10kV工业厂房变电所设计要点与难点分析

摘要：为更好地设计出符合工业厂房特性的10kV供配电系统，本文对10kV工业厂房变电所设计中的要点及难点进行了提炼优化，提出对变电所所址选择、电气部分、电气布置等方面的技术要求及特殊做法，以期为相关设计人员提供参考。

关键词：变电所、主接线、布置

一、变电所所址选择

变电所选址主要考虑接近负荷中心、接近电源侧、方便进出线、方便设备运输、不宜贴邻潮湿场所、有腐蚀性物质的场所，其中我们需要重点注意的是接近负荷中心和接近电源侧，采取这些措施以便减少供电半径，降低压降，提高供电质量。另中压开闭所宜接近电源侧，减少中压电缆，降低经济成本。

变电所最好不要设在地下室，若条件有限，设在只有一层的地下室时，可以抬高室内地坪，做好防水措施。有多层地下室时，不要设在多层地下室的最底层。

此外，根据GB50053-2013中2.0.1第10条，变电所最好不要设在对防电磁干扰要求很高的设备房附近。在工业厂房变电所设计中，着重要考虑这一点。在以往的项目案例中，遇到过很多次因为种种原因，IT机房、消防控制室、中心机房、FMCS/安防监控室等设在了变电所上方，此时我们就需要采取防电磁干扰措施。

二、电气部分

1．主接线

主接线部分主要先明确供电系统方案，10kV系统主接线我们常见的有带高压室的变电站、单母线、分段单母线（隔离开关、断路器受电）。其中分段单母线、母线设联络（见图2.1-1）主接线方式常常用在有两路电源的情况下，母联柜中的分段断路器操作可手动也可自动投入，适用于有较多一、二及负荷的厂房，并且出线回路较多的变电所，这种接线方式对供电可靠性要求比较高。

工业厂房设计中，变电所也大部分选择此接线方式，主要是工业厂房中有较多的一二级负荷，如：硅烷排风、有机排风等中央废气处理装置等一级负荷、消防用电设备、应急照明、防火卷帘、事故风机、弱电机房、中控室及部分动力负荷等二级负荷。在选择分段单母线接线方式时，我们还需注意电源是引自地块的变电站、还是市政电源。若是引自市政电源，还需增设专用计量柜，在变电所电源进线处，装设供计费用的专用电压互感器和电流互感器。

此外，根据GB55024-2022规定，一级负荷应该由两个电源供电，而且要求两个电源相互独立，当其中一路电源产生故障时，另一个电源不会受此影响，不会中断供电；并且单个电源的容量要求同时满足所有的一级、特级负荷的需求。这里的两个电源包括从城市电网引接的双重电源，也包括一个城市电网电源和一个自备电源。若市电不能满足我们用电需要时，我们需设置一个自备电源，如：柴油发电机电源。另外还需要根据负荷特性，选择相应的应急电源。例如：在电子厂房设计中，很多工艺设备及厂务用电是不允许断电的，此时我们就需要设置UPS电源。

2．变压器

变压器主要选择干式变压器，宜选择Dyn11联结组别的变压器。变压器容量主要根据负荷计算选择，负荷计算时要根据负荷特性，反复验算变压器容量。另外负荷计算时要控制变压器的负载率，一般要求不超过85%。变压器台数应根据负荷特点和经济运行选择，一二级负荷较多、冬夏季负荷、较多的集中负荷时，需要装两台及以上变压器。变压器台数遵循N-1的原则，如果有任意一台变压器发生故障时，剩余的变压器容量能够全部满足一二级负荷的供电。

设计中变压器常规选择有载调压变压器，其有载调压范围一般选择±2×2.5%。变压器阻抗选择一般参照规范GB20052-2024《电力变压器能效限定值及能效等级》，干式变压器阻抗（uk%）选择详见表2.1。

在设计中变压器选择我们还需注意：①工业变电所负荷计算一般也遵守负载率不大于85%。当两台变压器设有联络，一台变压器停运时，可以利用强冷措施，允许不超过30%短时过载。②计算负荷时，消防负荷不计入计算负荷。但消防负荷占比较大时，需要验算一下变压器容量是否合适。③电子厂房中部分工艺设备电压等级为208V、440V，小容量的可以设备自带变压器，大容量的需专设变压器。

