廠礦企業(yè)變電所與配電線路綜合設(shè)計(jì)分析

李偉

摘 要：本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)廠礦企業(yè)變電所與配電線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和討論，內(nèi)容包括所址選擇、變配電設(shè)備選型和線路設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：變電所；配電線路；設(shè)計(jì)；廠礦企業(yè)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

廠礦企業(yè)是國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的骨干力量，同時(shí)也是對(duì)電能需求很高的單位。而變電所與配電線路的設(shè)計(jì)效果對(duì)于充分滿足廠礦企業(yè)電能需求發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。由于電力技術(shù)發(fā)展很快，配變?cè)O(shè)備與控制技術(shù)日新月異，所以時(shí)刻關(guān)注電力技術(shù)的發(fā)展成果，并在配變?cè)O(shè)計(jì)中應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，不僅有助于提高設(shè)計(jì)水平，也利于廠礦企業(yè)更好地利用電能并為社會(huì)創(chuàng)造更多的物質(zhì)財(cái)富。本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)廠礦企業(yè)變電所與配電線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

1 廠礦企業(yè)變電所設(shè)計(jì)

1.1 所址選擇

從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則出發(fā)，變電所的位置應(yīng)合理，同時(shí)還應(yīng)滿足進(jìn)出線和設(shè)備運(yùn)輸方面的便利性，地質(zhì)水文與地形地貌條件也需要考慮，環(huán)境因素更不容忽視[1]。下面就對(duì)這些因素進(jìn)行討論。

1.1.1 位置合理

一般來(lái)說(shuō)，變電所應(yīng)靠近負(fù)荷中心，這樣有利于減少電能損耗。但是由于廠礦企業(yè)負(fù)荷不對(duì)稱性，變電所設(shè)置在負(fù)荷中心時(shí)并不總能保證配電線路投資最低以及電能損耗最小，甚至可能存在較大差別。變電所供電的所有負(fù)荷組成一個(gè)負(fù)荷群，并可分為對(duì)稱負(fù)荷群和不對(duì)稱負(fù)荷群兩種情況。對(duì)于對(duì)稱負(fù)荷群來(lái)說(shuō)，變電所最經(jīng)濟(jì)的位置就在負(fù)荷中心；而不對(duì)稱負(fù)荷群最經(jīng)濟(jì)的位置并不在負(fù)荷中心。

對(duì)稱負(fù)荷群求取負(fù)荷中心一般采用以下幾種方法：（1）通過繪制負(fù)荷指示圖來(lái)確定負(fù)荷中心。即在供電單位平面圖上標(biāo)出負(fù)荷圓，圓面積大小對(duì)應(yīng)負(fù)荷的大小，圓心對(duì)應(yīng)負(fù)荷中心。（2）通過計(jì)算靜態(tài)負(fù)荷中心確定負(fù)荷群中心。與靜力學(xué)中利用力矩方程求取重心的方法類似。（3）利用負(fù)荷電能矩法求取負(fù)荷中心。負(fù)荷電能矩法考慮到負(fù)荷工作時(shí)間與負(fù)荷中心的關(guān)系，所以這是一種動(dòng)態(tài)負(fù)荷中心計(jì)算法。

不對(duì)稱負(fù)荷群應(yīng)當(dāng)按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則確定負(fù)荷中心。但是利用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則確定變電所位置的方法較繁。對(duì)于最大負(fù)荷特別大的負(fù)荷群，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行位置就在最大負(fù)荷點(diǎn)處，這時(shí)只要知道了最大負(fù)荷點(diǎn)，變電所的位置也就確定了。也可以按照有色金屬體積最小與線路功率損耗最低的原則確定變電站經(jīng)濟(jì)位置，但因不同截面電纜的許用電流密度并不相同，按這種方法確定的變電所位置并不十分理想。好在目前計(jì)算機(jī)技術(shù)非常普及，可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則編程解決較復(fù)雜的計(jì)算問題。

1.1.2 交通便利

變電所交通便利有利于主變壓器和組合式電器等大型設(shè)備的運(yùn)輸，當(dāng)然也可以減少道路方面的投資，對(duì)于日常運(yùn)行、維護(hù)管理也是有幫助的。一般變電所應(yīng)鄰近運(yùn)輸?shù)缆?，門前場(chǎng)地較為開闊，沒有其他可遮擋的建筑物，以便于大型設(shè)備裝卸。

1.1.3 出線方便

變電所選址還應(yīng)考慮周邊環(huán)境以及廠房平面布置情況，出線要方便。如果為了避讓建筑物或設(shè)備基礎(chǔ)而使出線路徑過長(zhǎng)，不僅增加線纜用量，土方工程量也會(huì)劇增，這樣投資就會(huì)比較大，而且日常運(yùn)行維護(hù)和管理也不方便。

