10kV及以下变电所规划及设计要点

1、10kV及以下变电所规划及设计要点 1.用电量估算、变电所数量（位置）及变压器台数的规划2.高压电源的回路数及高压供电系统的结线方式3.变电所的面积、高度及设备布置要求4.变电所内高压电缆的截面选择5.变压器侧低压侧短路电流的估算及断路器分断能力的选择6.低压配电系统各级保护开关的动作选择性及整定值7.在低压配电系统负荷计算中的两个小问题1.用电量估算、变电所数量（位置）及变压器台数的规划1.1用电量的估算1）单位建筑面积用电指标见表1 表1 各类建筑物的单位建筑面积用电指标建筑类别用电指标W/m2变压器容量指标VA/m2建筑类别用电指标W/m2变压器容量指标VA/m2住宅15202030中小

2、学12202030公寓30504575高等学校25404060办公408060120展览馆、博物馆、剧场508075120商业一般型408060120大中型6012090180演播室250500400750医院307045100汽车库8151225旅店、饭店、体育场馆407060100机械停车库172325352）影响用电指标大小的主要因素（表1的使用说明）：工程建设标准：例如宾馆饭店的星级、商业类型档次、体育场馆的等级、医院的等级、规模大小、投资标准，高大空间，人员密集等。建筑高度类别：多层，二类高层，一类高层，超高层。工程所在地区：南方、北方、气候（冷、热、干燥、潮湿）、生活水平。制冷方式

3、（电制冷、吸收式制冷、冰储冷、地热源、地下冷水等）。热源：有无煤气、天然气（采暖、做饭）、城市热源等。当前的困惑：变压器负载率普遍偏低，变压器设计容量却还在增大。1.2变电所的数量、位置 变电所的数量、位置与建筑物的分布，使用性质（住宅、公建），总用电量、供电半径等许多因素有关，下面主要分析一下供电半径的问题 （1）供电半径限制，北京市2007年统一技术标准中规定，“低压供电半径市中心区不大于100m，其他地区不大于250m”假若只考虑满足供电半径的要求，而没有尽量将变电所设在负荷中心，也仅是满足了供电电压偏差的要求，仍不符合节能的原则。线路损耗还会达到总用电量的10%，甚至可达20%。低压供

4、电半径过大的坏处，不仅仅是不节能的问题，而且供电质量差，电压偏差大，缩短用电设备寿命等等。所以公建“高基”变电所最好布置在建筑物内的中心部位；住宅“低基”变电所宜布置在住宅附近的地下室内，或采用地上“箱变”。 因此特别需要使建筑专业的设计人理解：低压供电比高压供电（P=I2R）变电所不深入负荷中心，其线路要多用20多倍的铜和多耗30多倍的电，二者相乘为625693倍。 供电半径的概念其实质是供电线路的长度，而不是两点间的直线距离。 供电线路往往不能走直线、斜线，室外要沿道路，室内要沿墙、沿走廊、拐很多弯、留备用长度、走回头路以及建筑物高度的竖向距离等等。1.3变电所设置位置的其他要求1）进出线

5、方便，靠近电源侧，宜靠近建筑物外墙。2）设备运输方便。3）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，如果躲不开时，要设在盛行风向的上风侧。4）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危环境的正上方或正下方。5）不应设在厕所、浴室、厨房、洗衣房等容易积水场所的正下方，且不宜与其相贴邻。6）不应设在低洼、易积水的地方，考虑排水时，必须防止水的倒灌。7）不应单独设在地下；8）变电所的设备层下，需要有层高为2米的电缆夹层；9）不宜设在建筑物地下室的最底层，当设在最底层时，电缆夹层的地面标高宜与相邻的其他面积较大的房间（例如：冷冻机房、汽车库等）标高相同，并有防止洪水流入变电所的措施；10）公建

6、变电所（高基）与住宅变电所（低基）应分设（公建用电计算容量小于100kVA者除外）。1.4 根据建筑专业的规划图及各栋建筑的编号、性质、建筑面积，列出用电“负荷估算及变电所设置表”，见表2。 序号建筑物编号建筑面积层数用电指标VA/ m2用电量KVA变电所编号变压器台数容量（台）（kVA）平均用电指标VA/ m2备注11#楼办公330001210033001#变电所2x16009722#楼办公240001210024002#变电所2x125010433#楼住宅1800018203603#变电所2x6302244#楼住宅20000252038055#楼住宅1900018203806住宅小计（57

