中壓電能傳輸系統(tǒng)在長距離分散性負(fù)荷配電工程中的應(yīng)用

摘 要：分析了長距離分散性負(fù)荷傳統(tǒng)低壓供電和中壓傳輸配電的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)闡述了中壓配電的關(guān)鍵技術(shù)，論證了長距離分散性負(fù)荷中壓傳輸?shù)目尚行?，?shí)踐證明：中壓配電系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，運(yùn)營成本低，能產(chǎn)生較大的社會、經(jīng)濟(jì)效益，在長距離分散性負(fù)荷配電工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：中壓電能傳輸；長距離分散性負(fù)荷；特大型橋梁；埋地式變壓器

中圖分類號：TM文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0339-02

1 系統(tǒng)簡述

中壓輸電系統(tǒng)，在國外被定義為3.2kV～5.5kV，與我國的電壓等級比照應(yīng)該為6～10kV。目前，國內(nèi)只有少量用戶和發(fā)電廠的用電系統(tǒng)采用6kV，而一般市電均采用10kV供電，在這里，我以10kV作為中壓輸電系統(tǒng)的配電電壓。其基本思路為：將我國電網(wǎng)供電電壓10kV或35kV配、變?yōu)橹袎?0kV，再通過中壓配電柜將10kV電源經(jīng)電纜配送至分散性負(fù)荷供電點(diǎn)處的埋地式變壓器，再將電壓配變?yōu)?.4kV向路燈及外場監(jiān)控設(shè)備供電。中壓干線系統(tǒng)一般為樹干式接線，也可以構(gòu)成環(huán)網(wǎng)接線，以進(jìn)一步提高供電可靠性。10kV中壓輸電系統(tǒng)向用電負(fù)荷饋電的方案如圖1所示：由于供電電壓上升到10kV，在輸送相同負(fù)荷情況下，10kV線路中的電流僅為0.4kV電路中電流的4%，相同截面的電纜，10kV線路中的電壓損失也只有0.4kV線路的4%。因此，10KV輸電線路的輸電距離遠(yuǎn)大于0.4KV輸電線路。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 配電及線路保護(hù)

2.1.1 配電電壓的選擇

按我國現(xiàn)行的供電規(guī)范，中壓供電電壓為10KV，而電業(yè)部門向用戶直接提供6kV的可能性極小，而歐美國家的6/0.4kV變壓器在我國直接應(yīng)用于中壓電網(wǎng)是不行的。低壓配電對特大型橋梁、特長隧道長距離分散性負(fù)荷的供配電是不可行的，提高電壓等級是必然的。因為在同樣的輸送距離下，配電電壓高，線路電流小，因而線路采用的電纜截面小，從而減少線路初投資和電能損耗量。反之，如要獲得同樣的效果，勢必以增加電纜截面為代價，這是不可取的。線路越長，配電電壓越高，對節(jié)能和節(jié)省投資效果越明顯。隨著對中壓輸電技術(shù)的進(jìn)一步了解，以及出于對我國10kV等級中壓的認(rèn)可，近年來，在我國逐步開發(fā)研制了10kV等級的埋地式變壓器，價格比進(jìn)口設(shè)備低，為中壓傳輸系統(tǒng)在長距離配電工程中應(yīng)用開拓了更廣闊的前景。

2.1.2 線路保護(hù)

從10kV配電開始，到每個用電負(fù)荷的整個線路上，共有7級保護(hù)：①FC回路的第一級——高斷路容量中壓SF6接觸器，其采用SF6絕緣，避免了操作過電壓，能頻繁操作，電氣壽命達(dá)30萬次；

②FC回路的第二級——HRC熔絲提供過電流（主要是短路電流）直接保護(hù)；

③電流互感器提供過載保護(hù)和零序電流變送器提供接地漏電保護(hù)的間接保護(hù)；

④埋地式變壓器箱體內(nèi)設(shè)在初級進(jìn)線處的HRC熔斷保護(hù)，其遮斷容量一般達(dá)15KA；

⑤埋地式變壓器箱體內(nèi)設(shè)在次級出線處的4極低壓斷路器，提供電流及短路保護(hù)，埋設(shè)在繞組中的熱感應(yīng)探頭提供過載保護(hù)，斷開容量一般為10KA；

⑥低壓控制箱中的FC回路保護(hù)；

⑦每個負(fù)荷進(jìn)線處的熔絲保護(hù)。

其EP11中壓保護(hù)柜系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 中壓配電系統(tǒng)原理圖

