摘  要：坚强配电网是智慧城市各个系统建设的基础，是智慧能源系统的主要载体。配电变压器、10kV开关柜选型是坚强配电网建设的重要环节，其选型原则是关乎配电网建设质量的重要而复杂的问题。本文通过对厦门地区已有配电网设备运行情况分析，对配电变压器、10kV开关柜不类型优劣比对分析，结合配电网设备技术发展水平，提出适合厦门地区配电网建设主要设备的选型原则。

关键词：配电网;设备选型;配电变压器;10kV开关柜

中图分类号：TM4;TM727      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）24-0039-05

Abstract：Strong distribution network is the foundation of all systems construction of smart city，and the main carrier of smart energy system. The selection of distribution transformer and 10kV switchgear is an important link in the construction of a strong distribution network. Its selection principle is an important and complex issue concerning the quality of distribution network construction. Based on the analysis of the operation of existing distribution network equipment in Xiamen，the advantages and disadvantages of different types of distribution transformers and 10kV switchgear are compared and analyzed. Combining with the development level of distribution network equipment technology，the selection principle of main equipment suitable for the construction of distribution network in Xiamen is put forward.

Keywords：distribution network;equipment selection;distribution transformer;10kV switchgear

0  引  言

近年来，随着国家城镇化进程不断加快，城市电网发展迅速，社会各方面对供电可靠性的要求也不断提高。一流城市迫切需要一流配网支撑，配电网作为城市发展基础设施，面临新的发展机遇[1]。文献[2]提出，将配电网发展纳入城乡整体规划，进一步加强城市配电网建设，实现各电压等级协调发展。国网厦门供电公司提出，全面推动建设世界一流城市配电网提速，高标准持续打造世界一流配电网综合示范区，制定了全市供电可靠率99.982%的目标。但传统配电网建设中存在一个突出的问题，即重建设数量，轻建设质量，对配电网主要设备选型不合理或盲目追求大而全的问题没有引起重视。作为沿海城市的厦门也急需解决配电网主要设备选型的科学性和合理性问题，以提高配电网建设质量。

本文主要从配电变压器和10kV开关柜的设备选型入手，遵循资产全寿命周期成本最小的原则，对比分析不同类型设备各方面的优劣，进行对厦門地区配电网设备选型的探讨。

1  现状及存在问题分析

1.1  配网基本情况

截至2017年底，厦门地区共有10kV馈线1793条，长度8311.564km，其中架空线路1944.788km，电缆线路6366.776km，电缆化率76.6%。配电站房7137座，其中10kV开关站711座，配电室1957座，环网柜2876座，箱式变电站1593座。

厦门配电站房内在运10kV开关柜共有27719台。按灭弧介质分类，主要是采用真空与SF6气体灭弧，分别占31.52%和68.485%。;按开关类型分类，主要是负荷开关柜和断路器柜，分别占52.73%和47.273%。;按柜内绝缘分类，主要是空气绝缘和SF6气体绝缘，分别占31.5%和68.5%，如表1所示。

按制造商类别统计，空气绝缘断路器柜共7363台，其中合资品牌占比26.73%，国产品牌占比73.27%;SF6气体绝缘断路器柜共5739台，其中合资品牌占比90.00%，国产品牌占比10.00%;空气绝缘负荷开关柜共1374台，全部为国产品牌;SF6气体绝缘负荷开关柜共13243台，其中合资品牌占比93.00%，国产品牌占比7.00%，如表2所示。

10kV城市配电变压器共7723台，如表3所示。配电变压器中以三相变为主，共有7694台、占99.62%。S7（含S8）型及以下高损配变13台，占比0.17%。

1.2  配电站房设备故障分析

2015—2017年，配电站房及其附属设备故障共有218次，主要是由于开关柜保护装置或变压器温控等二次设备老化、开关柜操作机构或熔丝老化等原因引起。其中质量原因引起故障共有84次，主要是运行5年以上的国产品牌开关柜操作机构或熔丝老化;变压器绝缘缺陷内部击穿;个别变压器抗短路能力差，低压短路后绝缘破坏等，如表4所示。

1.3  配电站房设备缺陷情况

2015—2017年，配电站房及其附属设备缺陷共1812次，主要是接地銅排被盗、墙体渗水、孔洞封堵、变压器接头发热、开关操作机构卡涩、开关柜带电指示器及位置指示器等元件损坏等，如表5所示。

