王振聲 / 楊宇飛 / 熊小俊 / 王 錚 / 李 吉 吉（中國建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院, 北京 100044）

當(dāng)前在我們的變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，大都采用10kV放射式供電系統(tǒng)。每臺變壓器均從高壓配電室引來一路專用回路，變壓器、高壓柜、低壓柜等設(shè)備采用共室布置，即高壓柜、變壓器、低壓柜等均安裝在一個大房間內(nèi)，但各自均為分離式安裝，保持一定的維護(hù)和操作距離，這較以往的分室布置有了很大的進(jìn)步和發(fā)展。變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展歷程，就變配電裝置的布置而言，可以分為三個階段，即第一階段分室布置階段、第二階段共室布置階段及第三階段組合式變電站，當(dāng)前正處在第二階段向第三階段過渡時期。

1 變配電裝置分室布置

1.1 高壓配電室

由于受時代發(fā)展水平的限制，高壓配電裝置早期的主流產(chǎn)品是GG系列，為開啟式靠墻固定安裝，無后護(hù)板。其最具代表性的是GG－1A型，外型尺寸大、運(yùn)行很多年，有的現(xiàn)在仍然在運(yùn)行，其技術(shù)性能及可靠性在當(dāng)時是先進(jìn)產(chǎn)品。

● 內(nèi)裝斷路，SN10 －10 少油斷路

● 分?jǐn)嗄芰Γ?0kV有200MVA、300MVA和 500MVA

● 額定電流，200A～300A

● 操作機(jī)構(gòu)有CS2型手動操作機(jī)構(gòu)和CD10型電磁操作機(jī)構(gòu)

● 開關(guān)柜外形尺寸 ：1218×1225×3100（寬×深×高）mm

由于是開啟型，其母線上隔離開關(guān)均明裝在開關(guān)柜的頂部，每隔一定時間就需進(jìn)行維護(hù)和清掃一次灰塵，維護(hù)管理極其不便，故對供電的可靠性也有影響。另外本裝置是充油設(shè)備，有引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)。所以規(guī)范規(guī)定應(yīng)安裝在專用房間內(nèi)，設(shè)置高壓配電室。

1.2 高壓出線回路

10kV電力電纜均采用油浸紙絕緣電纜，造價(jià)高、電纜頭制作困難，一般需要專業(yè)隊(duì)施工制作，且不能垂直敷設(shè)，有漏油問題。所以高壓出線回路大都采用造價(jià)低、施工方便的架空線路。一路架空線可以供一處或多處變電所，在電線桿上做T接線即可。變壓器保護(hù)采用隔離開關(guān)加熔斷器或負(fù)荷開關(guān)（帶有滅弧罩的隔離開關(guān)）加熔斷器，安裝在變壓器室的墻上。

70年代后期，用于6kV及以下的VV型塑料電纜已有生產(chǎn)，大多都采用鋁芯，用于10kV系統(tǒng)的YJV型交聯(lián)聚乙烯電力電纜已有供貨，給設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。

1.3 配電變壓器室

配電變壓器：在當(dāng)時均為油浸變壓器，規(guī)范要求不允許進(jìn)入民用建筑內(nèi)部，只能單建變電所。變電所的形式有多種，如：內(nèi)附式變電所、外附式變電所、獨(dú)立式變電所及柱上變電站等。

變電所的布置設(shè)有高壓配電室、低壓配電室、變壓器室、補(bǔ)償電容器室及控制室等。變壓器室對通風(fēng)要求很高，上、下部應(yīng)分別設(shè)有通風(fēng)百葉出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口，且百葉通風(fēng)口的內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)有網(wǎng)格不大于1cm的鋼絲網(wǎng)。由于通風(fēng)量大，要求進(jìn)出風(fēng)口的面積也大，常常不能滿足要求，造成變壓器的運(yùn)行溫度超標(biāo)，存在事故隱患。變壓器室的大門為甲級防火門，而且直接向室外開啟，所以標(biāo)準(zhǔn)詳圖就做成了實(shí)體鋼板大門，開閉極為不便。一般均做成大門套小門，維護(hù)管理開小門，搬運(yùn)大件開大門。為防止變壓器故障時變壓器油引起更大的火災(zāi)事故，還要求在變壓器下部設(shè)置儲油池，并堆放卵石。

1.4 低壓配電室

低壓開關(guān)柜（俗稱開關(guān)板）：當(dāng)時多采用BDL（靠墻式）和BSL（不靠墻式）系列，二者均為開啟型設(shè)備。低壓母線通過瓷質(zhì)絕緣子明裝在開關(guān)柜的頂部，其出線回路大都為刀閘加熔斷器，或刀熔開關(guān)。國產(chǎn)斷路器分?jǐn)嗄芰σ姳?。