2.1.3 智能操作屏

由于中壓輸電技術(shù)的應(yīng)用，主要是解決長距離輸送低壓電能的技術(shù)問題。所以，其配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟话銥闃錉?，線型分布，而非短距離的星型分布。這樣，配電輸出裝置的要求就比較高。除了上述設(shè)置7級保護(hù)以外，還可以應(yīng)用智能化控制操作屏。由軟件來執(zhí)行“接觸器開斷”、“接觸器合閘”、“絕緣監(jiān)視”等操作過程和信號監(jiān)視。

2.2 中壓電纜的選擇

由于中壓輸入的埋地式變壓器、分路器均是采用三相電纜終端的三相插入式插頭連接，而插頭額定載流量是80A，額定輸送容量是1380KVA，電力電纜最大允許外徑為58mm。因此，電纜線徑的選擇也就決定了在應(yīng)用中壓輸電技術(shù)時，每座開關(guān)站所能承擔(dān)的最大供電距離，據(jù)資料顯示：每座6KV的變電站可提供20KM范圍內(nèi)的路燈負(fù)荷，現(xiàn)針對10KV中壓輸電做了如下計算：

在某個照明工程中，一路10KV線路的最大負(fù)荷為400KVA，線路長20Km，計算如下：

(1)總負(fù)荷為400KVA，最大電流：

I(xiàn)=S/3Un=400/(3×10.5) 21.995A

(2)20Km線路的負(fù)荷距：

I(xiàn)×L 1/2 I L=0.5 21.995 20=219.949A km

(3)選4芯25mm2的交聯(lián)中壓電纜，按電纜廠提供的參數(shù)為：當(dāng)200C時，R0＝0.727Ω/km，L0＝0.58Mh/km，計算

X0=W×L 2 p f L0 2 3.1415 50 0.58 0.182 W/km

則每Km該電纜的阻抗為（功率因數(shù) ）

Z0=R0cosj+X0sinj=0.727 0.9 0.182 0.44 0.734W/km

(4)20km電力電纜輸送400KVA負(fù)荷的終端電壓降為：

DU%=3/(10Un) Z0 I L 100% 2.6%<5%

顯然這個2.6％是小于5％的，符合供電規(guī)范允許的電壓降值。

(5)如果取DU＝5％，則10KV輸送400KVA負(fù)荷的最大供電半徑：

L=10 10.5 5 2/(3 Z0 I)=1050/(1.732 0.734 21.994)=37.55km

說明：如果采用10KV作為中壓輸電電壓，輸送負(fù)荷在400～800KVA之間的話，每30KM～40KM設(shè)一座10KV中壓開關(guān)站都是可行的。

2.3 開發(fā)或引進(jìn)一種可插入式連接、耐腐蝕、免維護(hù)、長壽命的可埋入地下的或可放置于箱梁內(nèi)的埋地式變壓器

目前，在10KV配電網(wǎng)中仍有些高速公路，大型橋梁采用組合式變電站——美式或歐式箱式變電站配電。這種箱變由高壓配電室、變壓器室、低壓配電室緊密組合在一起，形成“目”字形或“品”字形結(jié)構(gòu)，由于它體積仍較大，通風(fēng)散熱效果不良，防護(hù)等級低，需要安裝在地勢較高的地面上，且需經(jīng)常維護(hù)，可靠性不夠高，不能適應(yīng)特大型橋梁，長隧道等長距離分散性負(fù)荷用電特點(diǎn)及運(yùn)行維護(hù)方面的要求，且一般橋梁的箱梁檢修孔?。▋H容一人通過），主塔和箱梁之間也沒有安放中大容量供配電設(shè)備的空間。而供配電設(shè)備與線路又不能破壞橋梁主體工程的結(jié)構(gòu)安全，另外，箱梁內(nèi)的電氣設(shè)備的維護(hù)也比較困難，溫度也很高。埋地式變壓器是中壓輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。它具有如下特點(diǎn)：

(1)變壓器工作條件差，不僅露天設(shè)置承受風(fēng)吹雨淋日曬，還要能承受腐蝕和浸泡，所以將變壓器設(shè)計成能夠埋在地下或置于水中，防護(hù)等級為IP68的全封閉型變壓器。

(2)變壓器是承上啟下的供電節(jié)點(diǎn)，所以在10KV側(cè)設(shè)置了高壓熔絲，在0.4KV側(cè)又設(shè)置了斷路器保護(hù)。10KV側(cè)的熔絲是低壓線路及負(fù)荷的后備保護(hù)，使某一個負(fù)荷區(qū)的故障不會影響到10KV的供電線路。