7、000）（1140）7XX#楼五星酒店23500247016454#变电所2x800688XX#楼高档公寓26000165013005#变电所2x63048.59合计10（9820）VA/ m2表2 某小区负荷估算及变电所设置表1.5变压器台数（规划） 变压器台数与总用电量、变电所的数量、计费方式、管理和使用的需要、变电所的型式（室内变电所、预装式变电站）不同对单台变压器容量的限制等多种因素有关。住宅用的“低基”变电所，其单台变压器容量不宜太大，如果采用预装式变电站（简称箱变）时，每台变压器的容量不宜超过800kVA，如果采用室内变电所（低基）单台变压器容量不宜超过1250kVA，因为高压可能

8、采用环网柜，高压负荷开关分断“转移电流”的能力有限。同时，采用容量小的变压器对低压侧断路器的分断能力要求也相对低一些，也更安全（住宅电气设计规范第4.3.3条规定“不宜大于1600kVA” ）。公建（高基）变电所中的单台变压器容量（在方案或初设阶段）不宜大于2000kVA（为施工图时留有变化的余地），施工图阶段不大于2500kVA，考虑变压器台数时，还要考虑每台的用途，供电范围，动力照明是否分开，冷水机组是否单设变压器等。每个变电所内的变压器台数，宜为双数，成对（两台变压器同容量）设置，便于互为备用，便于使两路高压回路的供电容量相等。2.高压电源的回路数量及高压供电系统的结线方式1）高压电源的

9、回路数量 为满足一、二级负荷的供电可靠性要求，一般工程均应有两路10kV独立电源供电，每一路10kV（35kV,6.3kV等）电源的供电变压器容量大概为：8000kVA至10000kVA（2800kVA3500kVA，5000kVA6000kVA等），两路10kV可供变压器容量为1600020000kVA（不同地区，不同的供电公司要求也不一样，每路高压能供的容量仅供参考），而且希望该两路10kV电源来自不同的上级（区域）降压站。 当总变压器容量超过20000kVA时，则希望有四路10kV电源供电，每两路成对同时供电、互为备用。最好不采用三路电源供电的方案。2）如果市政不能提供四路高压电源，而只

10、能提供三路高压电源时（应考虑其中有两路可能是来自同一降压站，此两路有同时断电的可能），此时有以下两种结线方案：方案一 将来自同一降压站的两路电源作为工作电源，同时运行；将引自另一个区域降压站的一路电源，作为纯备用电源，成为两用一备的较为简单地常用结线方案，平时两路工作电源各带总容量的一半。当任一路电源失电时，备用电源投入。当两路都失电时，备用的一路电源供整个工程的全部一、二级及以上负荷。方案二 采用三路电源同时工作互为备用的方式，每路电源供总负荷量的1/3左右，平时每路电源的负荷量相对较小，但是当任一路工作电源失电时，备用电源则需要供总负荷的2/3，比一路电源作为纯备用时的供电容量略大，为不使

11、其超载，需切除其部分次要负荷。如果两路电源均故障时，剩下的一路要供全部一、二级及以上负荷，比采用四路电源分为两组，每两路为一组互为热备用，其可靠性相差很多。3）应急电源，在有两路（或三路）市网的中压（35kV、10kV、6.3kV）高压电源时，特别重要负荷用户需增设应急电源，一般是采用柴油发电机组作为用户应急电源（尤其是对重要的动力负荷供电）。柴油发电机组的容量选择，在方案或初步设计阶段，一般可按变压器容量的1020%估算。设置柴油发电机的注意事项a.柴油发电机组的机房布置（见民规6.1.3条第45页）b.排烟、排风、进风口位置需由建筑及暖通专业确定，排烟、排气口不允许在建筑物的出入口处设置。