表1 斷路器分?jǐn)嗄芰?/p>

由于受西方技術(shù)封鎖，靠自力更生制造出的空氣斷路器技術(shù)指標(biāo)較低，而經(jīng)過多年的研究和統(tǒng)一設(shè)計(jì)，制造出的DW系列萬能型（框架式）斷路器和DZ系列塑殼斷路器，在技術(shù)指標(biāo)上仍然沒有大的突破。所以當(dāng)時規(guī)定安裝在封閉式低壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器，要降容使用，要求不大于額定電流的80%。由于這些開關(guān)的分?jǐn)嗄芰Σ粔?，而熔斷器比DZ10型斷路器分?jǐn)嗄芰Υ?，可以保護(hù)線路避免發(fā)生短路故障，所以當(dāng)時出現(xiàn)了低壓開關(guān)柜內(nèi)安裝的DZ10型斷路器串接熔斷器的方案。

1.5 終端配電設(shè)備

終端配電設(shè)備，如照明配電箱等：進(jìn)線采用膠蓋開關(guān)（刀閘加保險(xiǎn)線），出線回路大都采用瓷插式熔斷器或螺旋式熔斷器，誤差很大，常有熔斷器引起火災(zāi)的事故發(fā)生，且維護(hù)管理困難大。有的用戶私自更換大的熔絲，更有甚者用銅絲代替熔絲，造成嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。

小型終端用微型斷路器（俗稱微斷）如DZ5、DZ6、DZ12等，分?jǐn)嗄芰Χ驾^低，見表1。

1.6 變配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

建國初期為變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展的第一個階段，變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特征是：電氣設(shè)備技術(shù)性能差、指標(biāo)低，且主要設(shè)備包括變壓器、高壓斷路器、補(bǔ)償電容器等均為充油設(shè)備，屬于易燃產(chǎn)品，防火要求很高。這就造成了變電所設(shè)計(jì)的另一個特征，即各種電器設(shè)備均各自獨(dú)立地布置在專用的房間內(nèi)。如：高壓配電室、變壓器室（每臺變壓器均占用一個獨(dú)立的小間）、低壓配電室及補(bǔ)償電容器室等。除此之外還存在以下問題：

1）供電可靠性差，因?yàn)楫?dāng)時的高低壓線路主要是架空線路，風(fēng)雪、飛鳥都可能造成線路故障而停電。

2）高低壓配電裝置均為開啟式裝置，安全性差，沒有防護(hù)能力，常常因鼠、蛇等小動物造成的短路故障而停電。

3）保護(hù)元件的性能差，熔斷器保護(hù)的誤差率高達(dá)20%，且火災(zāi)隱患很大。

4）開關(guān)設(shè)備的操作性能差，低壓開關(guān)主要是手動合閘、拉閘；高壓斷路器也多采用手動操作。當(dāng)時的電磁操作機(jī)構(gòu)耗電很大，合閘電流高達(dá)90A，并且還不具備彈簧操作機(jī)構(gòu)。

5）分室布置占用面積大、造價(jià)高。

6）維護(hù)管理不便，需要設(shè)置電工值班室24h看守，造成管理成本的增加。

7）由于變電所多為集中設(shè)置，故線路長、損耗大，尤其是民用建筑，一般只設(shè)有一處獨(dú)立的變電所，線路拉得很長，有的供電距離竟然長達(dá)數(shù)百米，造成電力損耗的增加。

2 變配電裝置共室布置

改革開放以后，外商外資大量進(jìn)入中國，世界著名的大公司，如ABB、西門子、施耐德、美國通用電氣等紛紛進(jìn)入中國投資辦廠，并帶來了新技術(shù)、新設(shè)備等。經(jīng)過20多年的改革開放，我國電氣行業(yè)的發(fā)展有了很大的進(jìn)步，具備了較強(qiáng)的生產(chǎn)能力，全國已有1200多家生產(chǎn)成套裝置的企業(yè)。

根據(jù)經(jīng)貿(mào)委推薦目錄資料統(tǒng)計(jì)，有300多家以上的企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要規(guī)格有GCK、GCS、GGD、PGL等4種型號。上述四種規(guī)格產(chǎn)品是我國成套設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品。

2.1 高壓配電系統(tǒng)

1) 10kV配電系統(tǒng)

開關(guān)柜目前主流機(jī)型為鎧裝移開式金屬封閉型開關(guān)設(shè)備（俗稱手車柜），如KYN系列開關(guān)柜。其中具有代表性的為KYN28A-12型，它吸收了ABB公司的ZS1型開關(guān)柜的技術(shù)，是結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)研制的小型化、智能化、高可靠性的開關(guān)設(shè)備，主要用于接受和分配電能，實(shí)現(xiàn)控制、保護(hù)、監(jiān)測、通信等功能。鋼板制成的柜體的防護(hù)等級可以滿足IP42，內(nèi)裝斷路器可以配用多家產(chǎn)品，如ABB公司的VD4、VM型真空斷路器；GE公司的VB2真空斷路器；西屋公司的VAC-W、W-VCP真空斷路器；西門子公司的3AH真空斷路器及ZN18-12、ZN65-12、VS1真空斷路器等。

