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【摘 要】电力作为经济发展的主要影响因素，在电力市场逐渐发展、繁荣的今天，如何将电力高效、稳定的输送到各地以及保持电力的安全性成了发展的瓶颈。在供配电系统中，10kV变配电所的设计作为至关重要的环节，其安全性对整个用电网络均可造成巨大影响。文章从高压供配电系统的主接线确定入手，重点对短路电流计算以及设计存在的普遍问题进行了论述。
【关键词】10kV；变配电所；设计
10kV变配电所的设计涉及到多个环节，例如负荷等级的确定、变压器的选定、短路电流的计算、相关热动稳定性的计算、电费计量以及功率因素补偿等，有时还要负责对低压出线回路的漏电以及谐波的抑制要求进行监测。变电所设计部门提供的设计施工图要经过当地供电部门的审查，确保计量及安全的需要。
1.高压供配电系统的主接线
高压供电系统的主接线不仅要满足当地供电部门的要求，同时也要遵从《10kV及以下变电所设计规范》及《供配电系统设计规范》的相关规定。常用到的高压开关有两种，一种是以真空负荷开关以及SF6为代表的负荷开关（环网柜），另一种是以真空断路器为代表的断路器。但是国家对具体使用哪一种开关没有明文规定。但是鉴于负荷开关的控制简单，并且需要配合电动操作机构才能满足继电保护需求，为此对于超过800kVA的变压器一般采用断路器柜。
用于某个用户的变压器（专变）以及用于住宅配电的变压器（公变）由于管理者与产权不同，为此供电部门对此的要求也有区别。例如，对于公变的电费由于是低压每户收取，并且是由变电部门直接管理，为此单台变压器的容量控制在800kVA以下，为此允许使用环网柜，其特点是接线较为简单。
例如在广东省的规定中提到，当单个用户的用电量大于100kVA时要设置专变。电能计量装置原则上应设在电力设施的产权分界处。对专线供电的高压用户，应在变电站出线处计量；对公共线路供电的高压用户，用电总量在315kVA以上的，应在用户受电变压器的高压侧计量，用电总量在315kVA及以下的，可在用户受电变压器的低压侧计量。特殊情况下，专线供电的用户可以在用户侧计量，公共线路供电的315kVA以上高压用户可在受电变压器低压侧计量。公用变压器供电用户采用低压计量方式。
至于系统到底采用单电源或者是双电源要基于负荷等级以及当地供电情况而定。例如在供电条件许可的条件下，如果存在较多的一级及二级负荷，此时要采用双电源。同时配备两台变压器，进线电缆要承受100%的一二级负荷。
2.短路电流的计算
短路电流的计算是进行高低压开关、校验开关以及线路开关选择、继电保护器确定的基础，为此是变电所设计的重要环节。下面以630kVA的变压器高、低压侧的三相短路电流为例来说明结果的重要性，这里按照远离发电机断短路以及无限大电源容量来进行计算。
（1）建立模型。这里假设在110kV/10kV变电站有一台容量为40000kVA的变压器，属于三相双绕组无励磁调压式变压器。其短路阻抗为μk%=10.5，连结组别为Ynd11。距离10kV/0.4kV变电所的距离为4km，使用的电缆为YJV—8.7/15kV—3x95，相应的末端变压器容量为630kVA，其短路阻抗为μk%=4.5，连结组别为Dyn11。然后在此基础上计算末端变压器在高、低压侧的三相短路电流。
（2）结果分析。有上述条件得到的短路电流及短路容量分别为：Id1=21kA，Sd1=382MVA；Id2=9kA，Sd2=164MVA；Id3=18.64kA，Sd3=12.9MVA。其实在实际的工程中并不一定知道前端110kV变电站距离设计的10kV变电站的距离或者前端变压器的容量，此时可以依据离前端变压器的远近来计算，并据此进行设备选择。从以上结果不难看出，距离电源点越远得到的短路电流越小。同时在同级电压中距离电源点的距离越近，短路电流越大；而在同样的短路电容下，如果电压越低，相应的短路电流就越大。
目前来讲主要使用的高压开关为VS1以及VD4，相应的额定对称短路电流为16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA，通过合理的选择必然可以满足设计要求；在常用的低压开关中，空气断路器的额定短路电流有以下几种：125kA、110kA、100kA、85kA、75kA、65kA、50kA、42kA。而塑殼断路器的短路电流则从16kA到200kA不等。为此只要合理选择，也很容易满足规范要求。
3.变配电所设计问题分析
3.1主接线不符合设计要求
