）QS4闭合，这时更换安全接地线。对于35 kV及以上母线，每根母线应安装1-2套接地开关或接地装置，以确保电气和母线维护的安全。

3 短路计算

电力系统状态有正常运行状态、异常运行状态和短路故障三种。在电气设计操作中，系统不会一直处于正常运行状态下，会偶尔出现异常运行情况，最严重的故障是电路乃至整个系统的短路。当电力系统处于正常运行状态时，中性线和中性点接地系统的相线则通过负载或阻抗来连接。

对于6 - 10 kV等大容量设备，短路电流可达到数万甚至数十万安培。当短路电流流通导体时，还会使导体变形甚至发生损坏。因此，选择的各种电气设备应具有足够强度的电气和机械稳定性。短路带来的影响非常严重，其引起的损坏程度与短路故障的位置、类型、作用的时间有关。在此分析了变电站的设计，确定出短路点后进行分析计算，电力系统短路计算电路如图2所示。

在计算短路之前，给定电力系统的馈线出口短路的2QF计算为2N12-101型。计算方法使用相对简单且常用的标幺值计算。

等效电路图基于计算出的电路图和环路中主要元件的电抗标准值，如图3所示。

4 结论

本文根据原始数据和实际工程应用对变压器设计的主要布线进行了分析和选择。在高压侧使用单母线布线，在低压侧使用单母线分段布线。在主变压器的选择中，首先确定变压器的容量、数量，再由变电站的负载情况判定所使用的系数法，其中变压器容量和相关功率因数的计算可以同时进行。本文的研究成果在实际工程中具有一定的参考价值。

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