3．无功补偿

变电所无功补偿遵循就地、集中补偿等原则。一般考虑在10kV变电所低压侧设集中补偿，补偿容量根据计算负荷，选择合适的补偿容量，使得高压侧功率因素不低于0.9。当我们无法进行准确的负荷计算时，可以按照工程经验，按照变压器容量的15%～30%进行无功补偿。在设计中，经常遇到单个荷较大的高压设备，此时我们可以考虑在设备侧就地补偿。如果此类的高压设备较多，我们也可以考虑在高压侧集中补偿。例如：某工业厂房设计中，有许多10kV冰机及空压机设备，总负荷达到23000kW左右，这种情况就需要考虑在10kV侧设集中补偿或在10kV设备侧设就地补偿。

另在受谐波影响较大的用电设备的供电线路上装设电容器组时，宜串联电抗器。在工业厂房设计中，有较多的工艺设备及变频器设备，这些都是谐波的重要来源，我们设无功补偿时，宜串联电抗器。在做设计中，我们设计成套的无功补偿柜时，常常会遇到一项纠结的问题，那就是到底选择电容电抗的电容器组还是选择SVG（静止无功发生器）。其实这两种无功补偿器组各有优缺点，我们可以根据项目实际概况来选择。电力电容补偿需搭配控制器、投切开关、电抗器使用，整体的建设周期较短，投资维护成本较低，适用于绝大多数企业的无功补偿需求。而SVG的补偿效果较好、补偿精度较高，操作响应速度也快，适合预算充足且对无功补偿效果要求较高的企业。在生产工艺过程中，供配电系统中产生较多的谐波时，电能质量治理既要考虑无功补偿，又要考虑谐波治理，可以采用SVG（静止无功发生器）+APF（有源滤波器）的型式，或者仅采用SVG的型式，这样SVG既可以做无功补偿又可以进行谐波治理，方便根据实际运行情况进行补偿与滤波的调节。

4．低压出线柜

低压出线柜首先要考虑的是柜型的选择。低压出线柜常用柜型有以下几种：固定式（GGD）、抽出式（GCK、GCS 、MNS）。GGD较其他三个好区别，它是固定式的，而GCK、GCS 、MNS都是抽出式开关柜，它们的每一个出线单元都是独立的，各回路间不会相互影响。GCK、GCS 、MNS柜之间的主母线和垂直母线电流不一样，性能也不一样，一般是MNS柜好于GCS柜，GCS柜好于GCK柜。

固定式开关柜和抽出式开关柜各有优缺点，对于负荷较多、电流小、变电所地方受限、要求经济成本低时，首选固定式开关柜。对于电流较大、供电可靠性较高，负荷之间不能相互影响时，首选抽出式开关柜。抽出式开关柜设计时我们就需要考虑不同电流开关占柜子空间也不同的问题。低压出线柜高度模数是指配电柜框架型材（C型材，8MF等）上两个安装孔中心之间的距离，这个距离定义为1E。一般C型材1E=25mm，8mf型材1E=200mm。一般标准出线柜高2200mm，标准低压出线柜可分为9个抽屉，1个抽屉为8E（200mm），一个低压出线柜合计72E。一般遵循以下原则：250A及以下：8E，1个抽屉柜；400A：16E，2个抽屉柜；630A～800A：24E，3个抽屉柜；1000A～1250A：32E，4个抽屉柜；1600A及以上：72E，占一个出线柜。低压出线柜负荷排布原则一般是三级负荷-二级负荷-消防负荷。若条件允许的情况，消防负荷最好单独排布在一个低压出线柜。按照以上规则排布，可以确定出低压出线柜的台数，便于做电气布置。

三、电气布置

1．高压配电室

成排布置的高压配电装置布置方式有单排布置、双排背对背布置、双排面对面布置，根据变电所建筑的格局，确定合适的布置方式。具体布置距离要求及通道的最小距离要求，应符合GB 50053-2013表4.2.7的规定。高压配电室里还可能包含直流屏和通信屏等，相关通道距离要求应符合GB 50054-2011的相关规定。

