援外成套項(xiàng)目供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

▲中國(guó)中元國(guó)際工程公司 周 軍

前言

隨著中國(guó)政府“走出去”戰(zhàn)略逐步深入實(shí)施，援外工程更成為中國(guó)企業(yè)“走出去”的一個(gè)重要橋梁。中國(guó)中元國(guó)際工程公司在該領(lǐng)域的業(yè)務(wù)也有了大力的拓展，筆者也有幸參加了10多項(xiàng)援外工程的考察與設(shè)計(jì)工作。

這些項(xiàng)目包括文化、會(huì)議、醫(yī)院、學(xué)校、體育、政府辦公及總統(tǒng)府等不同類(lèi)型，地域諞布亞洲、非洲、美洲和南太平洋地區(qū)。通過(guò)這些項(xiàng)目的實(shí)施，總感覺(jué)與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有著一些特殊之處，總結(jié)一下，與業(yè)內(nèi)同仁分享，敬請(qǐng)指正。

1 中壓系統(tǒng)及用戶(hù)變電所

雖然世界各地電力系統(tǒng)的頻率只有50Hz和60Hz之分，但中壓系統(tǒng)的額定電壓歸類(lèi)到35kV、24kV和12kV卻十分繁多，筆者曾接觸到的就有33 kV、22kV、20kV、11kV、10kV 和6.9kV 之多。

中壓系統(tǒng)饋電線(xiàn)路接線(xiàn)大多為樹(shù)干式，沿城市道路架空敷設(shè)，局部（如引入建筑物處）改為電纜埋地敷設(shè)，但用戶(hù)變配電所及其中壓主接線(xiàn)等設(shè)置習(xí)慣不盡相同。

在柬埔寨金邊市，城市22kV系統(tǒng)采用雙側(cè)環(huán)網(wǎng)供電，通常由兩個(gè)不同的115/22kV變電站分別饋出22kV電纜線(xiàn)路，依次環(huán)網(wǎng)連接多個(gè)用戶(hù)變電所，平時(shí)開(kāi)網(wǎng)運(yùn)行，如饋電線(xiàn)路故障，由電力公司遠(yuǎn)程操作故障兩側(cè)用戶(hù)變電所的進(jìn)出線(xiàn)斷路器，切除故障線(xiàn)路，恢復(fù)供電。

在巴布框圖亞新幾內(nèi)亞，根據(jù)巴新電力公司（PNG POWER Ltd）提供的大客戶(hù)電力供應(yīng)導(dǎo)則（Electricity Supply to Large Consumers 2009.10），巴新電力公司有四種用戶(hù)變電所的設(shè)置模式可供用戶(hù)選擇：首先是柱上變電所（pole-type aerial），其容量一般控制在500kVA以下；其次是戶(hù)外地面布置變電所（Ground-type outdoor），可布置1～3臺(tái)變壓器，變壓器容量有500kVA、1 500kVA兩種，占地較大；第三是戶(hù)外箱式變電所（Kiosk-type outdoor），有300kVA、500kVA和750kVA三種規(guī)格，當(dāng)負(fù)荷大于750kVA時(shí)，允許相鄰設(shè)置兩個(gè)或以上箱式變電所；第四是室內(nèi)變電所（Chamber-type indoor），一般最多安裝三臺(tái)變壓器，設(shè)計(jì)容量由500kVA～4500kVA不等。

在肯尼亞首都內(nèi)羅畢，電力公司針對(duì)中小用戶(hù)，相對(duì)集中設(shè)置用戶(hù)變電所，容量一般為630kVA，油浸變壓器采用熔斷器保護(hù)。由電力公司統(tǒng)一規(guī)劃和實(shí)施，變壓器出線(xiàn)斷路器以上由電力公司負(fù)責(zé)日常維護(hù)和管理。

由此可見(jiàn)，援外項(xiàng)目供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分遵重當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行、管理及維護(hù)習(xí)慣，合理選擇系統(tǒng)接入方式。

當(dāng)采用中壓接入時(shí)，用戶(hù)變電所的中壓系統(tǒng)應(yīng)采用受援國(guó)當(dāng)?shù)爻Ｓ玫闹鹘泳€(xiàn)方式，根據(jù)接入系統(tǒng)的短路容量，相應(yīng)選擇中壓斷路器的分?jǐn)嗄芰爸袎号潆娧b置；根據(jù)接入系統(tǒng)的繼電保護(hù)方式，相應(yīng)配置中壓系統(tǒng)的繼電保護(hù)。一般當(dāng)?shù)仉娏径寄芴峁┲袎合到y(tǒng)供電電壓偏差范圍，需明確的是上級(jí)變電站（或開(kāi)閉站）的饋出側(cè)，還是用戶(hù)變電所的受電側(cè)，以便根據(jù)其中壓饋電線(xiàn)路的規(guī)格和長(zhǎng)度，測(cè)算線(xiàn)路電壓損失，合理設(shè)置項(xiàng)目配電變壓器分接頭的電壓調(diào)節(jié)范圍。