(3)由于10KV線路所帶的10KV/0.4KV變壓器鏈接方式類似于“掛燈籠”，拆卸方便，所以該變壓器輸入輸出端被設(shè)計成插拔式。某一臺變壓器10KV側(cè)拔脫以后不會影響其他變壓器的正常運(yùn)行（插拔件規(guī)格是統(tǒng)一的，互換性很好）。

(4)埋地式變壓器的體積小，很適合特大型橋梁和特長隧道的有限設(shè)置空間，且容量等級有5KVA、10KVA、20KVA、30KVA、50KVA……等供照明、公路交通監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等工程設(shè)計選擇，這一系列的配置，可以使工程設(shè)計獲得靈活經(jīng)濟(jì)的效果。

總之，中壓電能傳輸系統(tǒng)埋地式變壓器的應(yīng)用，徹底地解決了高速公路、市政照明在長距離小負(fù)荷輸送電能的技術(shù)難題，為隧道、大型橋梁在供配電優(yōu)化方案時，提供了一個選擇。

3 中壓電能傳輸系統(tǒng)的優(yōu)越性

中壓電能傳輸系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）長距離大范圍分散性負(fù)荷的特大型橋梁和高速公路供電基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)計和施工的技術(shù)難題迎刃而解。具有減少變電所，減少供電線路、降低工程投資和營運(yùn)管理費(fèi)用的綜合優(yōu)越性；

（2）高穩(wěn)定、高安全、高防護(hù)等級的埋地式變壓器特別適用于特大型橋梁和高速公路的高質(zhì)量道路照明和道路監(jiān)控設(shè)施的供電，以及整個供電網(wǎng)在地下建設(shè)，可以節(jié)省占地，地上綠化使環(huán)境更加優(yōu)美；

（3）埋地式變壓器損耗小、溫升低、噪音小，又免維修，是節(jié)能的綠色環(huán)保產(chǎn)品。與埋地式變壓器配套的分路器，可使電網(wǎng)在一定范圍內(nèi)任意拓展；

（4）中壓配電系統(tǒng)除應(yīng)用于特大型橋梁外，還可應(yīng)用于機(jī)場、港口、地鐵、廣場、住宅小區(qū)等處的照明配電工程中。

中壓電能傳輸?shù)墓╇姺绞?，是?dāng)前國際節(jié)能供電的新技術(shù)。將中壓傳輸供電新技術(shù)引入高速公路是一項新舉措。其具體模式是將電能用中壓送至負(fù)荷點(diǎn)的埋地變壓器，再將中壓轉(zhuǎn)換為低壓，取200m左右供電半徑對收費(fèi)站、隧道通風(fēng)、照明等負(fù)荷供電。與傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)相比，它具有傳輸距離遠(yuǎn)、損耗小、防護(hù)等級高（達(dá)IP68）、免維護(hù)、電網(wǎng)易擴(kuò)展，安裝維護(hù)簡便，節(jié)約建設(shè)投資，大幅度減少營運(yùn)管理費(fèi)用等特點(diǎn)。主要設(shè)備采用了世界上最先進(jìn)的集自動開關(guān)和數(shù)控技術(shù)于一體的中壓保護(hù)柜，并具有自動與手動、遠(yuǎn)程控制與本地控制、運(yùn)行功能顯示、實(shí)時監(jiān)控等功能，配置了智能化接口，為電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了條件，使供電系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的計算機(jī)電力維護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)，并可與路橋監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變電站無人值守。中壓電能傳輸系統(tǒng)接地先進(jìn)可靠，該系統(tǒng)填補(bǔ)了我國在長距離、大范圍、分散性負(fù)荷特殊領(lǐng)域內(nèi)供電照明工程專用設(shè)備的空白。

4 結(jié)論

中壓配電系統(tǒng)具有免維護(hù)、電網(wǎng)易擴(kuò)展，節(jié)省投資，并可大幅度降低營運(yùn)費(fèi)用等特點(diǎn)，特別適用于長距離分散性負(fù)荷的供配電。中壓配電系統(tǒng)已經(jīng)用在國內(nèi)許多高速公路、特大型橋梁。如現(xiàn)階段國內(nèi)福建漳州至龍巖高速公路，特大型橋梁東海大橋及廣州珠江黃埔大橋等，其應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)

［1］萬達(dá). 一種特殊場所的照明供電系統(tǒng)［J］.供用電，2004，（１）.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。