12、排烟口的位置一般宜在屋顶，需与建筑专业协商定（还需满足城市环保部门的要求）。c.柴油发电机的土建荷载按“动荷载”（一般为机组重量的两倍）提给结构专业。d.耗油量估算V=k*h*p V-储油量（升）K-计算系数，可取为0.36（偏保守）h-供油时间（38小时）p-发电机容量（kW）例如：一台800kW国产柴油发电机组，3小时耗油量为：V=0.36x3x800=864（升），可设置1m3的日用油箱在储油间内。3.变电所的面积、高度及设备布置要求3.1变电所的面积（见实例图）1）在规划及方案设计阶段，需要尽早的向建筑专业提出一个大概的位置和面积要求，需要提前、诚恳、耐心的向建筑专业的设计负责人，解释

13、清楚变电所深入负荷中心的重要性，使他们真正理解，愿意去做，在建筑物的地下室的负荷中心找一个变电所的较为理想的位置，是完全有可能的。一个两台变压器，10台高压开关柜的变电所面积，约为200250m2,4台变压器约需300 m2,如果有柴油发电机，视发电机的大小再增加50100m2。2）如果是初步设计阶段，需根据土建条件（柱网情况），考虑变电所内可能需要设电缆加层和楼梯及变压器需有运输通道等因素。当高、低压柜对面布置时，柱网跨距宜不小于8m（当小于7.5m时，布置会有难度），当两排低压柜面对面布置时柱网跨距宜不小于7m（当小于6.5m时布置会有些难度），可能使变电所需要的面积增加。3.2变电所的高

14、度及设备平面布置的注意事项1）变电所高度需满足设备层与电缆夹层共计层高不小于6m，如果不设电缆夹层，电缆上进上出，变电所层高不宜低于5m。2）如果不设电缆夹层，又要下进下出时，变电所的设备层，需要层高4m（低压柜高2.2m，柜顶上要0.8m，加梁高共为4m），在柜下及柜后需设电缆沟，高压电缆沟深一般为1.2m，低压电缆沟深宜为0.8m。3）应考虑由低压柜引出的低压电缆去用电设备的路径近且顺，电缆桥架宜沿墙、沿梁、沿走道敷设。4）高压电源进线方便靠近电源侧，希望靠外墙。5）值班室应有直通室外或通向走道的门。6）值班室应巡视低压柜方便（高压柜因操作少，故障率低且有信号屏可监视，不太有巡视要求）。7

15、）直流（含信号）屏要距值班室近（也可布置在值班室内），直流（因为有信号）屏要面向值班人员，最好是值班人员坐姿直视可见。8）注意变压器的噪音对值班人员的影响，宜使变压器在远离值班室的一端。9）需留出变压器运进、运出变电所及由室外运进建筑物的通道。10）当有值班室时，宜设卫生间（内设坐便器、洗脸盆、淋雨喷头、墩布池和休息室），面积有富裕时，可留维修间。11）其他无关的管道禁止穿过变电所。12）当变电所靠近外墙时需注意的问题当变电所在地下一层靠近外墙，且变电所的部分顶板上方无建筑物时，需考虑此处变电所的顶板可能降低，注意房间净高是否能满足安装变压器或开关柜等设备的要求，且需做好防水。由于室外地面会低

16、于室内地面，室外电缆进入室内的位置较低，注意电缆引入室内时的电缆拐弯的弯曲半径（必要时，也可设一个电缆进线小间）。13）配电室长度大于7m时，应在两端设门，门向外开，当变电所长度大于60m时，需增加一个出口。14）一排低压配电柜总长度短于6m时，可一端靠墙，一端留出口，长度大于6m时，其柜后的维修通道两端应有出口，当两个出口之间的距离超过15m时，应增加出口。高压柜总长度超过6m时，两端也应留出口，但总长度超过15m时，中间是否需要增加出口，在规范GB50053的4.2.6条的条文说明中说“不做硬性规定”，也就是说可以不增加出口。4.变电所内高压电缆截面的选择 高压短路电流简析 变电所内由高压

