变电站低压配电系统设计方案浅析

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摘要：本文以我公司变电站低压配电系统的设计为例，分别从站内具体空间布置低压柜、低压柜型分析及选择、柜内单元空间的合理设计等方面进行分析论证。并对低压配电系统中，主要设备元件的参数如何计算整定进行分析，为变电站低压配电系统设计提供参考和借鉴。

关键词：低压配电系统；空间布局；柜型；单元设计；参数计算整定

4号变电站承担着公司锻铸车间4号厂房、39号厂房等区域的用电负荷。该站现有一台1250KVA油浸式变压器。近年来，4号厂房内增加许多200kW以上大功率用电设备，39号厂房也进行了设备更新增容，均未对变电站低压系统进行扩容改造，造成变电站的低压配电系统馈线数量和开关容量都无法满足科研生产的需要。另外，该变电站低压柜为1956年BSL柜型，该柜型是国家明令淘汰产品，内部回路配置仍插保险或淘汰的老式刀开关，无法起到对用电线路及设备的保护功能，虽然后期根据负荷变化对原有柜体内部进行了局部改造，但柜体内及低压室位置紧张造成电气安全距离不够，给安全运行带来了新的隐患。所以，需根据厂房新设备的用电工艺要求对4号变电站低压配电系统进行重新设计改造，来保证该变电站的安全运行。

1低压配电系统设计的总体思路

变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备，配电网络按一定的接线方式所构成，它是从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全可靠经济的输送到每个用电设备的转换场所。4号变电站低压配电系统改造包括变压器二次母线、低压进线、无功补偿及低压开关柜等部分的设计。具体设计时，必须进行以下工作：（1）先分析用户需求确定馈线的数量规格；（2）根据现场的实际选择低压柜柜型确定安装尺寸；（3）对低压室根据柜体功能进行重新平面布置等；（4）根据柜内开关的品牌及规格型号确定柜体、绘制系统图，进行馈线单元的设计；（5）根据变压器的实际容量确定密集母线、无功补偿的容量规格，最后，再对其主要的保护参数进行计算整定。

2低压配电室布局及功能设计

2.1低压配电室布局设计

低压配电设备的布置应便于安装操作搬运检修试验和监测；低压配电室内各种通道的最小宽度要求：固定屏单列布置时，屏前操作通道不小于1500mm屏后操作通道不小于1200mm，屏后维护通道不小于1000mm。根据4号变电站低压室尺寸：长度5400mm，宽度4350mm，结合现场位置，将柜体尺寸定为厚度1000mm，柜后净距1350mm，柜前净距2000mm。在满足设计规范要求的前提下，为了低压柜搬运安装方便，在低压室西墙设置宽1500mm、高2350mm的外开门，详见图1。

2.2低压柜站内位置及功能设计

对于低压进线柜的设置原则要求:要便于与变压器二次侧的连接，尽量减少密集母线的拐弯个数、长度，经现场测量，变压器二次侧中心距低压室西墙距离约1800mm，故将D3柜作为进线柜。根据厂房主铝母线的出线方向，为了便于安装连接母排，将D1柜设置为厂房母线出线柜，并在柜顶上方装设柜顶母线转接箱。D2柜设为厂房电缆出线柜。因厂房内无功电容补偿多采用变压器低压侧集中补偿方式，故将D3柜旁边D4柜设置为电容补偿柜。4号站还肩负着东侧39号厂房的两路4根电缆出线，为了便于连接节省电缆长度，故将D5、D6柜设为外围厂房大容量出线柜，详见图1。为了便于运行监控，对每个柜体每个馈线都设置了数字式多功能仪表，具有三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数的测量显示功能，并带有远传通信接口。每回路另配指针式电流表一块，便于运行人员现场巡视一目了然。对于电容补偿柜，考虑到厂房内大功率设备的用电，采用动态自动补偿装置，配合施耐德的高品质电容器组，以达到精确补偿的目的。

3低压柜柜型选择及单元设计

3.1低压柜柜型分析及选择

国产的低压柜有GGD、GCS、GCK、MZS；外资品牌柜型有ABB的MNS2.0、ArTu；施耐德电气的BIokest、Prisma、OKKen；西门子的SIVAVCON8PT。按馈线的形式可分为：固定柜抽屉柜固定间隔拔柜三种。固定柜的优点连接牢靠，组装接线较为简便、价格低廉；缺点故障范围大，防护等级低，相对出线回路少，占空间多。抽屉柜优点故障范围小，更换故障回路快，防护等级高，出线回路多，占空间少，缺点插件多，散热差、故障率高，价格高。经厂区变电站对这两种柜型的多年使用，发现它们维修率、故障率都很高。经对市场上出现的固定间隔柜进行考察，发现它既综合了抽屉柜的优点，又在抽屉柜的缺点上进行了大幅度改进，是值得推荐的柜型，且国产MZS、ABB的MNS、施耐德电气的BIokest、OKKen和西门子的SIVAVCON8PT等柜型都可以灵活采用此形式。经对固定间隔柜的分析发现它具有以下优点：（1）该柜型将配电回路设计成纵横分隔的结构，将设备分别置于单独的小室内，使主母线系统、配电系统、功能单元、电缆连接空间相互隔离，保证了低压柜在检修、维护时的独立性和安全性，能防止故障的扩大并避免触电的危险，实现了设备的安全供电。（2）该柜型连锁方便，在开关柜正面布置各个功能单元小室的门上装有开关的门外延伸操作手柄，手柄和门带有机械联锁，各功能单元断路器在带电状态下小室门是不能打开的，手柄可加装挂锁保证安全。各小室门上可根据需要安装各种测量仪表、灯、开关等，灵活方便。由于所有可移动部件均在断路器本身，减少了插接件的接触不良。（3）该柜型配置的插拔式塑壳断路器，由于自身采用固定式底座和移动式本体的自配插接形式及底座板后的接线方式，确保解决了抽屉柜的插接问题，保证了功能小室门打开后无带电部件外露，实现了良好的分隔。断路器本身连接端头通过螺栓与配电母线连接，螺栓连接可通过紧固力矩控制达到的连接效果，避免了抽屉柜插件触头点对插接产生发热温升情况。采用电操方案时，可通过断路器自身联锁防止带负荷移动断路器本体。综上所述，固定间隔插拔柜克服了抽屉柜的种种缺陷，又最大限度地发扬了抽屉柜的优点，并考虑公司对4号站的投资，在满足功能的前提下，该次设计选择国产MZS柜的固定间隔插拔柜。

