卞于奎，茍千里，謝利群，鄒貴勝，來(lái)文江

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，與我們的日常的生產(chǎn)和生活密切相關(guān)。設(shè)計(jì)探討工業(yè)企業(yè)10kV變電所及低壓配電系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變電所負(fù)荷計(jì)算、變壓器和無(wú)功補(bǔ)償

1.1 變電所負(fù)荷計(jì)算

1.1.1 整經(jīng)車間負(fù)荷計(jì)算

表1 整經(jīng)車間用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

下同整經(jīng)機(jī)計(jì)算。

1.1.2 織機(jī)車間負(fù)荷計(jì)算

表2 織機(jī)車間用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

1.1.3 涂布車間負(fù)荷計(jì)算

表3 涂布車間用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

1.1.4 空氣壓縮機(jī)負(fù)荷計(jì)算

表4 空氣壓縮機(jī)用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

1.1.5 辦公區(qū)負(fù)荷計(jì)算

1.1.6 職工食堂負(fù)荷計(jì)算

1.1.7 其他供電負(fù)荷計(jì)算

1.2 無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

1.2.1 變電所總負(fù)荷和電流的初步計(jì)算

1.2.2 無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

根據(jù)供電公司要求，工廠用戶10kV側(cè)的功率因數(shù)不得低于0.9，本文設(shè)計(jì)考慮將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.93，采用低壓側(cè)集中并聯(lián)電容器補(bǔ)償。

1.3 變壓器的負(fù)荷計(jì)算及選擇

1.3.1 變電所總負(fù)荷計(jì)算和電流補(bǔ)償容量計(jì)算

1.3.2 變壓器的選擇

根據(jù)《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50053-2013》規(guī)定，本項(xiàng)目方案有二級(jí)負(fù)荷101kVA，其他均為三級(jí)負(fù)荷，又因本項(xiàng)目有另一條來(lái)自供電公司0.4kV供電線路，二級(jí)負(fù)荷容量也滿足限制要求，所以本項(xiàng)目選擇1臺(tái)變壓器供電；在變壓器故障情況下，可切除三級(jí)負(fù)荷，使用供電公司0.4kV供電線路給二級(jí)負(fù)荷供電。

根據(jù)SN≥S30，S30′＝841kVA，無(wú)功補(bǔ)償后計(jì)算負(fù)荷S30″＝783kVA。變壓器長(zhǎng)期工作負(fù)載率不大于85%，并考慮給未來(lái)5年預(yù)留20%擴(kuò)展空間，783×1.2÷0.85＝1105kV，變壓器選擇S11-M-1250/10 Dyn11型號(hào)的油浸式、全密封、無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓、雙繞組型的配電變壓器。

1.3.3 考慮變壓器損耗后計(jì)算

額定容量SN：1250kVA；

額定電壓：10.5/0.4kV；

1.3.4 變壓器實(shí)際負(fù)荷計(jì)算

1.4 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備選擇

1.4.1 無(wú)功補(bǔ)償重新計(jì)算

1.4.2 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備選擇

根據(jù)補(bǔ)償容量選擇BSMJ0.4-30-3型自愈式并聯(lián)電容器，數(shù)量6只，共計(jì)180kVar，補(bǔ)償裝置接線位于低壓母線側(cè)。

電容柜：選擇GGD固定式低壓開關(guān)柜

1000（L）×800（D）×2200（H） 1個(gè)；

斷路器：NSX400N3/350 1只；

電流互感器：BH-0.66-40Ⅲ 4只；

儀表：METSEDM2350 1只；

無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)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(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主接線和低壓配電系統(tǒng)圖

主接線和低壓配電系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 主接線和低壓配電系統(tǒng)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?yàn)楣S附近只有1個(gè)10kV供電節(jié)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)也只選擇了1臺(tái)變壓器，高壓故障或檢修時(shí)二級(jí)負(fù)荷也可以由另一條來(lái)自供電公司0.4kV線路供電，所以本項(xiàng)目變壓器一次側(cè)主接線采用了無(wú)母線的單元接線方式。

2.2.2 低壓配電方案

變壓器二次側(cè)主接線采用了單母線接線方式。

2.3 導(dǎo)線的選擇

2.3.1 10kV電源進(jìn)線L1的選擇

供電點(diǎn)至變電所0.3km，電源進(jìn)戶線選擇YJV-6／10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，變電所變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷P30＝728.7kW、Q30＝283.6kVar、S30＝782kVA。

在YJV-10kV-3*25直埋條件下，長(zhǎng)期連接負(fù)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(fā)熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機(jī)械強(qiáng)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(fù)載相同，也選擇YJV-10KV-3*25。

2.3.3 0.4kV電源進(jìn)線L2的選擇

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

在YJV-1KV-4*240直埋條件下，長(zhǎng)期連接負(fù)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(fā)熱條件。由于電纜溝直埋不考慮機(jī)械強(qiáng)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(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜,負(fù)載P30′＝722.68kW，Q30′＝430.31kVar，S30′＝841kVA，I30′＝1227.8A。