17、柜到变压器的一段电缆，其长度一般都不很长，仅为几米或十几米，此段电缆的截面主要需满足发生短路故障时的热稳定要求。见图2高压电缆的截面应满足下式（即热稳定）要求 S （GB50054-2011 3.2.14式）S被保护导体的截面（mm2）I通过导体（电缆）的预期短路电流（交流方均根值kA）t保护装置（断路器、熔断器）切断电流的时间（秒）k计算系数，（不同型号的电缆系数大小不同，GB50054-2011表A.0.2 例如YJV工作温度为90的铜缆k=176，铝缆k=116） 此处短路电流的大小，主要取决于本变电所距上级变电站的距离和上级变电站的变压器容量及其Uk%。在本变电所内各台变压器前的一段电

18、缆的长度（与从区域降压站到本变电所的电缆总长度比）相对都很短，此段电缆的阻抗对短路电流大小的影响很小。所以，一般情况下，在变电所内的各变压器可采用相同规格的电缆。只有当高压柜在总变电所内，而被其保护的变压器在分变电所内，分变电所距总变电所很远，且变压器容量又较小时，其短路电流才有明显的减小。此时，可经过短路电流计算，减小其高压电缆的截面。5.变压器低压侧短路电流的估算及断路器分断能力的选择5.1变压器低压侧短路电流的估算方法1）变压器低压侧总开关处的短路电流估算值Ik等于变压器的额定电流除以变压器的阻抗电压。见式（1）Ik= 或Ik= .(1)Ik变压器低压侧短路电流周期分量稳态值（A）Ie变

19、压器低压侧额定电流（A）Uk变压器阻抗电压百分数（%）例如：1000kVA变压器的低压侧短路电流（Uk%=6%=0.06） Uk= =24.05（kA） .(2)2）由变压器容量直接计算其短路电流： Ik= 24.05 （kA） .(3)3）计算误差分析：（1）估算时按10kV（及以上）电网的短路容量为 （即系统阻抗为零）；（2）电网电压为额定电压。（3）忽略了断路器及母线（不太长）的阻抗。例如：变压器容量为1000kVA，Uk=6%时的“估算”结果与“较精确的计算”（即计及电网短路容量值的计算）结果比较，见表3 表3变压器容量为1000kVA ，Uk=6%短路电流估算值与计算值比较表注：*短

20、路电流计算值（kA）与短路电流估算值之比的百分数。10kV侧短路容量（MVA）500300200100低压侧短路电流计算值（kA）24.0523.2222.7322.1520.57*估算值与计算值之间的误差 （%）03.455.497.9014.474）不同容量的变压器（当其阻抗电压相同时）低压侧短路电流估算值（当Uk%值相同时）与变压器容量成正比。例如：800kVA变压器的短路电流等于1000kVA变压器短路电流的0.8倍（24.05kAx0.8=19.24kA）。其他容量变压器的短路电流以此类推，见表4。 表4 变压器低压侧短路电流估算值及断路器运行分断能力选择表（建议值，仅供参考）变压器

21、容量（kVA）25031540050063063080010001250160020002500阻抗电压（Uk%）4%6%8%额定电流（A）361455577722909909115414431804230928863608短路电流（kA）9.0211.3614.4318.0422.7315.1519.2424.0530.0638.4848.1045.09开关分断能力（kA）151520253525303545606565裕量倍数1.661.321.391.391.541.671.561.461.501.561.351.44注：“裕量倍数”是开关的运行分断能力(kA)与短路电流估算值（kA）之

22、比。在发生短路故障的初期，短路电流的非周期分量由大到小衰减，其维持时间一般不超过3HZ、即0.06S，在开关分断时，非周期分量已经较小（所以在原低压配电设计规范GB50054-95 2.1.2条中规定不考虑非周期分量的影响）。5.2 Uk%的定义及测量方法1）定义：当变压器低压侧短接，其短路电流等于其额定电流时，高压侧的电压为其额定电压的百分数。2）Uk%的测量方法。 将变压器的低压侧短接，在变压器的高压侧由低到高施加电压，使变压器低压侧的（短路）电流上升到其额定电流，计算出此时高压侧施加的电压值与其额定电压值之比的百分数（就是Uk值）。5.3 Uk%对低压配电系统正常运行时电压偏差的影响。1