中置手車，小型化、標(biāo)準(zhǔn)化，互換性好，采用絲桿中置推進(jìn)操作，省力、進(jìn)出方便。操作機(jī)構(gòu)可以配用彈簧、電磁等操作機(jī)構(gòu)，其開關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 KYN 28A-12 kV 開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)

2) 20kV配電系統(tǒng)

有的地區(qū)配電電壓為20kV, 尤其是援外工程，如在非洲大都采用20kV供電網(wǎng)絡(luò)。KYN-24鎧裝移開式交流封閉開關(guān)柜，額定電壓24kV，該類型開關(guān)柜具有各種防誤操作功能，包括防止帶負(fù)荷移開手車、防止接地開關(guān)閉合位置斷路器合閘、防止帶電合接地開關(guān)和防止誤入帶電間隔等五防功能。

表3 KYN-24 kV開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)

KYN-24開關(guān)柜配置有性能優(yōu)良的VS1系列中置式高壓交流真空斷路器、固封式真空開關(guān)等。二次出線回路配置有先進(jìn)可靠的控制保護(hù)元件，母線采用熱伸縮絕緣材料或環(huán)氧涂覆的絕緣，其結(jié)構(gòu)緊湊、合理，是一種技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、方便使用和安全可靠的中壓配電設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

3) 35kV配電系統(tǒng)

有些地區(qū)大型民建工程采用了35kV電壓作為配電電壓，配電變壓器采用35/0.4kV直接變?yōu)?.4kV低壓配電系統(tǒng)。其高壓開關(guān)柜可選用KYN-40.5鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜。

KYN-40.5鎧裝式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡稱開關(guān)柜），其框架按金屬封閉鎧裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外殼防護(hù)等級為IP2×；柜內(nèi)配有性能優(yōu)良的真空斷路器或SF6 斷路器，可大大地減少停電檢修時間和次數(shù)。此外，柜內(nèi)亦可安裝少油斷路器；主回路采用硫化涂敷絕緣母線，相間及連接頭配有用阻燃材料壓制而成的絕緣板（套），進(jìn)線及柜間隔板裝有環(huán)氧樹脂絕緣套管，觸頭盒與電流互感器合為一體，從而保證開關(guān)柜具有良好的絕緣特性、且較大幅度地縮小了體積，減小了開關(guān)柜的使用面積和空間；接地開關(guān)具有較高的開合能力，從而避免由于誤操作而使設(shè)備遭受不應(yīng)有的損壞；手車具有輕便的推進(jìn)機(jī)構(gòu)及可靠的導(dǎo)向定位裝置，從而確保同類手車具有良好的互換性；柜內(nèi)設(shè)有可靠的“五防”機(jī)械聯(lián)鎖裝置，從而確保設(shè)備操作運(yùn)行安全可靠。開關(guān)柜除符合GB3906國標(biāo)外，還滿足IEC298國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。其開關(guān)柜和可配用的斷路器的主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 KYN-40.5 開關(guān)柜主要技術(shù)參數(shù)

表5 配用斷路器的主要技術(shù)參數(shù)

4) 環(huán)網(wǎng)式配電系統(tǒng)

改革開放后，環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)也是從無到有，從小到大，得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在民用建筑的住宅小區(qū)、高層建筑等均作為分配電能來用。目前廣泛應(yīng)用的開關(guān)設(shè)備，主要是六氟化硫環(huán)網(wǎng)柜。

D×G-12(L)型戶內(nèi)交流高壓六氟化硫環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備（以下簡稱“環(huán)網(wǎng)柜”）是新一代以六氟化硫負(fù)荷開關(guān)為主開關(guān)、整柜采用空氣絕緣的、適用于配電自動化的、既緊湊又可擴(kuò)充的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。

環(huán)網(wǎng)柜具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、聯(lián)鎖可靠等特點(diǎn)，對各種不同的應(yīng)用場合、不同的用戶要求均能提供令人滿意的技術(shù)方案。傳感技術(shù)和最新保護(hù)繼電器的采用，加上先進(jìn)的技術(shù)性能及輕便靈活的裝配方案，可以完全滿足市場不斷變化的要求。

環(huán)網(wǎng)柜為金屬鎧裝封閉式，柜內(nèi)為空氣絕緣，具有終端變電站接線及適應(yīng)環(huán)網(wǎng)供電的接線。

本系列環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備采用規(guī)范部件，如：選用斷路器（真空或SF6型）、SF6負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)、熔斷器、儀表互感器、二次儀表，通過這些部件的組合能廣泛滿足各種設(shè)計(jì)方案的要求。根據(jù)需要，可以增設(shè)低壓箱。產(chǎn)品具有可靠的機(jī)械聯(lián)鎖裝置，可滿足“五防”功能要求。