2．变压器

变压器的布置形式取决于很多方面，要综合考虑变压器的容量、型式等，还要考虑变压器室的通风、防火、维护通道等因素。变压器的出线方式有母排侧出线、上出线等方式。一般母排侧出线方式适用于变压器与低压柜一起成排布置，上出线方式适用于变压器单独放置，或变压器与低压柜同一房间，不是成排布置的情况。设计时，我们优先考虑变压器与低压柜成排布置，这样可以采用母排侧出线，比上出线加母线的情况美观、经济、施工便利。干式变压器有带外壳的和不带外壳的。带外壳的干式变压器防护等级满足相关规范要求，可与低压柜成排布置，其通道要求可与低压柜通道要求一起考虑。如果采用非封闭式干式变压器，为了安全要求，要设围栏，围栏的要求及变压器与围栏的距离等要满足规范GB 50053-20134.2.5的规定。当干式变压器与配电屏贴近布置时，变压器通道的宽度不小于800mm。变电所一般采用单层布置。如果采用双层布置时，变压器需要放在首层。另油浸式变压器外廓与变压器墙和门的最小净距，要符合GB 50053-2013表4.2.4的规定，这里就不一一赘述。

3．电容器组

高压电容器装置一般需要单独的房间，电容器组放置的地方要保证设备通风散热且利于维修。电容器室的防火、通风等要求需满足规范。如果自然通风散热不行，需要加上机械通风，可对暖通专业提出相应的要求。

低压成套电容器装置一般与低压柜一起成排布置，放在低压配电室内，具体通道及安全距离要求要满足GB 50053-2013规范要求。

4.低压配电柜

成套的配电柜布置相应的通道最小宽度要求符合GB 50054-2011表4.2.5的规定。并排布置的配电柜，如果长度超过6m，要满足疏散的要求，柜后应该设置2个出口，且适合布置在柜后通道的两端。如果两个出口的距离超过15m，还需要在两个出口的基础上再增加出口。

5.其他

变电所内电缆进出型式分为上进上出和下进下出两种方式，这两种方式各有优缺点，详见下表3.4.1。对于工业厂房变电所，一般两种方式都可以，优先推荐上进上出的型式。上进上出型式适合大部分场所，而且施工比较简单，经济，成本比较低。

此外，高、低压配电室，地面宜高出室外地面150～300mm。当附设于建筑物内时，可与建筑物地坪面相平。

四、项目典型案例分析

1．典型案例一

变电所系统架构图一中10kV主接线采用分段单母线、高压不设联络，低压采用分段单母线、低压设联络。该项目电源引自市电，因此采用高供高计的方式，10kV中压开关柜设置了计量柜。此外，由于该项目有较多的一二级负荷，且部分工艺负荷要求不能中断供电，故增加了一路应急电源，设置了UPS。无功补偿采用SVG+APF的型式，既可以调节功率因数，又能进行电能质量治理。

2．典型案例二

变电所系统架构图二中10kV主接线采用分段单母线、高压设联络，低压采用分段单母线、低压设联络。该项目电源引自地块内110kV变电站，计量点也设置在了110kV变电站，因此本次10kV侧无需设置计量柜。此外，由于该项目有较多的一二级负荷，地块内110kV变电站不能提供两路独立电源，故增加了一路应急电源，设置了柴油发电机。柴油发电机为0.4kV，在变电所0.4kV侧设置应急母线，进行主供电源与E电的切换。无功补偿采用SVG+APF的型式，既可以调节功率因数，又能进行电能质量治理。

五、结语

本文对10kV工业厂房变电所设计中所址选择、电气部分、电气布置等要点展开了具体讨论，也结合实际项目经验对主接线、无功补偿、电缆进出方式等方面难点也做出了提炼总结。在实际设计中，需结合负荷特性、负荷计算、变电所建筑特征等方面，灵活选择适合的主接线方式、变压器容量、无功补偿容量及形式、低压柜柜型、电缆进出线方式，使变电所设计更加合理、经济。

参考文献

[1]中国航空规划设计研究总院有限公司《工业与民用供配电设计手册》第四版[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]中国机械工业联合会GB 50053-2013 20kV及以下变电所设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2013.

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[4]中华人民共和国住房和城乡建设部GB 55024-2022 建筑电气与智能化通用规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2022.