1.1.4 環(huán)境因素

環(huán)境因素包括變電所位置及周邊情況。所址應(yīng)避開地質(zhì)斷層、采礦塌陷區(qū)、喀斯特地貌、風(fēng)口以及可能發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)。還應(yīng)滿足防洪防澇要求，不宜在地勢(shì)低洼地區(qū)建變電所。周邊應(yīng)無(wú)產(chǎn)生嚴(yán)重污穢、污染物質(zhì)的場(chǎng)所（如金屬冶煉廠、破碎車間等）。還應(yīng)遠(yuǎn)離有劇烈振動(dòng)、腐蝕、易燃易爆危險(xiǎn)的場(chǎng)所。此外，地勢(shì)應(yīng)盡量平坦，以減少土方工程量。

1.2 變電所數(shù)量與建筑形式

大型廠礦企業(yè)一般采用高壓進(jìn)線多級(jí)降壓供電形式，這樣就需要設(shè)置1個(gè)總降壓變電所和若干個(gè)車間變電所，例如110kV/10 kV總降壓變電所及10 kV/0.4kV車間變電所。車間變電所適當(dāng)?shù)臄?shù)量對(duì)于滿足車間供電需求并節(jié)省投資具有重要的意義。一般應(yīng)從供電半徑、供電負(fù)荷和遠(yuǎn)期規(guī)劃等幾方面加以考慮。一般10 kV/0.4 kV單臺(tái)變壓器容量不宜超過2000kVA，10kV配電所容量則不宜超過10000kVA，再結(jié)合生產(chǎn)區(qū)負(fù)載率在60%～75%之間，生活區(qū)負(fù)載率在75%～85%之間，就可以計(jì)算車間變電所數(shù)量。同時(shí)還應(yīng)考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷需求，不應(yīng)只考慮當(dāng)下而將一些變電所隨意合并處置，該單獨(dú)設(shè)置的還是要單獨(dú)設(shè)置。

變電所建筑應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)選用合適的形式。廠礦企業(yè)變電所常采用獨(dú)立式、貼建式、室內(nèi)式和箱式四種形式。例如礦場(chǎng)選用移動(dòng)箱式較適合，比較大型的車間選用獨(dú)立式、室內(nèi)式和箱式都可以。容量較小的車間選用箱式較適合。

1.3 短路電流計(jì)算

短路電流計(jì)算是正確選擇電氣設(shè)備的基礎(chǔ)，應(yīng)計(jì)算最大與最小運(yùn)行方式下的短路電流有效值以及最大運(yùn)行方式下的短路容量、短路電流沖擊值。計(jì)算短路電流時(shí)應(yīng)考慮廠礦企業(yè)電力系統(tǒng)510年的發(fā)展規(guī)劃以及本工程的發(fā)展規(guī)劃。例如某工程以遠(yuǎn)景水平年作為短路電流計(jì)算水平年，按照遠(yuǎn)景水平年大方式下的系統(tǒng)短路阻抗進(jìn)行計(jì)算，得出110kV側(cè)三相短路電流為18.8kA，10kV側(cè)三相短路電流為17.38 kA。

1.4 主要電氣設(shè)備選型

經(jīng)過負(fù)荷計(jì)算和短路電流計(jì)算以后可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型。主變?nèi)萘繎?yīng)按補(bǔ)償后變電所負(fù)荷總?cè)萘俊⒆儔浩髋_(tái)數(shù)及運(yùn)行方式確定，同時(shí)還應(yīng)考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃。一般情況下宜選擇2臺(tái)主變，一定條件下選擇3臺(tái)或1臺(tái)也是可以的。選用2臺(tái)主變并且2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，每1臺(tái)的容量不應(yīng)少于變電所總計(jì)算負(fù)荷的80%～70%；選擇3臺(tái)，采用2臺(tái)工作1臺(tái)備用，每臺(tái)容量不應(yīng)少于變電所總計(jì)算負(fù)荷的50%；選擇1臺(tái)的容量必須滿足全部用電負(fù)荷需要。選擇變壓器應(yīng)選擇節(jié)能型號(hào)，如S11（SZ）以上系列。高壓電器選擇時(shí)應(yīng)按使用環(huán)境條件進(jìn)行選擇，如安裝于戶內(nèi)的應(yīng)選擇戶內(nèi)型，安裝于戶外的必須選擇戶外型；污染嚴(yán)重的區(qū)域應(yīng)選擇防污型設(shè)備，熱帶地區(qū)應(yīng)選擇耐濕熱型電氣設(shè)備。再按額定電壓和額定電流選擇型號(hào)，并按短路條件進(jìn)行校驗(yàn)。高壓開關(guān)柜應(yīng)選用具有五防功能的成套高壓開關(guān)柜。例如某工程總降壓變電所選用SZ11-50000/110型主變，110kV配電裝置選用GIS成套設(shè)備（126kV/1600A/31.5kA），10 kV配電裝置選用KYN28-12型鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜，10 kV無(wú)功補(bǔ)償成套裝置選用TBB型并聯(lián)電容器成套裝置等。endprint

1.5 電氣總平面布置

變電所布置形式分屋外布置和屋內(nèi)布置兩種。屋內(nèi)布置雖比屋外布置投資大，但可節(jié)約用地，維護(hù)、防護(hù)條件更好。但無(wú)論采用哪種布置形式均應(yīng)滿足搬運(yùn)、安裝、試驗(yàn)、操作、維護(hù)和檢修要求。例如某工程總降壓變電所采用半戶內(nèi)布置，占地59m×36m，110kV架空進(jìn)線，10kV電纜溝出線；主體建筑為2層，總占地584m2。