（1） 負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜

表6 負(fù)荷開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)

負(fù)荷開關(guān)柜主要用作環(huán)網(wǎng)接線和放射式接線中得進(jìn)線柜。該柜一般配備一個SF6絕緣的三工位負(fù)荷開關(guān)及其操動機(jī)構(gòu)。三工位負(fù)荷開關(guān)僅可置于合閘、分閘、接地運(yùn)行位置中的一個，可防止誤操動。當(dāng)負(fù)荷開關(guān)處于接地狀態(tài)時才可能進(jìn)入電纜室。負(fù)荷開關(guān)的位置指示器符合IEC60129A2(1996)的要求。運(yùn)行人員可通過低壓室門后的觀察窗檢查開關(guān)是否處于分閘或接地的狀態(tài)；在設(shè)備運(yùn)行時也可透過前門窗口方便地觀察到電纜連接和故障指示（如果裝有的話）。其負(fù)荷開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)見表6。

（2） 負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器柜

負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器柜主要用于變壓器的保護(hù)。該型柜配有1個SF6絕緣的三工位負(fù)荷開關(guān)和1臺獨(dú)立的輔助接地開關(guān)。置于負(fù)荷開關(guān)內(nèi)的接地開關(guān)的關(guān)合可使熔斷器上觸頭接地，而獨(dú)立的輔助接地開關(guān)的關(guān)合可使熔斷器的下觸頭接地。操動機(jī)構(gòu)為雙彈簧式，具有熔斷器熔斷自動跳閘功能。只有負(fù)荷開關(guān)處于接地位置時，才可能進(jìn)入電纜室。其負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合柜技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合柜技術(shù)參數(shù)

（3） 環(huán)網(wǎng)計(jì)量柜

環(huán)網(wǎng)計(jì)量柜包括兩個獨(dú)立操作、分別布置在分?jǐn)嗄妇€兩端的三工位負(fù)荷開關(guān)，負(fù)荷開關(guān)與開關(guān)柜聯(lián)鎖。只有當(dāng)兩個負(fù)荷開關(guān)都處于接地狀態(tài)時，開關(guān)柜門才能打開。其主要技術(shù)參數(shù)見表8。

表8 環(huán)網(wǎng)計(jì)量柜技術(shù)參數(shù)

（4） 斷路器環(huán)網(wǎng)柜

斷路器柜，主要用于額定電流1250A以內(nèi)的進(jìn)線或用于1600kVA及以上的變壓器保護(hù)柜，配置有可移開式DZN-12型真空斷路器。斷路器室門上設(shè)有觀察窗，運(yùn)行人員可以通過觀察窗查看斷路器的手車位置和斷路器的狀態(tài)，其開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)見表9。

表9 環(huán)網(wǎng)式斷路器柜技術(shù)參數(shù)

5）系統(tǒng)特點(diǎn)

目前中壓配電系統(tǒng)主流做法還是以放射式配電系統(tǒng)為主，在住宅或超高層建筑等場所采用環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)的逐漸增多。而采用電纜樹干式供電系統(tǒng)的較少，但這種系統(tǒng)對簡化系統(tǒng)接線、降低工程造價(jià)效果明顯，很有發(fā)展前途。

（1）放射式供電系統(tǒng)

放射式供電系統(tǒng)適合于負(fù)荷比較集中的單體建筑，即集中設(shè)置變電所，其系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)比較突出：

① 供電可靠性高，一臺變壓器回路故障不影響其他變壓器回路。

② 有的變壓器和高壓配電裝置設(shè)在一個大房間內(nèi)，線路短，電纜造價(jià)低、線路損耗小。

③ 維護(hù)管理比較方便。

④ 單體建筑內(nèi)低壓線路相對較短，所以電壓降容易滿足要求。

⑤ 超高層建筑和建筑群則應(yīng)設(shè)置分變電所，以便深入負(fù)荷中心，減少線路損耗。

（2） 環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)

環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)適合于負(fù)荷比較分散、等級不高（多為二、三級負(fù)荷）的負(fù)荷，其具有以下特點(diǎn)：

① 環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)是由環(huán)網(wǎng)式開關(guān)柜實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)聯(lián)結(jié)的，變電站可以是室外“箱變”，也可以是室內(nèi)變電所。每一個環(huán)路供電容量不宜大于8000～10000kVA，二路供電電源可以是引自同一變電站的兩臺變壓器母線，也可以引自兩個不同的變電站。

② 每臺變壓器均由二路電源供電，正常為開環(huán)運(yùn)行。當(dāng)任何一路電源故障而停電時，能實(shí)現(xiàn)電源的相互切換，以保證全環(huán)路系統(tǒng)變壓器負(fù)荷的供電。變壓器的數(shù)量一般15～20臺為宜，環(huán)路長度不大于1000m。

