农网建设10kV配电变压器的选用及安装分析论文
摘要： 本文从农网改造的重要性和特殊意义出发，重点对农网建设中配电变压器的选用、安装进行了详细的阐述。
关键词： 网改建设；10kV配电变压器；选用及安装
随着我国经济的快速发展，电力网络的建设也上了一个新台阶，作为电网重要组成元件之一的变压器，其数量也在激增。变压器的安装是一个工序相当复杂和重要的过程，安装质量的好坏直接影响到变压器的安全稳定运行，因此，如何合理选择配电变压器和正确安装，也是农网改造设计与施工中需要重点解决的问题。本人根据参加农网改造的实践和参考有关电力技术规程，对变压器的安装提出以下几点看法，以供参考。
一、10kV配电变压器台区的定位
农村配电变压器的台区应按“小容量，密布点，短半径”的原则来建设改造。变压器应尽可能安装在负荷中心或重要负荷附近，同时还应尽量避开车辆、行人较多的场所，且便于更换和检修设备的地方。最佳位置是指能使该台区内低压电网的线损、低压线路的投资和消耗的材料最少的位置。位置选择前应对现有的和未来10年内的负荷情况进行全面深入细致的调查和预测，使配电变压器安装位置居于负荷中心。从而使低压供电线路投资最省，电压降最小，低压线路损耗小。这与供电单位本身的经济效益和减轻农民负担密切相关。改造后的低压台区供电半径一般不大于300m，这样，既减少了线路损耗，又提高了电压质量。
总之，配电变压器安装位置的选择，关系到保证低压电压质量、减少线损、安全运行、降低工程投资、施工方便及不影响市容等。应从实际出发，全面考虑。
二、10kV配电变压器型号的选择
网改前，大部分采用高损耗SJ系列的变压器供电，损耗比重大。近年来，国家新开发的新型节能型变压器有S8和S9及S11三大类。
S9系列配电变压器的设计以增加有效材料用量来实现降低损耗，主要是增加铁心截面积以降低磁通密度，高低压绕组均使用铜导线，并加大导线截面，降低绕组电流密度，从而降低空载损耗和负载损耗。
S9与S7系列变压器相比，空载损耗平均降低10％，负载损耗平均降低25％。而S11系列变压器是在S9系列的基础上改进结构设计，选用超薄型硅钢片，进一步降低空载损耗而开发出来的，目前S11系列变压器的空载损耗比S9系列降低了30％，但投资相对比较高。因此，从性价比来考虑，新建或改造变压器时，一般应选择使用S9型低损耗变压器，原来高损耗配电变压器已全部淘汰，S7型系列配电变压器也被更换。
三、10kV配电变压器容量的选择
过去，在选择配电变压器时，由于缺乏科学分析计算，“大马拉小车”现象普遍存在，只依据用电户数大概来选择变压器容量，没科学依据，没考虑到如果选择容量过大，会出现“大马拉小车”的现象，这不仅会增加一次性投资，并且增加了空载损耗。如果选择容量太小，会引起变压器超负荷运行，过载损耗增加，最终导致烧毁变压器。为此，在选择配电变压器容量时，应按实际负荷及5～10年电力发展计划来选定，一般按变压器容量的45％～70％来选择。另外，考虑到农村有其自身的用电特点，受季节性、时间性强及用电负荷波动大的影响。有条件的村庄可采用母子变压器或调容变压器供电，以满足不同季节、不同时间的需求。
四、10kV配电变压器台架的安装
10KV配电网中杆架变压器的安装，最大容量一般控制在400KVA及以下，两杆的中心间距为2.5m，变压器在杆上倾斜不大于20mm，配电变压器台架用两根[12×3000]的槽钢固定于两电杆上，台架距地面不低于3m，台架水平倾斜不应大于台架长度的1/100。变压器脚底与台架用4根螺丝上紧，同时变压器的高、低压柱头要加装防尘罩，变压器要悬挂警告牌。另外安装铁件均需镀锌，并且100KVA以上的变压器要安装一台隔离开关。
五、跌落式熔断器的安装