23、）影响短路电流值2）影响电压偏差值3）影响节能5.4变压器低压侧的短路电流值及断路器“运行分断能力”选择，见表45.5短路电流计算的相关名词及其用途：Ik”对称（三相周期分量）短路电流初始值（有效值kA）。 （GB/T 15544-1995）I”-次暂态短路电流（三相短路电流周期分量第一周期有效值）也称之为超瞬态短路电流（kA）。（钢铁企业电气设计参考资料上册）。Ik-稳态短路电流（周期分量有效值kA）（GB/T15544-1995）Ich三相短路第一周期全电流有效值（kA） （钢铁企业电气设计参考资料上册）。ich（ip）-三相短路峰值电流（冲击电流或短路全电流最大值kA）（工业与民用配电设

24、计手册 第三版）。Ich与ich的大小与电路呈感性或阻性的关系。a.当电路的感抗X大于阻抗R，并当X3R时：Ich=1.5Ik，ich=2.55Ikb.当电路的阻抗R大于感抗X，且R3X时：Ich=1.09Ik，ich=1.84Ik断路器运行分断能力的选择， GB50054-2011.6.2.3条规定短路持续时间小于0.1S时，校验绝缘导体截面积应计入短路电流非周期分量的影响；大于5S时需计入散热的影响。按以上规定计算非周期分量及散热的影响非常复杂。为了工程设计时选用简单，表4中采用“裕量倍数”代替非周期分量的影响，直接列出了推荐的断路器具体规格（因为变压器低压侧总开关和联络开关都只设过载长延

25、时和短路短延时保护，不设短路速断保护，其分断时间在0.1S以上，可以不考虑非周期分量的影响。按表4推荐的数据选择，其分断能力已有安全裕量。而各出线回路断路器的分断能力，可以与总断路器及联络断路器相同，虽然它们都设速断保护，分断时间短，有非周期分量的影响，但因有上级总断路器的限流作用，短路电流有所减小，按表4的推荐值选择，也是安全的），供同仁们参考。当短路点前所接入的电动机额定电流之和超过计算处短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响。6.低压配电系统各级保护开关的动作选择性及整定值 6.1变压器低压侧总断路器的框架（壳体）额定电流及其整定电流不应选的太小（例如：建筑电气常用数据04DX10

26、1-1第40页表5.4，干式变压器与断路器配合表）。因为变压器的过载保护、短路保护都是由其上级高压开关柜内的保护装置（综合继保）完成的。如果低压侧开关选得太小，当变压器短时间过载时，低压侧断路器就可能跳闸，切除其负载，则不能充分利用变压器的过载能力。会使变压器容量选得偏大，负载率降低，造成资源浪费。因此，变压器低压侧总断路器的框架电流不宜小于变压器额定容量的两倍。例如，1000kVA的变压器，其低压侧总断路器的框架（壳体）额定电流宜选择为2000A，（为变压器额定电流的1.386倍）。若变压器为1600kVA，其总断路器选为3200A，见表5。6.2低压配电系统断路器整定值的选择性配合见图3

27、1）变压器低压侧总断路器过载长延时整定电流，宜参考变压器的过载能力确定，带强迫风冷的干式变压器的过载能力，一般为变压器额定容量的1.21.4倍，且可在极限温度的情况下运行2小时。所以1000kVA的干式变压器，其低压侧输出总断路器的过载长延时整定电流值，宜定为1700A1800A（为额定电流的1.181.247倍），也有人将其整定为2000A，（为其额定电流的1.386倍）也是可以的。对于2000kVA的干式变压器，其过载长延时保护整定电流值，宜为3500A（为其额定电流的1.213倍）。见表5。 2）变压器低压侧总断路器与其下级（联络断路器）以及再下级（最大馈出回路含与应急柴油发电机互投的回

28、路）断路器，其过载长延时整定值应有保护动作的上、下级选择性配合，见表5，并应按下式校验： Iz1.3IL1.3Ic Iz变压器低压侧总断路器过载长延时整定电流（A） IL低压系统联络断路器过载长延时整定电流（A） Ic低压系统最大馈出回路（含供应急母线段的市电电源与发电机互投）断路器长延时整定电流（A）3）短路短延时整定电流及延时时间（见表5）变压器低压侧总断路器的短路短延时整定电流，宜为其长延时整定电流的35（3.54）倍（括号内数字为北京电力调度通信中心编“北京电网0.4千伏设备保护定值整定指导原则），延时时间为0.4（0.3）S。但是，具体是选为3倍还是选为5倍，也不是随便的和任意的。有