③ 能使變電器深入負(fù)荷中心，減少線損耗，符合節(jié)能、環(huán)保的原則。

④ 系統(tǒng)接線簡單、安全可靠，高低壓線路短、電壓損失小、供電質(zhì)量好。

⑤ 變壓器容量小（建議不超過1000kVA），熔斷器保護(hù)、簡單、可靠、造價(jià)低。

⑥ 能實(shí)現(xiàn)電動操作遙控、遙信、遙測等；智能化管理，無人值守變電站。

(3) 電纜樹干式供電系統(tǒng)

10kV電纜樹干式供電系統(tǒng)，分支電纜是通過電纜分支接線箱實(shí)現(xiàn)的。電纜分支接線箱額定電壓為12kV，額定電流為630A，用于戶外10kV電纜的接續(xù)和分支接線。根據(jù)需要，箱內(nèi)可以設(shè)有SF6負(fù)荷開關(guān)，接地開關(guān)和避雷器等。其部分接線示意圖及外形尺寸見表10； 室外電纜分支接線箱主要技術(shù)參數(shù)見表11。

表10 室外電纜分支接線箱

2.2 配電變壓器

改革開放后，配電變壓器也有較大的發(fā)展，目前，民用建筑工程已不再選用油浸變壓器。

環(huán)氧樹脂澆注式變壓器是近年來研發(fā)的新產(chǎn)品，是目前的主流機(jī)型。規(guī)格品種很齊全，從50kVA～3150kVA，具有難燃、防塵、耐潮及低噪聲等特點(diǎn)，適合于組合式成套變電站，能深入負(fù)荷中心。其線圈由環(huán)氧樹脂真空澆注，高溫烘焙固化成型。

SC(B)10系列是當(dāng)前民用建筑變配電系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，安全性能高、耐沖擊力強(qiáng)，損耗比8型產(chǎn)品（SC(B)8）降低10%～15%:

（1）局部放電值低，1.1Vm的試驗(yàn)電壓下，局部放電小于1PC。

（2）當(dāng)雷電沖擊電壓沿繞組的起始分布危害變壓器繞組的絕緣時，由于箔式繞組起始電壓分布接近線性，因此變壓器具有良好的耐沖擊電壓能力。

（3）抗開裂性能好，變壓器采用填料型樹脂和箔式繞組結(jié)構(gòu)，絕緣材料與導(dǎo)體熱膨脹系數(shù)相近，可以有效地防止線圈開裂。

（4）阻燃性能好，采用填料樹脂澆注工藝，阻燃和自熄性好，而且抗潮、抗?jié)駸嵝阅芎?，在電弧高溫燃燒下，無毒、無味。

（5）噪聲低，變壓器采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，噪聲大大降低，整體噪聲水平比國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低10～13dB。

上述三種變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對比見表12。

2.3 低壓配電裝置

為促進(jìn)我國低壓配電行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，加速低壓配電成套裝置的更新?lián)Q代，1995年，由電力工業(yè)部和機(jī)械工業(yè)部組織并聯(lián)合設(shè)計(jì)出GCS型抽出式低壓開關(guān)柜。目前，GCS、GCK仍然是國產(chǎn)品牌的主導(dǎo)產(chǎn)品，具有分?jǐn)?、接通能力高，熱穩(wěn)定性能好，電氣方案靈活，組合方便，適用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，防護(hù)等級高等特點(diǎn)，其主要電氣性能如下：

● 額定絕緣電壓 交流 660（1000）V

● 額定工作電壓 主電路 交流（380660）V

● 額定頻率 50（60）Hz

● 水平母線額定電流 ≤4000A

● 垂直母線額定電流 1000A

● 額定峰值耐受電流 105（176）kA

● 額定短時耐受電流 （1s） 50（80）kA

● 防護(hù)等級 IP30，IP40

表13 國內(nèi)外主要低壓成套設(shè)備電氣性能對比表

表12 SC(B)8、9、10型變壓器技術(shù)參數(shù)對比表（10/0.4kV）

另外，一些國外的企業(yè)生產(chǎn)的SIVACON 8PV、SIVACON 8PT、SIKUS 和MASTERBLOC、PRISMA、OKKEN等低壓成套設(shè)備已成為中國重點(diǎn)工程項(xiàng)目的首選設(shè)備。國內(nèi)與國外品牌產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)對比如表13所示。

3 組合式變電站

3.1 傳統(tǒng)做法及存在問題

前面已經(jīng)談過，目前在設(shè)計(jì)中，變配電裝置大都采用“共室布置”，但這些變配電裝置均為獨(dú)立式、分離式安裝，各自均保持一定的維護(hù)和操作距離，因而占用面積大。設(shè)計(jì)時一般有高壓配電的約占200m2，無高壓配電時約占150m2。高壓開關(guān)柜與變壓器采用高壓電纜連接，電纜橋架架空敷設(shè)；而變壓器與低壓開關(guān)柜的連接，采用封閉式母線或母線橋架空敷設(shè)；低壓出線回路大都采用電纜線路，采用電纜橋架敷設(shè)或電纜溝或者是電纜夾層敷設(shè)等。而這種傳統(tǒng)做法存在以下問題：