當(dāng)采用低壓接入時(shí)，需建議項(xiàng)目外方業(yè)主將用戶(hù)變電所盡可能靠近負(fù)荷中心，注意控制低壓電源線(xiàn)路的電壓損失，校驗(yàn)?zāi)┒藬嗦菲鲉蜗嘟拥毓收蠒r(shí)的靈敏度。

在國(guó)內(nèi)，中壓10kV系統(tǒng)的接地型式主要有三種：不接地型式、消弧線(xiàn)圈接地型式和小電阻接地型式（北京地區(qū)為10Ω）。在筆者參加考察的項(xiàng)目中，也有不接地系統(tǒng)和小電阻接地系統(tǒng)和直接接地之分。當(dāng)援外項(xiàng)目中外雙方分工的分界點(diǎn)為電源引入本項(xiàng)目的中壓配電裝置上端時(shí)，雖然，中壓系統(tǒng)的接地型式不屬于中方設(shè)計(jì)范圍，但需考慮中壓系統(tǒng)的接地型式對(duì)項(xiàng)目用戶(hù)變電所及以下的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2 中壓系統(tǒng)的接地型式

2.1 接地型電壓互感器選擇

中性點(diǎn)接地型電壓互感器應(yīng)針對(duì)中壓系統(tǒng)接地型式的不同，區(qū)別選用。如中性點(diǎn)有效接地用的電壓互感器誤用于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振的幾率增加，在故障的情況下，會(huì)使電壓互感器損壞；反之，中性點(diǎn)非有效接地用的電壓互感器誤用于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，在故障的情況下，則會(huì)因剩余繞組電壓回路輸出電壓過(guò)高而使繼電保護(hù)裝置損壞。在《電壓互感器》GB1207-2006中，電壓互感器的訂貨通用技術(shù)條件也明確要求給出其接入系統(tǒng)的接地型式。詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 接地型電壓互感器詳細(xì)參數(shù)對(duì)比

表2 中壓系統(tǒng)的無(wú)間隙金屬氧化物避雷器配置表

對(duì)接入中壓系統(tǒng)的用戶(hù)變電所（也就是終端變電所）而言，不接地和消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)的電壓互感器接線(xiàn)方式通常為Y/Y/△，而小電阻接地系統(tǒng)電壓互感器接線(xiàn)方式通常為V-V。

2.2 無(wú)間隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓和額定電壓選擇

表2摘自《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》 （DL/T 620-1997）表3，在配置中壓系統(tǒng)的無(wú)間隙金屬氧化物避雷器時(shí)，應(yīng)對(duì)照?qǐng)?zhí)行。

2.3 電力電纜額定電壓選擇

表3選自《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》（冶金工業(yè)出版社）表19-15，在選擇電力電纜時(shí)，不僅要考慮其應(yīng)用系統(tǒng)的額定電壓，也要根據(jù)系統(tǒng)的接地型式，正確作出選擇。

表3 電力電纜參數(shù)表

2.4 零序電流互感器

在《電流互感器》GB1208-2006中，所有電流互感器的訂貨通用技術(shù)條件都要求提供其接入系統(tǒng)的接地型式。

對(duì)于零序電流互感器的選擇，主要與單相接地保護(hù)整定計(jì)算有關(guān)。不同接地型式的單相接地短路電流相差很大，非有效接地系統(tǒng)通常小于30A，而有效接地系統(tǒng)可達(dá)500A以上，選用零序電流互感器時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。當(dāng)繼電保護(hù)方式為常規(guī)保護(hù)時(shí)，在不接地和消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中，零序電流互感器需采用1～36A/ 20mA～300mA型，并與JD-15E型接地繼電器配合使用；小電阻接地系統(tǒng)中，零序電流互感器變比一般選用100/5或更大。

2.5 低壓配電系統(tǒng)接地型式

當(dāng)中壓系統(tǒng)為小電阻或直接接地系統(tǒng)，用戶(hù)變電所其低壓系統(tǒng)采用共用接地裝置時(shí)，綜合考慮間接接觸防護(hù)及線(xiàn)路末端單相接地短路保護(hù)靈敏度要求。道路照明、高桿燈、草坪照明等宜建議采用局部T-T系統(tǒng)，并適當(dāng)降低接地電阻。