29、的设计者不加思考，取其中间值，选为4倍。或者一律取为5倍（却很少有人取为3倍）。其实应根据需要确定，在满足选择性配合要求的前提下，整定倍数越小保护动作越灵敏，也就越安全。当所有馈出回路的负荷都很小，其保护断路器的短路速断整定电流值也都很小时，将联络开关和变压器低压侧总开关的短路短延时，都整定为其过载长延时的3倍，既可满足各级开关短路保护的级差要求，又能尽早尽快的切除故障。则取为3倍更合理。联络断路器的过载长延时和短路短延时电流，都比总断路器小1.3倍，其短延时整定电流的倍数与总断路器的相同，延时时间为0.2（0.1）S。馈出线回路的断路器；一般只设过载长延时及短路速断，而不设短路短延时保护，因

30、为一般塑壳断路器的速断电流的大小均为长延时电流的10倍（多数断路器不可调）。即使是选用了短路短延时可调的断路器（动作电流和时间都可调），其保护效果也不是太好，除非是上、下级有不会越级跳闸的闭锁关系的“级联产品”才有意义。宜注意限制最大馈出回路的负荷容量，从而控制其断路器的过载长延时整定电流值，以提高各级开关保护动作的选择性，避免扩大断电范围，最大馈出回路的断路器整定建议值，见表5。 表5 低压配电系统各级开关及其整定值选择表序号变压器低压侧出线总断路器联络开关断路器最大低压出线电流值（A）容量（kVA）10kV侧计算电流（A）0.4kV侧额定电流（A）断路器框架电流（A）过负荷长延时（A）短路

31、短延时（A）断路器框架电流（A）过负荷长延时（A）短路短延时（A）125014.436150040020000.4S40032015000.2S125250231518.245563050025000.4S50040020000.2S1603203400239In36000.4S63050025000.2S200400450028.972210009000.9In45000.4S8006000.9In32000.2S250500563036.4909125011000.9In56000.4S10008000.9In40000.2S320630663036.490912

32、5011000.9In56000.4S12508000.9In40000.2S320630780046.21154160014000.9In72000.4S125010000.9In55000.2S3607508100057.71443200018000.9In90000.4S160012500.9In70000.2S50010009125072.21804250022000.9In100000.4S200016000.9In90000.2S630120010160092.42309320028000.9In140000.4S250020000.9In100000.2S800150011200

33、0115.52886400035000.9In180000.4S320025000.9In144000.2S10002000122500144.33608500044000.9In200000.4S400030000.9In180000.2S125025007.在低压配电系统的负荷计算中的两个小问题7.1问题一，在低压配电系统中用电设备的“计算电流” 1）因为设备的额定功率和额定电流，应是在其额定电压下的功率和电流，而用电设备的“计算电流”也应该是额定电压380/220V时的“计算电流”。然而，由于变压器低压侧的额定电压是400/230V，与用电设备的额定电压不同，假若用电设备距变压器很近，则

34、用电设备中的电流就会由额定电流 （每1kVA1.519A）增大5%，变为每1kVA1.6A，其功率则会增大10%。此功率虽然没消耗在输电线路上，却使设备运行在电压偏高、电流偏大的过载状态下，功率增大、缩短寿命，也不好。 假若所有的用电设备距变压器都很近，则可以将变压器的输出电压调低一些 （将变压器高压侧2x2.5%的分接头，由中间位调到+2.5%或+5%处），使其输出电压为380/220V，则用电设备便运行在额定电压下，“计算电流”也降为（380/220V时的）额定电流（1kVA时的电流是1.519A），此时，变压器和用电设备都在合理的额定的节能状态下运行，是很好的。2）假若变压器的输出电压为其额定值（400/230V），而用电设备到变压器的距离恰好使其得到额定电压（380/220V），此时设备的功率和电流均为其额定值，“计算电流”没上升，也没下降。但是，因为变压器的电压比用电设备高出5%，所以变压器输出的功率