配电网改造工程中单杆三相变研究与应用

配电网改造工程中单杆三相变研究与应用

郭兰

（黄石电力勘测设计公司湖北黄石435000）

摘要：因工农关系协调困难，双杆变压器安装位置偏离负荷中心甚至远离负荷中心，这样的问题不在少数，作为一名长期从事配网规划设计的工作者，希望通过单杆三相变的研究为台区布点提供新的思路。

关键词：单杆三相变倾覆力校验

0引言

当前，国家大力推进城镇化建设，南方城镇、农村地区负荷密度不断增加，湖北省从2003年农网改造至今，线路老化、供电半径大、压降超标的现象越来越凸显，因此十三五期间低压配网改造主要指导思想是提高户均容量，缩短供电半径。2015年湖北省配电网改造投入资金上百亿，大部分农村地区已经将户均容量提高到合理范围，但仍然存在少量低电压情况，其主要原因是工农关系协调困难，台区布点难，半径不合理。规划设计中变压器布点大部分在负荷中心，也是住宅密集地带，人口聚集，寸土寸金，典型设计的双杆台架变占地面积大，很难得到村民认可，而单杆单相变应用范围窄。经现场施工，双杆变压器安装位置偏离负荷中心甚至远离负荷中心，这样的问题不在少数，作为一名长期从事配网规划设计的工作者，希望通过单杆三相变的研究为台区布点提供新的思路。

1方案优化

国网公司配电网典型设计中单杆变只有50kVA及以下容量单相变，而农村地区需要380V动力用电，如水泵、电机、中央空调、卷扬机等，因此典设中的单杆变适用范围非常狭窄，2015年起湖北省供电公司规范配网标准物料时取消了单杆单相配变。目前三相油变有50、100、200、315、400kVA五种容量变压器，200、315、400kVA三个容量规格变压器单体质量较大，同时也不适用新建台区密布点短半径的思路，而50、100kVA变压器质量相对较小（分别是500、685kg左右），比较适合单杆安装。按照改造原则中“C、D类地区不低于2.5kVA”户均容量计算，50kVA变压器可覆盖20户，100kVA可覆盖40户。因为供电户数少，50kVA变压器的配电箱只需设置一个塑壳开关，有低压线路检修可直接停变压器，另外夏季太阳照射和负荷的提升可能会使开关温度提升至60°，塑壳的热动脱扣额定工作电流会降低85%，因此塑壳开关额定电流可以选择100A，比变压器低压满载电流稍大，并能承受短时的过载电流；100kVA变压器的配电箱可设置一个200A进线塑壳和两个200A馈线塑壳开关。50kVA变压器进出线电缆均可以按50mm2设计，100kVA变压器进出线电缆均可以按95mm2设计。设计与施工十分便利。因为单杆变深入负荷核心区，住宅密集，因此低压干线可采用铝芯电缆+电缆分支箱形式布置，安装方式多样，可架空可地埋，适应性强。

2设计与校验

按常见杆型：直路杆、转角杆、终端杆分类设计校验，直路杆设计图如上（基础俯视为正方回字形）受力分析：图中基础埋深小于受力面宽度3倍（2.2m<1.4m×3),不考虑基础受力面上的被动土压力作用，因此不能按照窄基塔基础倾覆稳定计算，这里将水泥杆基础视为放大后的水泥杆本体，可以按照无卡盘的电杆基础进行倾覆稳定计算。图中，混凝土基础埋深2.2m，变压器安装采用角钢支架承托式，与线路方向平行，水泥杆型号为φ230×12m，100kVA变压器作用在水泥杆离地4米高夹铁处倾覆力矩=固定点至变压器质量中心点水平距离×变压器质量=1.1m×6.8kN=7.48kN.m，该力矩转化至基础根部的力=7.48kN.m/6.2m=1.21kN。检修工况下，变压器支架上站立一个施工人员的重量（按100kg计算）考虑进来，则倾覆力Fh=1.1m×7.8kN/6.2m=1.38kN。查设计手册，无卡盘电杆倾覆稳定计算公式：

Fu=mbh2/ημ≥KFh(手册公式7-4-1)

Fu—极限倾覆力，K—倾覆稳定设计安全系数，直线杆取1.5

m—土压力系数，按手册表7-4-1中可塑黏土取值48kN/m3

b—基础计算宽度,单位m，单杆时b=b0（基础宽度1.4m）×K0（宽度增大系数）=1.99m

K0=1+2h/3b0×ξcos(45°+β/2)tgβ=1.419

h—基础埋深，2.2m；ξ—土侧压力系数，黏土取0.72；

β—回填土的内摩阻角，按手册表7-4-1中取30°

η=h0(倾覆力作用点到的地面的高度）/h=1.82

μ=3/(1-2θ3），θ值查手册表7-4-2取值0.72，则μ=11.8

得出Fu=mbh2/ημ=48×1.99×2.22/1.82×11.8=21.5kN

KFh=1.5×1.38=2.07kN

比较极限倾覆力与倾覆力，Fu>KFh,结论是图中电杆基础倾覆力满足图中安装要求。

如果是转角杆，则变压器安装位置应与转角杆导线张力合力方向相反即可，熔断器的引线需要另外安装陶瓷横担进行跳线。涉及到电杆内部布筋不同，现场安装位置也不尽相同，因此也本论中没有校验变压器支架对水泥杆本体的剪切力，而是通过安装撑脚，将剪切应力分布到支架夹铁和撑脚抱箍，使结构更加可靠。

3结论：

a.单杆三相变可以采用粗径水泥杆+混凝土基础形式安装，容量可在50和100kVA中选择，杆型适应性广，可以直路杆安装也可转角杆、终端杆安装；b.占地面积小，土地利用率提高；c.可放置在负荷中心，降低供电半径，提高供电质量；d.结构简单，施工维护便捷，降低投资和运维成本。

参考文献：

《电力工程高压送电线路设计手册》（文中简称设计手册）

《国家电网公司配电网工程典型设计》（2016年版）