配电变压器的高、低压侧均应装设熔断器。高压侧熔断器的底部对地面的垂直距离不低于4.5m，各相熔断器的水平距离不小于0.5m，为了便于操作和熔丝熔断后熔丝管能顺利地跌落下来，跌落式熔断器的轴线应与垂直线成15％～30％角。低压侧熔断器的底部对地面的垂直距离不低于3.5m，各相熔断器的水平距离不小于0.2m。
跌落式熔断器开关熔丝的选择按“配电变压器内部或高、低压出线管发生短路时能迅速熔断”的原则来进行选择，熔丝的熔断时间必须小于或等于0.1s。配电变压器容量在100kVA以下者，高压侧熔丝额定电流按变压器容量额定电流的2～3倍选择；容量在100kVh以上者，高压熔丝额定电流按变压器容量额定电流的1.5～2倍选择。变压器低压侧熔丝按低压侧额定电流选择。
六、低压JP柜的安装
由于低压JP柜集配电、计量、保护(过载、短路、漏电、防雷)、电容无功补偿于一体，给安全用电提供了保障。所以农网改造以来，大量的JP柜被用于IOKV配电台区中，其选择与安装要求如下：
(一)JP柜的容量必须与变压器的容量相匹配。
(二)安装在杆架变压器下部角钢(2L70*7*3000)支架上的JP柜，必须安装牢固，水平倾斜小于支架长度的1/100。
(三)引线连接良好、并留有防水弯。
(四)绝缘子良好外观整洁干净、无渗漏。
(五)分合闸动作正确可靠无卡涩、指示清晰。
(六)低压电缆进、出线安装可靠。并且能防止小动物进出，造成柜内短路。
(七)低压绝缘引线安装可靠。
(八)JP柜柜门一定要关严，防止雨水进入柜内造成电气短路，或绝缘击穿对地漏电。
七、避雷器的.安装
运行经验证明：影响配电变压器安全运行的外界危险大部分来自雷电事故。因此，变压器应装设防雷装置。选用无间隙合成绝缘外套金属氧化物避雷器代替原有的阀式瓷外套避雷器，其工频电压耐受能力强，密封性好，保护特性稳定。
高压侧避雷器应安装在高压熔断器与变压器之间，并尽量靠近变压器，但必须保持距变压器端盖0.5m以上，这样不仅减少雷击时引下线电感对配变的影响，且又可以避免整条线路停电进行避雷器维护检修，还可以防止避雷器爆炸损坏变压器瓷套管等。另外，为了防止低压反变换波和低压侧雷电波侵入，应在低压侧配电箱内装设低压避雷器，从而起到保护配电变压器及其总计量装置的作用。避雷器间应用截面不少于25mm2的多股铜蕊塑料线连接在一起。为避免雷电流在接地电阻上的压降与避雷器的残压叠加在一起，作用在变压器绝缘上，应将避雷器的接地端、变压器的外壳及低压侧中性点用截面不少于25mm2的多股铜蕊塑料线连接在一起，再与接地装置引上线相连接。
八、接地装置
目前农网改造中，农村小容量变压器布点多，雷雨季节10kV配电变压器经常遭受雷击，如果接地电阻过大，达不到规程规定值，雷电流不能迅速泄入大地，造成避雷器自身残压过高，或在接地电阻上产生很高的电压降，引起变压器烧毁事故。因此，接地装置的接地电阻必须符合规程规定值。对10kV配电变压器：容量在100kV.A及以下，其接地电阻不应大于10Q；容量在100kVh以上，其接地电阻不应大于4Q。接地装置施工完毕应进行接地电阻测试，合格后方可回填土。同时，变压器外套必须良好接地，外壳接地运用螺栓拧紧，不可用焊接直接焊牢，以便检修。
接地装置的地下部分由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体一般采用4根长度为5m的40mm×4mm的扁钢，垂直接地体采用5根长度为2.5m的50mm×50mm×5mm的角钢分别与水平接地每隔5m焊接。
水平接地体在土壤中埋设深为0.6～0.8m，垂直接地体则是在水平接地体基础上打入地里的。接地引上线采用40mm×4mm扁钢，为了检测方便和用电安全，用于柱上式安装的变压器，引上线连接点应设在变压器底下的槽钢位置。
九、变压器台区引落线
新建和改造配电变压器的引落线均应采用多股绝缘线，其截面应按变压器的额定容量选择，但高压侧引落线铜芯不应小于16mm2，铝芯不应小于25mm2，杜绝使用单股导线及不合格导线。同时应考虑引落线对周围建筑物的安全距离。