1）樓層內(nèi)無法滿足設(shè)置電纜夾層或電纜溝的條件，因?yàn)樽兣潆娛乙笥胁恍∮?.6m左右的層高，而電纜夾層應(yīng)有不小于2m左右的層高，這就給建筑設(shè)計(jì)造成很大的困難，甚至無法滿足。

2）各種變配電設(shè)備分離式安裝，占用面積大，常出現(xiàn)柱子處在配電裝置中間，給設(shè)備布置造成很大的困難。為了躲開柱子，造成設(shè)計(jì)很不合理。

3）由于各種設(shè)備是各自獨(dú)立式安裝，各自保持維護(hù)或操作距離，增加了線路長度，這就會造成線路損耗、材料及成本的增加。

3.2 戶內(nèi)組合式變電站

最近由中國建筑設(shè)計(jì)研究院與廠家合作，推出了戶內(nèi)組合式變電站。這種組合變電站具備當(dāng)前變電所的全部功能，能使變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新更上一個臺階。

組合式變電站以現(xiàn)行國家規(guī)范為依據(jù)，以現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品為基礎(chǔ)，保留了設(shè)計(jì)施工中有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)做法，突破了原有分離式安裝的傳統(tǒng)做法，采用了組合式安裝的新概念。其主要特征如下：

1）將分離式安裝的高壓環(huán)網(wǎng)柜、干式變壓器及低壓開關(guān)柜等改為組合式安裝，節(jié)省占用面積、縮短連接線路，有利于節(jié)能和降低成本。

2）將高壓柜至變壓器的連接電纜改為高壓單芯電纜，設(shè)備內(nèi)部敷設(shè)和連接。方便安裝，縮短連接線路。

3）將由變壓器至低壓開關(guān)柜的封閉式母線架空敷設(shè)改為環(huán)氧涂覆絕緣母線，夾板式安裝在設(shè)備內(nèi)部，有利于縮短線路，減少損失。

4）環(huán)網(wǎng)柜、干式變壓器和低壓開關(guān)柜等均采用定型設(shè)備進(jìn)行組裝，方便、快捷、靈活，并保證質(zhì)量，供電安全。

5）體積小、占用面積小，有利于深入負(fù)荷中心和樓層內(nèi)安裝。

6）進(jìn)出線靈活，可上進(jìn)上出，不需設(shè)置電纜夾層和電纜溝，節(jié)省建筑空間。

7）可采用雙面柜背靠背安裝方式，以增加出線回路數(shù)，縮短線路長度，減少占用面積，簡化接線系統(tǒng)。

8）本組合式變電站，系由三臺設(shè)備模塊組成，即高壓環(huán)網(wǎng)柜模塊、變壓器模塊及低壓柜模塊。每個模塊為一臺整體設(shè)備，質(zhì)量更高，便于運(yùn)輸及安裝，可定型生產(chǎn)。

9）選用國家定型產(chǎn)品，滿足國家規(guī)程、規(guī)范和IEC標(biāo)準(zhǔn)，組裝靈活，可任意擴(kuò)展，方便使用，符合節(jié)能、環(huán)保、低碳的國家政策。

10）經(jīng)與廠家合作研究，已落實(shí)生產(chǎn)加工的細(xì)節(jié)，不存在任何難度?？膳可a(chǎn)，接受訂貨。

11）有利實(shí)現(xiàn)變配電裝置的模塊化、集成化、小型化、一體化和智能化的發(fā)展方向。

3.3 組合式變電站的分類

目前戶外“箱變”已運(yùn)行多年，尤其在住宅小區(qū)應(yīng)用甚廣，全國各地均有生產(chǎn)廠家，有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。戶內(nèi)組合式變電站近幾年也有廠家陸續(xù)推出，就目前情況，組合式變電站有如下幾種：