當(dāng)中壓系統(tǒng)的接地型式為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，單相接地故障電容電流不超過(guò)20A時(shí)，如用戶(hù)變電所接地電阻不超過(guò)2Ω時(shí)，道路照明、高桿燈、草坪照明等的可采用TN-S系統(tǒng)；否則，應(yīng)設(shè)置局部等電位連接或采取局部加強(qiáng)地面絕緣措施，以滿(mǎn)足間接接觸防護(hù)要求。

3 低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

受援國(guó)多為經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)，電力供應(yīng)相對(duì)匱乏，電力系統(tǒng)可靠性差，自備柴油發(fā)電機(jī)組普遍使用，合理有效地使用柴油發(fā)電機(jī)組也是項(xiàng)目供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。

在國(guó)內(nèi)，電力系統(tǒng)條件較為完善，可靠性要高，柴油發(fā)電機(jī)組僅僅作為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的備用電源。一般兩路10kV市政電源經(jīng)過(guò)配電變壓器接入兩段低壓母線(xiàn)，柴油發(fā)電機(jī)組出線(xiàn)通過(guò)ATSE接入應(yīng)急母線(xiàn)段。這樣不僅可嚴(yán)格控制柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率（從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，也就是限制了柴油發(fā)電機(jī)的供電范圍），而且阻止了柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。針對(duì)國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)條件，這種方式考慮的問(wèn)題十分周到，技術(shù)上也非常成熟。

在援外成套工程中，在一些電力系統(tǒng)可靠性較差的受援國(guó)，備用柴油發(fā)電機(jī)組在平時(shí)的運(yùn)用就有著另一層意義。一般項(xiàng)目重要負(fù)荷主要包括消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電梯、水泵等等，而日常運(yùn)行的基本負(fù)荷包括普通照明、空調(diào)、電梯、水泵等。在確定備用柴油發(fā)電機(jī)組的容量和運(yùn)行方式時(shí)，首先容量選擇不僅要滿(mǎn)足重要負(fù)荷的要求，而且要兼顧日常運(yùn)行的需要；其次，備用柴油發(fā)電機(jī)組的供電范圍不能局限在重要負(fù)荷，要擴(kuò)大到日常運(yùn)行的基本負(fù)荷，以維持項(xiàng)目的基本日常運(yùn)營(yíng)。低壓系統(tǒng)主接線(xiàn)套用國(guó)內(nèi)的習(xí)慣做法就不適用了，需要有相應(yīng)的考慮。

以下以筆者經(jīng)歷的兩個(gè)項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)單介紹一下低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些針對(duì)性考慮。

3.1 援巴基斯坦巴中友誼中心

項(xiàng)目包括展廳、各類(lèi)會(huì)議室、800人報(bào)告廳（乙等劇院）、100床的旅館等，是集會(huì)議、展覽、文藝演出、宴會(huì)及住宿為一體的多功能綜合建筑。由于當(dāng)?shù)?1kV電源經(jīng)常停電，需設(shè)置一臺(tái)800kW室外靜音柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。設(shè)計(jì)中選擇柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，不僅作為一、二級(jí)負(fù)荷的備用電源，而且在市電停電時(shí)，可由管理和運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)營(yíng)的具體需要，調(diào)整發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的分配。在某些二級(jí)負(fù)荷（如宴會(huì)廳或報(bào)告廳）暫不使用時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娏φ{(diào)配，來(lái)保證某些三級(jí)負(fù)荷（如旅館或展覽）的正常運(yùn)行。力求從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上保證柴油發(fā)電機(jī)組容量能得到充分利用，使供電和操作更加靈活，以期最大限度地滿(mǎn)足用電需求。

230/4 00V系統(tǒng)接線(xiàn)采用母線(xiàn)分段，為實(shí)現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機(jī)組真正意義上的物理隔離。兩段母線(xiàn)不設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，柴油發(fā)電機(jī)出線(xiàn)通過(guò)ATSE分別接入兩段低壓母線(xiàn)，如圖1所示。

當(dāng)任意一臺(tái)變壓器檢修或故障時(shí)，其所帶的三級(jí)負(fù)荷饋線(xiàn)斷路器失壓脫扣器動(dòng)作，自動(dòng)跳閘。柴油發(fā)電機(jī)組15s內(nèi)自啟動(dòng)，ATSE自動(dòng)轉(zhuǎn)換，由柴油發(fā)電機(jī)組首先保證該變壓器所接母線(xiàn)段的一、二級(jí)負(fù)荷供電。這時(shí)由變配電室運(yùn)行人員根據(jù)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷和實(shí)際需要，有選擇地手動(dòng)投入部分三級(jí)負(fù)荷的饋線(xiàn)斷路器，恢復(fù)其供電。