高压引落线与抱箍、掌铁、电杆、变压器外壳等距离不应小于200mm，高压引落线间的距离在引线处不小于300mm，低压引落线间的距离及其它物体的距离不小于150mm。
近年来，随着农网改造工程的实施，我市配电网络结构越来越合理，配电网设施得到大大改善，使电网达到了结构合理、供电安全可靠、运行经济。
配电网络规划
配电网络的规划是供电企业的一项重要工作，为了获取最大的经济效益，电网规划既要保证电网安全可靠，又要保证电网经济运行，所以配电网络规划的主要任务是，在可行技术的条件下，为满足负荷发展的需求，制定可行的电网发展方案。
1 负荷预测
网络规划设计最终目的是为满足负荷需求服务的，负荷的发展状况足以影响网络发展的每个环节。网络规划的发展步骤要以负荷发展状况为依据，使用各馈线负荷数据可以掌握负荷发展情况，将过去的负荷进行分析，掌握负荷的发展规律。要对负荷进行分析，确定最高用电负荷时间和负荷率，得出最高用电负荷时间和负荷值，这些数据是预测未来负荷的基本资料。配电网络规划可以使用两种常用的预测方法。外推法就是基于用电区域的历史数据，假设负荷发展率是连续变化的，根据原来的负荷发展率推移以后各时期的发展状况。在一个用电区域里，初期负荷发展比较快，但土地资源逐步使用，用电负荷逐步趋于稳定，负荷发展率从大到小变化，最终负荷达到饱和或稳步发展状态。但对于经济发展迅速的地区，负荷发展率并不是连续变化的，而是呈现跳跃式的增长，用外推法显得有一定的误差。而仿真法与外推法有互补的作用，仿真法是以用电区域每年的用电量为依据的，通过调查每个用电负荷类型和每个类型用户的数量来计算负荷预测值。任何负荷预测方法都不可能完全准确，当掌握更新的负荷发展数据后，就必须对原有的负荷预测值进行修正。
2 确定网络的系统模型
确定网络的系统模型，包括确定网络是采用架空线路还是电缆供电，确定导线截面大小，网络接线方式，负荷转移方案，网络中有关设备的选型，网络在运行期间遇到不适应要求时应如何进行改造，系统保护功能，配网自动化规划等。
(1)在负荷分散或发展缓慢地区应使用架空线供电。在负荷密度比较大、发展迅速或基于城市环境美化建设考虑，应使用电缆供电。
(2)导线截面大小的选择确定了导线的输送容量，要选择足够大的导线保证线路满足网络规划的要求，例如：负荷发展时期，不应经常更换导线截面。在线路故障时，可以将故障线路的负荷转由临近馈线供电，而不会过负荷运行。另外，导线截面的选择要保证线路末端电压降处于合格的范围内。在线路发生短路故障时也能承受故障电流。所以导线截面要比最大负荷电流所需的截面大，但同时截面的选择要符合经济原则，在导线输送容量与工程投资之间作比较。
(3)具有灵活接线方式的规划，可以使供电网络最大地发挥功能。对于架空线网络，最有效的方式，是将馈线与邻近变电所或同一个变电所的不同母线段的出线在线路末端联网，两回馈线也分别装上分段负荷开关和隔离刀闸。在其中一回馈线出现故障时，可通过分段开关将故障段隔离出来，对于电缆网络接线方式可以采用两回馈线组成互为备用网络，或采用三回馈线相互联络组成一个供电区域，其中两回带负荷，一回空载，作为两回负荷线的备用线。馈线之间可以组成大环网，一条馈线的负荷之间也可以组成小环网，形成大环套小环的形式。在负荷密集地区还可以建设开关站，变电所与开关站通过电源线连接，再由开关站向附近负荷供电，其作用是将变电所母线延长至用电负荷附近。
(4)制定负荷转移方案的原则是减少停电范围，尽量减少停电时间。在发现回馈线发生故障时，必须尽快查找到故障点，并将故障点前后的负荷转由邻近馈线供电，以使故障点的负荷隔离出去。
(5)国内外对各种电气设备都制定了详细标准，为设备选型提供了可靠依据。作为配网规划应选用运行效益好，损耗低，可靠性高，免维护的设备。对于开关设备应选用具备配网自动化功能，在设备中先安装配网自动化设备或者为以后发展预留空间。有些新型设备的购置费用虽然高，但运行可靠性高，故障率低，维护费用少，总体经济效益是相当理想的。