实际中出现的主接线不满足电力部门对于功率因数以及计量要求主要是由于和电力部门的沟通不畅所致。导致这一问题的原因有：设计人员对于电力部门的产权界限划分不明确；不清楚保证电源的高可靠性需要收取费用，从而盲目的提升或者降低等级；不了解电力部门对于功率因数达不到设计要求要罚款的规定等均会造成设计的不合理。
3.2平面布置不合理
设计变电所的文件要满足一系列的要求，例如变电所的出入口设计或者通道设计方面：当变电所设备采用干式时可以与主建筑放于一起，但是要费用防火门；当位于高层建筑内要设置气体自动灭火装置与自动报警装置；当建筑物长度超过了7m要设置两个出口，并且至少一个出口要满足设备的搬运要求；如果建筑的长度超过60要在中间加设出口；如果设备本身的长度超过了6m就要在背后设置两个通道，如超过15m还要在中间增设通道。同时在布设通道时要首选直线形，避免U或者是L形，从而减少中间接头。
3.3进线电缆及变压器容量的选择不合理
在设计中有时会出现将100—1000kVA的变压器的高压侧统一使用YJV—8.7/15kV—3x50的电缆，这种选择尽管可以满足在流量的需要，但是不能满足热稳定要求。例如在630kVA的高压侧要至少使用3×70的电缆。此外当使用两台变压器时，使用的变压器及电缆的选择要首先考虑到100%的一、二级荷载的容量。
3.4避雷器安装不合理
避雷器作为变配电所的重要部分，如果选择不合适会加剧破坏性。例如如果避雷器安装在距离变压器较远的位置（电杆上），由于避雷器与需要保护的变压器具有一定的距离，该距离中引线的电感压降为U=Ldi/dt，也就是在0.6m长的引线上有1mH的电感。即使遇到雷击波陡度不是太大的情况下（di/dt=10kA/us），相应的引线上的压浆就可达到10kV，为此在引线的作用下，避雷器反而加大了对变压器的破坏。而如果将避雷器设置于变压器上就睡仅受到避雷器的残压而几乎没有影响。为此避雷器与变压器的距离越近其保护作用就越发明显。在实际的选择中可以选择氧化锌避雷器，充分的利用其吸收过压能量大、非线性系数小、寿命长、响应快、残压小、重量轻等优势。
4.结束语
10kV变配电所作为为用户提供电力的中心环节，充分的保证其设计合理性对于保证正常供电、经济性、安全性具有重要意义。设计人员、电力部门要同心协力不断地对设计进行优化，促使变配电所的发展。
参考文献：
[1] 黄育宏.10 kV架空配电线路工程设计分析[J].农村电气化，2008.
[2] 黄小兵.10kV配电线路设计技术要点分析[J].黑龙江科技信息，2011（4）.
[3] 刘文龙.浅析10kV 配电线路设计技术要点.价值工程. 2010 （29）.
【关键词】10kV；变配电所；设计
10kV变配电所的设计涉及到多个环节，例如负荷等级的确定、变压器的选定、短路电流的计算、相关热动稳定性的计算、电费计量以及功率因素补偿等，有时还要负责对低压出线回路的漏电以及谐波的抑制要求进行监测。变电所设计部门提供的设计施工图要经过当地供电部门的审查，确保计量及安全的需要。
1.高压供配电系统的主接线
高压供电系统的主接线不仅要满足当地供电部门的要求，同时也要遵从《10kV及以下变电所设计规范》及《供配电系统设计规范》的相关规定。常用到的高压开关有两种，一种是以真空负荷开关以及SF6为代表的负荷开关（环网柜），另一种是以真空断路器为代表的断路器。但是国家对具体使用哪一种开关没有明文规定。但是鉴于负荷开关的控制简单，并且需要配合电动操作机构才能满足继电保护需求，为此对于超过800kVA的变压器一般采用断路器柜。
用于某个用户的变压器（专变）以及用于住宅配电的变压器（公变）由于管理者与产权不同，为此供电部门对此的要求也有区别。例如，对于公变的电费由于是低压每户收取，并且是由变电部门直接管理，为此单台变压器的容量控制在800kVA以下，为此允许使用环网柜，其特点是接线较为简单。
例如在广东省的规定中提到，当单个用户的用电量大于100kVA时要设置专变。电能计量装置原则上应设在电力设施的产权分界处。对专线供电的高压用户，应在变电站出线处计量；对公共线路供电的高压用户，用电总量在315kVA以上的，应在用户受电变压器的高压侧计量，用电总量在315kVA及以下的，可在用户受电变压器的低压侧计量。特殊情况下，专线供电的用户可以在用户侧计量，公共线路供电的315kVA以上高压用户可在受电变压器低压侧计量。公用变压器供电用户采用低压计量方式。
至于系统到底采用单电源或者是双电源要基于负荷等级以及当地供电情况而定。例如在供电条件许可的条件下，如果存在较多的一级及二级负荷，此时要采用双电源。同时配备两台变压器，进线电缆要承受100%的一二级负荷。
2.短路电流的计算