1）按使用環(huán)境分：

● 戶內(nèi)型組合式變電站

● 戶外型組合式變電站

2）按使用的變壓器分：

● 油浸變壓器組合式變電站

● 干式變壓器組合式變電站

3）按組合方式分：

● 立體組合型組合式變電站

● 平面組合型組合式變電站

4）按一次接線方式分：

● 終端型組合式變電站

● 環(huán)網(wǎng)型組合式變電站

5）按變壓器臺數(shù)分：

● 單臺變壓器組合式變電站

● 兩臺變壓器組合式變電站

6）按進(jìn)出線方式分：

● 下進(jìn)下出組合式變電站

● 上進(jìn)上出組合式變電站

7）按組合體形式分：

● 共箱式組合式變電站

● 模塊組合式變電站

8）按計(jì)量方式分：

● 高壓計(jì)量組合式變電站

● 低壓計(jì)量組合式變電站

3.4 高壓一次接線方式

1）放射式供電系統(tǒng)（1）無隔離電器的接線方式——適用于變壓器設(shè)在總變電所內(nèi)。

（2）設(shè)負(fù)荷開關(guān)隔離的接線方式——適用于變壓器設(shè)在分變電所內(nèi)。

2）樹干線式供電系統(tǒng)（1）設(shè)進(jìn)線隔離電器及變壓器保護(hù)的接線方式——適用于電纜干線系統(tǒng)，電纜分接箱可安裝在室外電纜分支處。

（2）高壓計(jì)量設(shè)進(jìn)線隔離電器及變壓器保護(hù)的接線方式——適用于有高壓計(jì)量要求的用戶。

3）環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)

表14 變壓器一次高壓接線方式

（1）設(shè)環(huán)進(jìn)環(huán)出負(fù)荷開關(guān)及變壓器保護(hù)的接線方式——適用于變壓器容量不大于1000kVA。

（2）高壓計(jì)量設(shè)環(huán)網(wǎng)負(fù)荷開關(guān)及變壓器保護(hù)的接線方式——適用于有高壓計(jì)量要求的用戶。

變壓器一次高壓接線方式見表14。

3.5 低壓出線回路

低壓柜可以選用MNS，GCS或GCK等定型產(chǎn)品，變壓器低壓出線總開關(guān)選用柜架式開關(guān)，出線回路 選 用 塑 殼 斷 路 器。容 量630A、400A、250A、160A等。其組合原則有：

（1）低壓柜寬度

● 進(jìn)線柜及母線柜，當(dāng)變壓器容量不大于1000kVA時，柜寬均為600mm。

● 靜電電容器柜，當(dāng)變壓器容量為800～1000kVA時，柜寬為1000mm；當(dāng)變壓器容量為500～630kVA時，柜寬為800mm。

● 出線柜，一臺單面柜柜寬為600mm；兩臺并列安裝為1200mm；一臺雙面柜為1000mm。

（2）低壓出線柜元件安裝有效高度為1800mm，出線開關(guān)占用高度：630A占用600mm；400A占用400mm；250A占用200mm；160A兩臺占用200mm。

（3）組合體按一臺變壓器進(jìn)行組合，當(dāng)工程設(shè)計(jì)為兩臺變壓器為一組時，應(yīng)選用兩臺組合體，并設(shè)置母聯(lián)開關(guān)柜。

（4）當(dāng)出線開關(guān)回路不夠用時，可增加出線柜。

（5）當(dāng)工程選用時，應(yīng)當(dāng)有10%～15%的備用回路。

（6）每臺出線柜垂直母線負(fù)荷電流不大于1200A。

（7）標(biāo)準(zhǔn)模塊出線柜為兩臺單面柜并列安裝，雙面柜為背靠背安裝。

表15 低壓柜模塊出線回路方案

圖1 組合變電站系統(tǒng)簡圖

（8）出線回路方案可根據(jù)工程需要，自行組合。

（9）變電站一般為二臺組合體成對安裝，可以單列布置，也可以雙列布置。（10）低壓柜模塊出線回路組合方案見表15。

3.6 應(yīng)用舉例

某超高層辦公大樓，分別在40層、55層及70層各設(shè)一處分變電所，環(huán)網(wǎng)式供電，各設(shè)2臺1000kVA變壓器，選用組合式變電站。

（1）高壓側(cè)選用環(huán)網(wǎng)模塊，采用電纜環(huán)網(wǎng)式接線方式，環(huán)網(wǎng)線路保護(hù)設(shè)在總變電所手車柜內(nèi)，電纜采用YJV-8.7/15kVA，3×185，共連接3組1000kVA變壓器，環(huán)網(wǎng)柜模塊尺寸1125×1050×2200mm（寬×高×厚）。

（2）變壓器模塊，變壓器選用SCB-1000kVA，10/0.4kV箱式變壓器，長向布置，即L1000，外形尺寸2000×1400×2200 mm（長×深×高），防護(hù)能力不低于IP30，并設(shè)有自動測溫度及自動控制冷卻風(fēng)機(jī)的裝置。

（3）低壓柜模塊，選3S型出線回路方案號，即2×630A+2×400A+6×250A+4×160A，變壓器總保護(hù)開關(guān)選用1600A/4P，長延時整定電流1600A，變壓器負(fù)荷率不大于85%；靜電電容器容量為300kVar，聯(lián)絡(luò)柜為單獨(dú)模塊柜寬800mm。