1.4  配电站房运行方面存在问题

厦门地处沿海地区，配电站房较之变电站运行环境较为恶劣，空气绝缘开关柜易受盐雾潮湿气候影响，开关柜内母线、地刀操作机构、开关手车动静触头等易出现受潮和氧化锈蚀，严重时将引起绝缘下降而导致短路击穿。较为典型的有：运行中曾发现航空城#1开关站、地下车库开关站等一级开关站全站出现严重的受潮、锈蚀现象，由于更换配件多、维修量大且无法杜绝设备再次发生锈蚀，最终进行全站改造，更换为SF6全绝缘环网柜。HXGN、XGN等国产品牌空气绝缘环网柜，在运行操作中出现过多起操作机构卡涩、传动机构齿轮断裂、储能电机烧毁等故障，这类设备往往厂家各异、备品备件缺乏，不利于设备维护。尤其是早期的刀闸与开关联动操作机构机械操作性能极不稳定，各部分机构配合公差较大，曾数次出现刀闸操作机构联动问题，易造成带负荷拉刀闸，存在极大安全隐患。国产品牌SF6气体绝缘环网柜的电气二次及传动机构故障率较高，维护成本较高，个别柜体出现过漏气导致内部绝缘不足以致炸毁的故障，柜体的设计及制造工艺有待改进。

位于地下室的部分配电站房，位置处于防洪标高以下或处于内涝区域，无法满足防洪排涝要求。洪涝灾害发生时，洪水、内涝、风暴潮倒灌造成电网设备被淹导致故障，加大了灾害损失程度。

配电变压器部分生产厂家存在线圈以铝代铜、容量以小充大、铁芯以次充好等偷工减料现象或其他生产制造工艺问题。配电室附设在居民楼主体建筑内，由于变压器振动引发噪声，导致居民投诉，虽通过传统措施进行隔音降噪，但效果仍不理想。近期海沧区试点采用在变压器基础下方设置弹簧减振装置，变压器出线母线采用软连接等措施，使变压器噪声扰民现象得到有效控制，但由于改造需要停电进行，不易在已投运的变压器推广。非晶合金变压器的噪声扰民更加突出，由于其铁芯结构特点，噪声较大，安装于临近居民区的地段也引起多次居民噪声投诉。

2  配网设备选型

配网设备选型应该遵循资产全寿命周期成本最小的原则，分析由投资成本、运行成本、检修维护成本、故障成本和退役处置成本等组成的资产寿命周期成本最小化。文献[3]定义规定，配电站房包括开闭所、配电站、环网站、配电室、箱式变电站等。配电站房主要电气设备有配电变压器、10kV开关柜、0.4kV开关柜及相关二次辅助设备等，配电变压器和10kV开关柜的选型尤其重要，本文主要针对配电网中配电变压器、10kV开关柜的设备选型分析探讨。

2.1  配电变压器选型

配电变压器按绝缘耐热等级分类，可分为干式变压器和油浸式变压器;按铁芯材质分类，可分为电工钢片（硅钢片）变压器和非晶合金变压器。现对不同类型配电变压器选型方案进行对比，如表6所示。

配电变压器应按照“小容量、密布点、短半径”的原则配置，应尽量靠近负荷中心，配电变压器选型原则应统筹考虑表6中不同类型变压器的优势，选择适合工程实际的类型，此外还应考虑安全运行、供电可靠性、供电质量、抗短路能力、噪声等因素。

（1）为了杜绝配电变压器生产厂家线圈以铝代铜、铁芯以次充好或其他生产制造工艺问题。配电变压器应选用国产知名品牌或者国产优质品牌，并加强对配电变压器的质量监督和质量检测。

（2）为了合理控制低压供电半径，缩小停电范围，提高供电可靠性，变电所内的变压器单台容量不宜大于1250kVA[4、7]。装有两台及以上变压器的变电所，当任意一台变压器断开时，其余变压器的容量应能满足全部一级负荷及二级负荷的用电[7]。

（3）配电变压器的联络组别采用Dyn11[4、5、8、9]，减少谐波对电网的影响，改善供电质量。

（4）大容量的配电变压器的低压绕组应采用铜箔线圈，增强变压器承受短路的能力。

（5）临近居民区等噪声敏感区域配电变压器应选用低噪声的硅钢片变压器，在不满足噪声要求的情况下，变压器基础应配置弹簧减振装置、母线出线采用软连接等措施。城市照明、小型商铺、餐饮等用户以及乡镇、农村等非噪声敏感供电区域，年平均负载率低于40%的用电负荷，可优先采用非晶合金配电变压器。