3.2固定间隔插拔柜单元组成设计

该设计选用MZS柜型，柜内塑壳断路器和框架断路器均选用西门子产品。该柜体总高度2200mm，有效高度1800mm，每单元标准间隔高度200mm，对一面标准柜体通常最多可布置9路标准间隔单元。但是，根据柜内塑壳开关或者框架开关的实际容量大小和电流等级不同，每面柜的配置也不尽相同。对于各种开关安装于各间隔内要求上下左右必须留有一定的空间以便开关的操作维修。经查阅2012年西门子《SENTRON3VL塑壳断路器产品样本》和西门子《SENTRON3WL框架断路器产品样本》，要求塑壳开关的外围间距不小于50mm，框架开关的外围间距不小于100mm。经查阅固定间隔插拔式低压柜的资料，通常1/4单元可安装≤63A的开关，1/2单元可安装≤100A的开关，1单元200mm高度可安装≤250A的开关，1.5单元300mm高度可安装≤400A的开关，2～3单元400～600mm高度可安装≤630A的开关，对于框架1600～3200A断路器通常至少占用4单元约800mm高度。所以在设计每个柜子的单元间隔时，应充分考虑以上因素，使柜体功能和空间尽量最大化。根据以上原则，柜内单元尺寸设计见图2。

4变电站低压主要参数计算及设备选型整定

4.1变压器的无功补偿量计算

对于变压器的无功补偿通常有两部分：一部分是变压器所带负荷的无功功率，它是由于负荷自然功率因数比较低，无法达到供电部门的要求，需要加装电容器来提高功率因数；二是变压器自身的无功功率，由于变压器本身是由线圈组成的，变压器自身的无功也不少，需要进行电容器补偿，补偿量的大小与变压器的大小有关。在用户用电设备具体参数不详的情况下，根据变压器的容量大小可估算出电容器补偿量，通常补偿量数值取变压器容量的15%～30%，4号站变压器为1250KVA的油变，无功补偿系数取中间值19.2%时，计算出电容补偿量为240KVar。电容补偿柜设计及配置详见图3。

4.2变压器二次母线的计算与选择

4号站变压器为1250KVA的油变，低压侧电压为380V，高压侧电压为10KV。根据公式Ie=S/(1.732×Ue)可计算出该变压器低压侧二次额定电流Ie=1250/(1.732×0.38)=1899.23A，通常考虑到变压器允许短时间过负荷运行，故计算母线实际的电流时，要乘以过负荷系数(1.2～1.45)。当该系数取1.2时，母线的计算电流Im=1.2×1899.23=2279.08A，所以密集母线应选择2500A等级的母线，这也与估算手册中母线容量约为2倍的变压器容量相一致。变压器及柜顶主母线容量设计，详见图4。

4.3二次侧低压总开关容量的计算与整定

变压器低压总开关的框架开关电流的计算，通常以变压器二次侧的额定电流为基准，取1.5倍的二次侧额定电流1899.23A，故计算出断路器的框架额定电流为2848.85A，所以框架断路器选用3200A等级的开关。对于框架断路器额定脱扣电流的整定通常以密集母线的计算电流Im=2279.08A来进行整定,取整后整定为2500A。对于断路器长延时通常取额定电流，对于短延时电流取4～5倍的额定电流，取4倍时为10000A。瞬时脱扣电流通常取10倍的额定电流，但为了防止下端用电负荷短路时造成总开关误动作，停电范围大，我公司将其设定为闭锁状态。低压总开关选型及参数整定详见图4。

5结语

4号变电站低压配电系统设计完成后，经过设备招标采购、安装、调试，并经过长达1年的试运行，效果良好，解决了原有变电站低压配电系统馈线少，容量缺失，线路及设备无保护的现象，同时排除了长期以来困扰变电站运行的电气安全隐患，也使站内面貌发生了根本的变化。

参考文献：

[1]中国航空工业规划设计研究院编.工业与民用配电设计手册，1997.9.

[2]朱甫泉,刘群,张胜利.固定分隔抽出式低压开关柜的分析，2009.

[3]西门子《SENTRONVL塑壳断路器产品样本》,2012.[4]西门子《SENTRONWL框架断路器产品样本》,2012.

[5]刘介才.工厂供电.机械工业出版社.[6]方大千，方亚敏.实用电工电子查算手册[M].化学工业出版社,2011.

作者:刘小丽 单位:中国航发西安动力控制科技有限公司运行保障中心