當(dāng)市電停電時(shí)全部三級(jí)負(fù)荷饋線(xiàn)斷路器失壓脫扣器動(dòng)作，自動(dòng)跳閘，柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)投入運(yùn)行，保證一、二級(jí)負(fù)荷供電。運(yùn)行人員同樣可根據(jù)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷情況，有選擇地手動(dòng)投入個(gè)別三級(jí)負(fù)荷的饋線(xiàn)斷路器，恢復(fù)其供電。

3.2 援加納海岸角體育場(chǎng)

該體育場(chǎng)可容納觀(guān)眾1.5萬(wàn)人，為一座小型“乙”級(jí)體育場(chǎng)，主要服務(wù)于海岸角市大學(xué)生及民眾，不僅可舉辦本地區(qū)足球、田徑賽事，而且可以舉行大型群眾活動(dòng)，同時(shí)也考慮舉辦非洲地區(qū)國(guó)際比賽的可能。建筑功能主要包括VIP、運(yùn)動(dòng)員、賽事管理、媒體、觀(guān)眾、場(chǎng)館管理、安保、拳擊訓(xùn)練、乒乓球室和運(yùn)動(dòng)員公寓等用房。

體育場(chǎng)設(shè)兩座變配電所，考慮到舉辦非洲地區(qū)國(guó)際比賽的需要，柴油發(fā)電機(jī)組容量按全負(fù)載配備。240/415V系統(tǒng)接線(xiàn)型式為分段單母線(xiàn)，變壓器和柴油發(fā)電機(jī)出線(xiàn)分別引至兩段母線(xiàn)，設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，參見(jiàn)圖2。為防止市電和柴油發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行，變壓器和柴油發(fā)電機(jī)組的出線(xiàn)斷路器與聯(lián)絡(luò)斷路器相互閉鎖，任何情況只能閉合其中兩臺(tái)。

平時(shí)體育場(chǎng)由市電供電，柴油發(fā)電機(jī)組冷備用，變壓器出線(xiàn)斷路器閉合，柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)側(cè)斷路器斷開(kāi)，聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由變壓器為所有負(fù)荷供電；市電失電或變壓器故障時(shí)，變壓器側(cè)出線(xiàn)斷路器斷開(kāi)，柴油發(fā)電機(jī)15～30s自啟動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)側(cè)進(jìn)線(xiàn)斷路器閉合，聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由柴油發(fā)電機(jī)保證所有負(fù)荷供電；重大比賽時(shí)，聯(lián)絡(luò)斷路器斷開(kāi)，柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，與變壓器分列同時(shí)運(yùn)行，互為熱備用；市電失電或柴油發(fā)電機(jī)組故障時(shí)，對(duì)應(yīng)斷路器斷開(kāi)，聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由另一電源為所有負(fù)荷提供電源。

由于比賽場(chǎng)地照明大規(guī)模采用了金屬鹵化物燈，針對(duì)金屬鹵化物燈熄弧后再次點(diǎn)燃時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，場(chǎng)地照明配電也有一些相應(yīng)考慮。

場(chǎng)地照明配電柜主接線(xiàn)采用單母線(xiàn).平均分成兩組供電，分別引自變配電室的兩段母線(xiàn)。重大比賽時(shí)，場(chǎng)地照明分別由兩個(gè)電源供電，這樣當(dāng)一路電源故障時(shí)，在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中，50%場(chǎng)地照明不會(huì)熄滅，場(chǎng)地照度可維持在50%，不致于影響比賽繼續(xù)進(jìn)行。利用系統(tǒng)常規(guī)設(shè)置的有限條件，為日后的重大比賽額外提供一些保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)援外成套項(xiàng)目遍布世界各地，而受援國(guó)的發(fā)展歷史各不相同，經(jīng)濟(jì)條件參差不齊，電力系統(tǒng)的狀況更是五花八門(mén)，導(dǎo)致援外成套項(xiàng)目設(shè)計(jì)與國(guó)內(nèi)項(xiàng)目有著諸多不同。這就需要設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目考察階段，深入了解受援國(guó)電力系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)情況，尊重當(dāng)?shù)氐娜粘Ｉ?、維護(hù)、管理及使用習(xí)慣，注重中國(guó)規(guī)范和設(shè)計(jì)習(xí)慣在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)性和適用性，將中國(guó)規(guī)范與受援國(guó)的電力系統(tǒng)特點(diǎn)及用電習(xí)慣有機(jī)結(jié)合起來(lái)，切合實(shí)際地制定設(shè)計(jì)方案。

[1]中華人民共和國(guó)商務(wù)部. 對(duì)外援助成套項(xiàng)目施工管理規(guī)定（商援發(fā)[2008]533號(hào)）.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì). DL/T 620-1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S]. 北京：中國(guó)電力出版社.1997.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB12325-2003電能質(zhì)量供電電壓允許偏差[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2003.

[4]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[5]王建華. 電氣工程師手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB1208-2006電流互感器 [S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.