（4）整體外形尺寸長12050mm，深1400mm，高均為2200mm。

（5）組合變電站系統(tǒng)示意圖見圖1，平面布置見圖2。

3.7 對變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法

1）變壓器容量不宜過大

當(dāng)拿到設(shè)計(jì)任務(wù)時，首先要考慮的是設(shè)幾個變電所的問題。集中設(shè)一個變電所，方便控制和管理，但這勢必造成線路過長及線路損失的增加。有時為了管理方便，集中設(shè)置變電所，造成變壓器容量太大，達(dá)到2000kVA，甚至2500kVA，這種情況應(yīng)慎重。除非有集中大負(fù)荷，如冷凍機(jī)房、水泵房等。為了更好的深入負(fù)荷中心，一般均勻負(fù)荷，建議變壓器容量不宜大于1000kVA。

2）低壓出線回路不宜過多過小

在我們的設(shè)計(jì)中變電所出線回路有過多過小的現(xiàn)象，尤其是16A～50A的小回路太多，有的一臺變壓器的出線回路多達(dá)幾十個回路，更有甚者。2.2kW的污水泵，2.8kW的排風(fēng)機(jī)，其控制保護(hù)電器均安裝在低壓出線回路中會造成低壓開關(guān)柜增加，有的多達(dá)十幾臺低壓開關(guān)柜。建議小于160A的回路，移至下級配電箱MCC配出。

圖2 組合變電站平面布置圖

3）規(guī)劃設(shè)置供電區(qū)域

如每棟建筑物，每一個獨(dú)立供電要求單位，如超市、商場、辦公、酒店、公寓等及冷凍機(jī)房、水泵房等負(fù)荷較集中的地方，根據(jù)負(fù)荷大小，設(shè)置分變電所或?qū)＞€回路供電的配電室。

4）低壓配電線路不宜過長

低壓線路的長短對電力損耗關(guān)系很大，其電力損耗可由下式表示：P=3I2R,因?yàn)殡娮鑂的大小與線路長度成正比，而電力損耗與電流的平方成正比，與電阻R成正比。有資料稱YJV-4×120的電纜每米電力損耗為P=0.0489kW/m，如果1000kVA變壓器用5個回路出線，則P=5×0.0489=0.2445kW/m；如果線路長度為80m，則P=0.2445×80=19.56kW。這是一個很可觀的數(shù)字，建議低壓線路長度不宜大于80m，可視具體情況另設(shè)分變電所。

4 結(jié)束語

供配電設(shè)計(jì)的發(fā)展和主要變配電設(shè)備的安裝可分為分室安裝、共室安裝和組合式安裝三個階段。

（1）在建國初期向前蘇聯(lián)老大哥學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)都是從前蘇聯(lián)引進(jìn)，多采用油浸式變壓器、少油斷路器GG-1型高壓開關(guān)柜，及靜電電容器（易燃設(shè)備），所以當(dāng)時的變電所設(shè)計(jì)均采用單間隔離式安裝，即設(shè)置單獨(dú)的高壓配電室、變壓器室及低壓配電室等。這種做法至今有的還在采用，但已不是主流做法。

（2）改革開放以后，國外先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備和設(shè)計(jì)理念進(jìn)入我國，如空氣斷路器、真空斷路器、固體封柱式斷路器、干式變壓器、環(huán)氧樹脂澆注型變壓器、干式電容器等。這些設(shè)備具有容量大、體積小、安全度高等優(yōu)點(diǎn)，大大減少了線路故障和設(shè)備燒毀的可能性，所以設(shè)計(jì)規(guī)范允許高低壓設(shè)備共室安裝。這種做法是當(dāng)前的主流做法，但設(shè)計(jì)上仍然是各自獨(dú)立分離式安裝。（3）隨著設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展和智能監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，高壓柜、變壓器、低壓柜等各自獨(dú)立安裝，仍然存在著占用面積大、造價(jià)高、操作不方便的弊病，為了更好地深入負(fù)荷中心，滿足上進(jìn)、上出的靈活性要求，采用組合式安裝是一種很好的解決方案。從當(dāng)前變配電設(shè)備的現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)實(shí)踐來看，向智能化、一體化、小型化及模塊化組合式發(fā)展的條件已經(jīng)成熟，也是今后供配電設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢。

[1] 中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部. GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國計(jì)劃出版社, 2009.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-2009[S]. 北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2009.

[4]華北地區(qū)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化辦公室. 09BD210kV變配電裝置[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社.

[5]北京市規(guī)劃委員會. DB11/687-2009公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:2009.

[6]新疆建筑設(shè)計(jì)研究院. 03D603 住宅小區(qū)建筑電氣設(shè)計(jì)與施工[S]. 北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2003.

[7]長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院. 04D201-3室外變壓器安裝[S].北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2004

[8] 年培新. 低壓成套開關(guān)設(shè)備與國外同類產(chǎn)品相比存在差距與問題[M]. 天津:原天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究院.