短路电流的计算是进行高低压开关、校验开关以及线路开关选择、继电保护器确定的基础，为此是变电所设计的重要环节。下面以630kVA的变压器高、低压侧的三相短路电流为例来说明结果的重要性，这里按照远离发电机断短路以及无限大电源容量来进行计算。
（1）建立模型。这里假设在110kV/10kV变电站有一台容量为40000kVA的变压器，属于三相双绕组无励磁调压式变压器。其短路阻抗为μk%=10.5，连结组别为Ynd11。距离10kV/0.4kV变电所的距离为4km，使用的电缆为YJV—8.7/15kV—3x95，相应的末端变压器容量为630kVA，其短路阻抗为μk%=4.5，连结组别为Dyn11。然后在此基础上计算末端变压器在高、低压侧的三相短路电流。
（2）结果分析。有上述条件得到的短路电流及短路容量分别为：Id1=21kA，Sd1=382MVA；Id2=9kA，Sd2=164MVA；Id3=18.64kA，Sd3=12.9MVA。其实在实际的工程中并不一定知道前端110kV变电站距离设计的10kV变电站的距离或者前端变压器的容量，此时可以依据离前端变压器的远近来计算，并据此进行设备选择。从以上结果不难看出，距离电源点越远得到的短路电流越小。同时在同级电压中距离电源点的距离越近，短路电流越大；而在同样的短路电容下，如果电压越低，相应的短路电流就越大。
目前来讲主要使用的高压开关为VS1以及VD4，相应的额定对称短路电流为16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA，通过合理的选择必然可以满足设计要求；在常用的低压开关中，空气断路器的额定短路电流有以下几种：125kA、110kA、100kA、85kA、75kA、65kA、50kA、42kA。而塑殼断路器的短路电流则从16kA到200kA不等。为此只要合理选择，也很容易满足规范要求。
3.变配电所设计问题分析
3.1主接线不符合设计要求
实际中出现的主接线不满足电力部门对于功率因数以及计量要求主要是由于和电力部门的沟通不畅所致。导致这一问题的原因有：设计人员对于电力部门的产权界限划分不明确；不清楚保证电源的高可靠性需要收取费用，从而盲目的提升或者降低等级；不了解电力部门对于功率因数达不到设计要求要罚款的规定等均会造成设计的不合理。
3.2平面布置不合理
设计变电所的文件要满足一系列的要求，例如变电所的出入口设计或者通道设计方面：当变电所设备采用干式时可以与主建筑放于一起，但是要费用防火门；当位于高层建筑内要设置气体自动灭火装置与自动报警装置；当建筑物长度超过了7m要设置两个出口，并且至少一个出口要满足设备的搬运要求；如果建筑的长度超过60要在中间加设出口；如果设备本身的长度超过了6m就要在背后设置两个通道，如超过15m还要在中间增设通道。同时在布设通道时要首选直线形，避免U或者是L形，从而减少中间接头。
3.3进线电缆及变压器容量的选择不合理
在设计中有时会出现将100—1000kVA的变压器的高压侧统一使用YJV—8.7/15kV—3x50的电缆，这种选择尽管可以满足在流量的需要，但是不能满足热稳定要求。例如在630kVA的高压侧要至少使用3×70的电缆。此外当使用两台变压器时，使用的变压器及电缆的选择要首先考虑到100%的一、二级荷载的容量。
3.4避雷器安装不合理
避雷器作为变配电所的重要部分，如果选择不合适会加剧破坏性。例如如果避雷器安装在距离变压器较远的位置（电杆上），由于避雷器与需要保护的变压器具有一定的距离，该距离中引线的电感压降为U=Ldi/dt，也就是在0.6m长的引线上有1mH的电感。即使遇到雷击波陡度不是太大的情况下（di/dt=10kA/us），相应的引线上的压浆就可达到10kV，为此在引线的作用下，避雷器反而加大了对变压器的破坏。而如果将避雷器设置于变压器上就睡仅受到避雷器的残压而几乎没有影响。为此避雷器与变压器的距离越近其保护作用就越发明显。在实际的选择中可以选择氧化锌避雷器，充分的利用其吸收过压能量大、非线性系数小、寿命长、响应快、残压小、重量轻等优势。
4.结束语
10kV变配电所作为为用户提供电力的中心环节，充分的保证其设计合理性对于保证正常供电、经济性、安全性具有重要意义。设计人员、电力部门要同心协力不断地对设计进行优化，促使变配电所的发展。
参考文献：
[1] 黄育宏.10 kV架空配电线路工程设计分析[J].农村电气化，2008.
[2] 黄小兵.10kV配电线路设计技术要点分析[J].黑龙江科技信息，2011（4）.
[3] 刘文龙.浅析10kV 配电线路设计技术要点.价值工程. 2010 （29）.