浅析10kV变配电系统

浅析10kV变配电系统

谢龙

关键词：变配电系统；供电方案；箱式变压器；

1.前言

随着近年来全国高速公路、铁路、高层住宅群等建筑的大力发展，10kV变配电系统的位置愈发重要，选择安全、可靠、经济的变配电系统必然是一种发展趋势，同时也是保证人员、设备安全的关键。相关人员不仅需要掌握变配电系统基本的操作规程，同时还需要对其原理有一定的了解。

图1：供电方案一

图2：供电方案二

2.10kV供电方案介绍

10kV供电方案的选择需要考虑诸多因素，如成本、地理位置、一般负荷和消防负荷等。选择合理的方案，除了能够满足安全使用的要求以外，还能做到节约经济、方便后期增容、检修维护方便等优点。图1为某高速公路收费站供电方案。收费站地理位置偏远，负荷量较固定，一二级负荷所占比例小。收费系统为一级负荷，应急照明、给水、消防负荷为二级负荷，因此采用单母线供电，柴油发电机做备用电源，采用ATS（双电源自动转换开关，下同）进行切换，并且对收费系统设置了专用的UPS（不间断电源，下同）。图2为某火车客站供电方案。火车站通常设在城区附近，具有大量的一级负荷和二级负荷，后期容量变动较大。因此采用双母线供电，在低压侧增设母联柜，方便对相关设备进行停电检修。近年来，人们对消防的要求越来越高，为了更快、更准确的响应消防，可以在方案二上进行优化。如图3，将低压母线分为消防母线和非消防母线。当发生火灾时，操作人员能够迅速、准确的切断非消防负荷，保证消防负荷带电。除此之外，对于某些特别重要的设备，还需单独设置UPS或EPS（应急电源）。

图3：供电方案三

3.箱式变压器与变配电室的比较

变配电系统可以独立设置，如箱式变压器（简称箱变），或者设置在建筑物的变配电室内，根据项目的特点采用不同的形式，两者的优缺点如表1。

表1：箱变与变配电室的比较

通过表1可以看出，箱变成本低、安装简单、投入使用快，不依赖于建筑，但后期维护复杂、维护费用高、扩展性低，适用于工期紧、负荷数量固定或临电接入困难，正式电与临时电相结合的场所。变配电室因安全可靠性、扩展性、易维护性更高，更适用于住宅小区、商场、机场等人员聚集等场所。

4.10kV高压输电线路

10kV高压输电线路有架空线路、电缆沟、直埋等形式，本文主要介绍架空线路。高压架空线通常选用铝绞线或钢芯铝绞线，在选择导线截面时，除根据负荷外，还需与地区配电网的发展规划相结合。当无地区配电网规划时，导线截面不宜小于表2。（低压指1kV以下）

某项目多次发生因大雪、大雨等恶劣天气损坏高压线路导致大面积停电的情况，主要原因分为两种。一、自然因素，如滑坡。电线杆在选址时，需要综合考虑各种因素，如：地形、地貌、地质、气象条件以及杆距、安全距离、保护距离等。二、人的因素，如电线杆立杆不规范。电杆埋地深度是根据电杆的长度、杆距、土质等确定，通常埋地深度不小于杆长的1/6，并应设置卡盘和底座，以防止杆的倾斜。对于终端杆、转角杆等处，需设置拉线平衡受力，拉线与电杆的夹角一般为45°。对于土质松软处，可采用夯实或者换土法增加强度。

5.高压柜单元

高压柜单元主要包括进线柜、计量柜、出线柜、母联柜等。进线柜：主电源进线，装有主断路器；计量柜：对供电的电量进行测量和记录；出线柜：出线开关柜，带下级用电设备；母联柜：提高供电系统的可靠性和灵活性，通常在一级、二级负荷中使用。

高压柜送、断电应严格按照规定的顺序操作。送电顺序为：进线柜合闸→出线柜合闸。断电顺序为：出线柜分闸→进线柜分闸。可以总结为按电流流向进行送电，按电流反向流向进行断电。在这里需要特别指出的是，若高压进线柜有接地刀闸，在上级电源未断时，严禁将高压进线柜接地刀闸合闸。当干式变压器采用无载调压时，操作顺序为：出线柜分闸→进线柜分闸→出线柜接地刀闸合闸→变压器档位调整→出线柜接地刀闸分闸→进线柜合闸→出线柜合闸。

6.变压器单元

变压器按冷却方式可分为油浸式变压器和干式变压器。油浸式变压器结构优化好、空载损耗低，但价格高、易维护性差，多用于户外。干式变压器主要使用在特别重要、消防要求特别高的如高楼、医院、车站等场所。

变压器设置时，为了防止人员误操作在上级未断电的情况下进入变压器间隙，宜对变压器的门进行监控，当变压器的门打开时，反馈控制信号切断上级电源。当输出电压过高或过低时，可以通过调节变压器一次绕组抽头，改变电压比，从而达到调整输出电压的目的。变压器调压分为有载调压和无载调压两种。有载调压是在变压器不中断运行的情况下进行调压，首先合上分接开关电源，记录变压器运行档位，根据所需电压来升降档位，调压应逐一档位变换，禁止跳级变换分接开关。无载调压即变压器断电后进行档位调整。干式变压器调压完成运行前，必须对挡位进行复查，保证每个绕组连接方式相同。

7.低压配电单元

低压配电单元主要包括进线柜、电容补偿柜、母联柜、配电柜等。电容补偿柜的作用是提高功率因素，降低无功损耗。

10kV电压经过变压器降压后，配电柜集中设置，又称动力配电中心，将电能分配给下级配电设备。对于重要负荷应设置备用电源，如柴油发电机，备用电源与市电切换采用ATS。柴油发电机从启动到电压稳定需要几秒到几十秒的时间，在选用ATS时，需要考虑电压不稳定对开关的影响，宜选用带延时功能的ATS。而对于特别重要的如收费系统、医院、中央服务器等即使短时断电也会带来严重后果的设备，不仅需要设置柴油发电机，同时还需要设置UPS。

8.小结

随着社会的发展，10kV变配电系统在供配电网中占有的位置日渐重要，安全、可靠、经济的变配电系统是一种必然的发展趋势。本文为笔者在工程实践中的一点总结，旨为相关人员提供借鉴和参考，如有不当之处，欢迎专业人士批评指正。

参考文献：

[1]张伟康，关于10kV架空线路故障形成原因及排除方法和预防措施[J].通讯世界，2014，29.

[2]张维，浅谈大型民用建筑中供配电系统的设计[J].科技情报开发与经济，2012，8.

[3]杨荣艳，变电站运行工作中常见问题及处理措施[J].通信与自动工程，2010，9.

作者简介：

谢龙，男，1991.09，本科，助理工程师