(6)配电网络规划在实施过程中随着负荷的发展状况稳定，在馈线负荷超出安全电流或没有足够的备用容量时，应该增加馈线，对用电区域的馈线正常供电范围进行调整。同时，配网规划内容也应作相应修改。
(7)为确保电网正常运行，必须建立健全的保护系统，在系统出现故障时，通过最少的操作次数将故障点隔离，保证非故障点尽早恢复用电。现在常用的系统保护方法有：
①用熔断器或过电流继电器实现过流保护，熔断器在超过熔断电流时自动熔断，迅速切断电流、保护用电设备，熔断器主要用于变压器保护。过电流继电器用于线路保护。
②接地故障保护用于消除接地故障，对直接接地或通过不可调阻抗接地的系统，可以把电流互感器二次绕组接到接地故障继电器上，或者把过流继电器与接地故障继电器集中使用。对于中性点不接地系统或通过消弧线圈接地的系统，由于接地故障会造成系统电压和电流不对称，继电器可根据基本判据来确定是否控制相应的断路器动作断开。
③单元保护，用于对系统中一个单元的保护，根据正常运行两侧电压相同的电路，流入的电流和流出的电流是相同的，通过比较两侧电流大小可以判断是否出现故障。但是单元保护要使用通讯线路，在保护线路太长的地方，很难将数据完整地集中起来进行比较。使用距离保护法可以打破这种局限性，在距离保护方案中，根据故障距离与故障阻抗成正比的原理，采用线路的电压和电流来计算故障距离。
④自动重合闸装置的方法是利用继电器控制断路器去执行不同的跳闸与闭合顺序。线路中有大部分故障是可以自动消除或暂时性的，使用自动重合闸装置可以自动恢复供电。⑤电力系统中，有时出现运行电压远远超过额定电压值的情况，例如：开关操作瞬间或系统受雷击时，都会产生过电压现象。加强各设备绝缘强度和绝缘水平，或在网络中安装过电压保护设备，可以使过电压降低到安全水平，例如使用空气间隙保护或安装避雷器作保护。
(8)配电网络自动化管理系统是利用计算机网络，将自动控制系统和管理信息系统结合起来，建立系统控制和数据采集系统，为全面管理网络安全和经济运行提供依据。配网自动化系统的主要功能可以分成四个组成部分，第一是电网运行监控和管理功能，包括电网运行监视，电网运行的控制，故障诊断分析与恢复供电，运行数据统计及报告。第二是运行计划模拟和优化功能，包括配网运行模拟，倒闸操作计划的编制，各关口电量分配计划和优化。第三是运行分析和维护管理功能，包括对电网故障和供电质量反馈的信息进行分析，确定系统薄弱环节安排维修计划。第四是用户负荷监控和报障功能，包括用户端负荷和电能质量的遥测，用户端计量设备的控制，用户故障报修处理系统。
3 效益评估
配网规划经济效益评估，包括电网投资与增加用电量所产生收益的比较，以及为了使电网供电可靠性，线损率，电压合格率达到一定指标与所需投入费用之间的比较，采用投资与收益的研究可以确定使用那一种供电方式。
加快电力建设为地区经济发展提供了有利条件，但是电网投资与增加的用电量作比较，以此确定这些投资是否值得。所以电网投资要以分地区分时期发展，用电量发展快的地方相应电网投资也大，用电量发展慢的地方，相应电网投资也少一些。
对于用户来说，供电可靠性越高越好，但相应电网的投资也会大大增加。对于大用电量或重要用户，为确保有更高的可靠性，可以加大电网投资，因为减少停电时间可以同时减少用户和供电企业的损失。线损率是用来反映电能在电网输送过程中的损耗程度，公共电网中的损耗是由供电企业来承担的，通过对电网设备的技术改造，可以让供电企业直接得到经济效益。为了使供用电设备和生产系统正常运行，国家对供电电压质量制定了标准，对电压的频率、幅值、波形和三相对称性的波动范围作了规定。稳定的电压质量可以使供用电设备免受损害，让用户能正常生产，相比之下用户得到的好处会更多。