（6）箱式变电站一般用于临时用电、施工用电、市政户外公共设施供电或改造项目条件受限等场所，其单台变压器容量一般不宜超过630kVA。

（7）为保证配电变压器安全经济运行，延长配电变压器寿命，配电变压器的负载率宜按0.85进行设计选型[4、5]。

2.2  10kV开关柜选型

配电网具有网络庞大、网络结构复杂、网络变化快的特点，给庞大配电网的潮流计算和短路电流计算造成困难和不确定性。为了简化工程计算，在配电网开关设备的动热稳定校验时，短路电流一般直接按区域供电110kV及以上的变电站的10kV侧短路电流进行校验。因此，校验110kV及以上的变电站的10kV侧短路电流值，应综合考虑整个电力系统发展远景和综合经济效益。配电网规划标准对变电站10kV侧短路电流限定值做了规定，如表7所示。在实际工程设备选型时，应参照表7中的短路电流限定值，且应考虑所选开关柜类型的行业制造水平、开关设备短路开断水平，并留有裕度，例如短路电流限定值为20kA时，设备一般可按25kA标准来选取，但如果所选类型的开关行业普遍遮断容量是20kA时，可直接选择20kA即可。

在10kV配电变压器的保护方式的选择中，负荷开关-熔断器组合电器具有保护动作可靠、结构简单、价格低廉的优势，在配电网中得到广泛的应用。负荷开关-熔断器组合电器，通过负荷开关负责关合正常电流或转移电流的开断，通过熔断器切断回路的过载电流和短路电流，从而替代断路器作为配电变压器的保护。负荷开关-熔断器组合电器保护性能取决于组合电器的转移电流值，转移电流值近似等于负荷开关固有分闸时间的0.9倍时在熔断器的时间-电流特性曲线上的值。因此，配电变压器选择负荷开关-熔断器组合电器作为保护，应综合负荷开关的性能和与之配合的熔断器时间-电流特性曲线是否合理等因素。其配电变压器的保护及控制开关，在文献[3]和文献[4]中做了规定：

（1）配电变压器容量为800kVA及以上的油浸式变压器及容量大于1000kVA的干式变压器，应选用断路器作为变压器的控制开关，配置保护继电器装置作为保护。

（2）配电变压器容量小于800kVA的油浸式变压器及容量为1000kVA及以下的干式变压器，可选用负荷开关-熔断器组合电器保护。

10kV开关柜按开关柜绝缘类型分类，可分空气绝缘、气体绝缘、固体绝缘;按品牌定位分类，可分国产品牌和合资品牌。现对不同类型10kV开关柜选型方案进行对比，如表8所示。

综合表8汇总比较分析，考虑厦门地区现有配电站房运行情况分析等因素。并结合现有10kV开关柜的类型及主要参数，10kV开关柜可按下列主要原则选择。

（1）A+、A供电区域10kV开关柜应优先选用长寿命、免维护、运行可靠的国际知名品牌，A+供电区域的开关站可推广智能开关柜，实现全站程序化操作。

（2）B供电区域10kV开关柜可适当选用长寿命、运行可靠的国产知名品牌或国际知名品牌。

（3）设在地上一层配电站房的10kV开关柜可选用金属铠装移开式开关柜（空气绝缘），也可选SF6气体全绝缘开关柜、固体绝缘开关柜。

（4）设在地下一层或潮湿配电站房的10kV开关柜应选用SF6气体全绝缘开关柜和固体绝缘开关柜，当配电站房没有直接排向室外的独立机械系统时，应选用固体绝缘开关柜。

（5）户外环网柜应考虑运行环境较为恶劣、空间较为紧凑等因素，应选用国际知名品牌SF6全绝缘免维护环网柜，同步具备电动操作及通信自动化功能。户外环网柜外壳具有防腐蚀、隔热等性能。

3  结  论

随着智慧城市建设不断推进，坚强配电网是智慧城市各个系统建设的基础，是智慧能源系统的主要载体。2017年以来，国家电网世界一流城市配电网建设在厦门试点，并与泛在电力物联网建设、配电资产国际对标工作相融共进，为厦门持续迈向现代化、国际化提供优质可靠电能。推动基础网架的整体升级，提高配电网的装备水平，提升配电网的建设标准和质量，实现电网建设“一步到位、设备先进、智能可靠”的目标。

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作者简介：黄剑荣（1979.08-），男，汉族，福建三明人，工程师，本科，研究方向：电气设计、智能配电网。