YJV-1KV-4*300在空氣中時(shí)，長(zhǎng)期連接負(fù)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(shù)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(fā)熱條件。由于橋架架空不考慮機(jī)械強(qiáng)度要求，且δu＜5%，故電纜滿足要求。如果預(yù)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(qū)域?qū)Ь€的選擇

配電柜至各區(qū)域?qū)Ь€的計(jì)算電流見表5。配電柜至各區(qū)域?qū)Ь€的選擇見表6。

表5 配電柜至各區(qū)域?qū)Ь€計(jì)算電流

表6 配電柜至各區(qū)域?qū)Ь€選擇

當(dāng)各區(qū)域電纜查表電流（詳見表6）＞計(jì)算電流（詳見表5）時(shí)，滿足發(fā)熱條件。由于橋架架空不考慮機(jī)械強(qiáng)度要求，且δu＜5%，故所有電纜都滿足要求。

3 短路電流計(jì)算及設(shè)備的選擇

3.1 短路電流計(jì)算

3.1.1 電源供電

電源來(lái)自300米處園區(qū)變電所供電網(wǎng)絡(luò)，用YJV-10kV電纜給企業(yè)變電所供電

3.1.2 基準(zhǔn)容量

圖2 短路電流計(jì)算圖

設(shè)定基準(zhǔn)容量為Sj＝100MVA。

3.1.3 計(jì)算基準(zhǔn)電壓和電流

3.1.4 計(jì)算各元件阻抗的標(biāo)幺值

3.1.5 電源點(diǎn)至短路點(diǎn)的總阻抗

3.1.6 沖擊電流及短路容量

3.2 10kV開關(guān)設(shè)備的選擇

3.2.1 高壓開關(guān)柜

選擇KYN28A-12型移開式交流開關(guān)柜3臺(tái)，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(nèi)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(shí)耐受電流16kA（4s）；機(jī)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(zhǔn)確級(jí)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(hù)熔斷器型號(hào)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(cè)計(jì)量

預(yù)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(guān)設(shè)備的選擇

3.3.1 低壓開關(guān)柜

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

3.3.2 0.4kV進(jìn)線斷路器QF2

QF2選擇Compact NSX400N Micrologic 2.3 400 A-4P 3D，極數(shù)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?jǐn)嗄芰?15 V／50kA。

3.3.3 0.4kV進(jìn)線隔離開關(guān)QS2

QS2選擇ISFT630熔斷器式隔離開關(guān)，熔絲類型為DIN，熔絲NH3為361×1.6≈580A，額定負(fù)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(zhǔn)確級(jí)為0.5，額定輸出為10vA，穿心匝數(shù)為1。

3.3.5 低壓側(cè)計(jì)量

預(yù)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(jìn)線柜儀表

選擇PM2225C電力參數(shù)測(cè)量?jī)x，電能精度為1.0，具有全電力參數(shù)測(cè)量和多種報(bào)警功能。

3.4 低壓配電設(shè)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(guān)柜1000（L）×800（D）×2200（H），外殼防護(hù)等級(jí)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(shù)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?jǐn)嗄芰υ?00VAC時(shí)為50kA，安裝類型為抽屜式，機(jī)械壽命為12500次，保護(hù)類型為過(guò)載保護(hù)（長(zhǎng)延時(shí)）。

（3）電流互感器TA3

TA3選擇BH-0.66 60Ⅱ 1500/5，準(zhǔn)確級(jí)為0.2，額定輸出為20VA，穿心匝數(shù)為1。

（4）綜合儀表

選擇PM2225C電力參數(shù)測(cè)量?jī)x。

3.4.2 空氣壓縮機(jī)電源柜

（1）分配柜

選擇GGD固定式低壓開關(guān)柜，尺寸為1000(寬）×800（深）×2200（高），外殼防護(hù)等級(jí)為IP40。

（2）斷路器QF8

QF8a/QF8b選擇Compact NSX250N4200，極數(shù)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?jǐn)嗄芰υ?15 V AC時(shí)為50kA，安裝類型為固定式，機(jī)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(guān)，熔絲類型為DIN，熔絲NH1為154×1.6≈250A。

額定負(fù)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(jī)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(zhǔn)確級(jí)為0.5，額定輸出為5VA，穿心匝數(shù)為1。

（6）儀表

選擇METSEDM2350三相數(shù)字電能表。

3.4.3 其他區(qū)域分配柜

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

4 結(jié)論

為了滿足江蘇樂(lè)福德新材料技術(shù)有限公司的搬遷需要，本公司為其設(shè)計(jì)了10KV企業(yè)變電所及低壓配電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)實(shí)例符合GB 50053-2013《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范要求，通過(guò)對(duì)此變電所及低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為企業(yè)設(shè)計(jì)變電所提供了設(shè)計(jì)模板，具有一定的參考及實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)可廣泛適用于大部分企業(yè)10kV及以下變電所及低壓配電系統(tǒng)的新建或搬遷工程。