1.6 過電壓保護(hù)與接地

變電所應(yīng)設(shè)置防雷裝置、過電壓保護(hù)設(shè)備及敷設(shè)接地網(wǎng)。例如某工程總降壓變電所采用避雷帶、避雷針防范直擊雷，裝設(shè)氧化鋅避雷器防范雷電過電壓。

2 廠礦企業(yè)變電所供配線路設(shè)計(jì)

2.1 主接線方案確定

廠礦企業(yè)變電所主接線應(yīng)根據(jù)變電所的地位、進(jìn)出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、負(fù)荷性質(zhì)等基本條件而定。在保證供電安全可靠的前提下，應(yīng)力求接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活、維護(hù)方便，并盡量節(jié)省投資和降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)還要兼顧企業(yè)遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃而留有擴(kuò)建的余地。

當(dāng)只有一路電源供電，主變也為一臺(tái)時(shí)，一般采用線路-變壓器組接線方式，變壓器一次側(cè)開關(guān)可采用高壓跌落式熔斷器或斷路器。當(dāng)有兩路電源供電，兩臺(tái)主變兩回出線時(shí)，常采用橋式接線方案。橋式接線分內(nèi)橋、外橋和全橋幾種形式，內(nèi)橋接線一次側(cè)線路有保護(hù)，但主變切換不方便；主變需要經(jīng)常切換時(shí)常采用外橋接線，但線路切換不方便；當(dāng)需要經(jīng)常切換主變又要切換線路時(shí)可采用全橋接線方式。當(dāng)出線為兩回以上時(shí)，應(yīng)采用擴(kuò)大橋式接線或分段單母線接線。例如某工程總降壓變電所規(guī)劃容量為3×50MVA，當(dāng)期采用1×50MVA。終期方案為兩回110kV進(jìn)線，配置3臺(tái)變壓器，進(jìn)線采用擴(kuò)大內(nèi)橋接線方式，出線為36回10kV線路，單母線四分段接線。當(dāng)期方案是1回110kV進(jìn)線和1臺(tái)變壓器，所以進(jìn)線采用線路-變壓器組接線方式，出線為12回10kV線路，單母線接線。

2.2 供配電線路選型

從總降壓變電所到車間變電所，再?gòu)能囬g變電所到用電負(fù)荷，都需要配置線路。按照敷設(shè)方式，供配電線路可采用埋地電纜和架空線兩種方式。一般應(yīng)綜合敷設(shè)距離、地形地貌、水文地質(zhì)、施工條件、維護(hù)條件、投資情況、現(xiàn)有線路等情況而定。一般敷設(shè)距離≤1km時(shí)，常采用埋地電纜；當(dāng)敷設(shè)距離>1km時(shí)，且周圍無(wú)建筑物，一般可采用架空線路。電纜敷設(shè)有直埋、電纜溝、穿管、隧道、橋架等方式，應(yīng)結(jié)合具體情況而定。

2.3 線路路徑選擇

考慮室外路徑，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究基礎(chǔ)上，綜合路徑長(zhǎng)度、施工、運(yùn)行等因素，并結(jié)合地形地貌、氣候條件等，然后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較而定，盡量做到既經(jīng)濟(jì)合理又安全適用。埋地電纜敷設(shè)，應(yīng)在滿足安全要求的前提下，縮短路徑，但應(yīng)避開劇烈振動(dòng)、腐蝕、過熱和外力干擾區(qū)域，以便于敷設(shè)和維護(hù)；盡量少穿越公路、鐵路、管道等設(shè)施；為防蟻害、鼠咬，應(yīng)采取必要措施。架空線路的選擇，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)踏勘基礎(chǔ)上合理配置。盡量避免與其他設(shè)施、線路交叉，需要交叉時(shí)應(yīng)避開被跨越線路的桿塔；盡量少跨越房屋建筑；避開低洼地、不良地質(zhì)地區(qū)；不跨越儲(chǔ)存易燃易爆物品的倉(cāng)庫(kù)和堆場(chǎng)等。

2.4 導(dǎo)線類型確定

中壓電纜通常選用交聯(lián)聚乙烯絕緣型，低壓電纜一般選用聚氯乙烯或交聯(lián)聚氯乙烯擠塑絕緣類型，直埋電纜應(yīng)采用鎧裝電纜。架空導(dǎo)線多采用鋼芯鋁絞線或鋁絞線，也可選用架空絕緣導(dǎo)線。空氣污染較嚴(yán)重地區(qū)可選用鋅-鋁-稀土合金鍍層鋼絲鋼絞線，以滿足防腐要求。

結(jié)語(yǔ)

電力技術(shù)發(fā)展迅速，廠礦變電所與配電線路設(shè)計(jì)工作也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)并跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從提高供電可靠性、降低電能損耗、改善電壓質(zhì)量做起，以充分滿足廠礦企業(yè)用電需求。

參考文獻(xiàn)

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