住宅區(qū)小容量負荷供電距離的探討

吳　斌

(湖南省建筑設(shè)計院, 湖南 長沙　410011)

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住宅區(qū)小容量負荷供電距離的探討

吳斌

(湖南省建筑設(shè)計院, 湖南 長沙410011)

摘要：結(jié)合工程案例,分析了住宅區(qū)小容量負荷供電距離。指出在盡量減少變配電所數(shù)量的基礎(chǔ)上,充分利用斷路器的短路短延時整定值可調(diào)的有利條件,盡量延伸小容量負荷低壓供電距離,并滿足電壓降、短路靈敏度的校驗。

關(guān)鍵詞：變配電所; 供電距離; 電壓降; 電壓偏差; 短路靈敏度

0引言

各種電壓等級下的供電距離都有一定范圍,例如380 V低壓供電距離一般不大于250 m(指電纜實際敷設(shè)距離)。在這些距離以內(nèi),線路上的電壓降、斷路器的短路靈敏度一般都可以滿足,無需進行特別校驗。但在某些特殊情況下,可能需要將供電距離延伸。在采取了一些技術(shù)措施后,可能會做到既延伸了供電距離,又能夠滿足線路上的電壓降、短路靈敏度校驗。

1項目概況

某小區(qū)共有9棟高層住宅(共11個單元),均為33層,地下室面積為6萬m2,地上住宅面積約為15萬m2,1F商鋪面積約為4 200 m2。

根據(jù)項目要求,住宅小區(qū)采用公變、專變結(jié)合的供電方案,即住宅戶內(nèi)由公變供電,住宅戶內(nèi)以外的所有公共區(qū)用電由專變提供。公變由電力部門設(shè)計、安裝并維護,專變由開發(fā)商安裝、物業(yè)維護。該項目專變安裝容量設(shè)計為2×630 kVA。

原方案階段專變變配電所(簡稱為變配電所)位于地下室中心位置。施工圖階段由于建設(shè)方調(diào)整售樓計劃,北邊兩棟樓為一期工程,須先開盤并驗收,故在該區(qū)域范圍內(nèi)必須設(shè)置一個變配電所。實施方案如下:

(1) 方案一。在南區(qū)、北區(qū)各設(shè)置一個變配電所;

(2) 方案二。在北區(qū)設(shè)置一個變配電所。

方案一的優(yōu)點是供電距離近,但要保證變壓器總安裝容量不變,需改為 4臺變壓器,此時單臺變壓器容量過小,對于消防泵等大容量電機的啟動不利,且兩處變配電所需增加土建面積。

方案二的優(yōu)點是變壓器單臺容量不變,無需增加土建面積,但供電距離過遠,超過一般的設(shè)計原則。

方案二中變配電所的位置雖然不在地下室中心,但對于地下室來說供電距離并不算太遠(<290 m),主要是南區(qū)地上塔樓部分的供電距離超長。對于該高層住宅小區(qū),地上塔樓公共區(qū)部分的用電負荷并不大,屬于遠離變配電所的小容量負荷。這種情況下,在采取一定的技術(shù)措施后是有可能滿足供電質(zhì)量的要求的,故選擇對方案二進行分析。

2設(shè)計條件

在南區(qū)設(shè)置兩個二次配電間,分別負責南區(qū)兩棟(三棟)的塔樓公共用電,每個二次配電間內(nèi)引入4條電纜,分別為照明主備電源、動力主備電源 。設(shè)置二次配電間可達到以下目的:

(1) 減少變配電所內(nèi)的出線回路。

(2) 利用不同設(shè)備之間不同時使用的特性,適當共用電纜,節(jié)約用銅。

(3) 使負荷集中,盡量加大變配電所與二次配電間之間的線路截面,減少段線路上的壓降及阻抗。

按照JGJ 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》表7.4.4,多回路電纜成束敷設(shè)的校正系數(shù)按在有孔托盤式橋架上敷設(shè)(同路徑回路數(shù)>9時,電纜相互接觸)選取,取0.72。設(shè)計中采用YJV-0.6/1 kV電纜,橋架成束敷設(shè)電纜截面選擇如表1所示,敷設(shè)在空氣中的環(huán)境溫度為30 ℃。

表1　橋架成束敷設(shè)電纜截面選擇

長距離配電線路的短路故障保護采用前端斷路器的短路短延時保護來實現(xiàn)。短路短延時調(diào)整倍數(shù)為3~5,故選用電子脫扣器。變配電所內(nèi)饋線回路斷路器的短路短延時整定倍數(shù)為5,二次配電間內(nèi)饋線斷路器的短路短延時整定倍數(shù)為3。

本文電纜載流量取自04DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》。地下室變配電所設(shè)置方案如圖1所示。

3電壓損失校驗

斷路器及電纜配置如圖2所示。

3.1變配電所至K1點的電壓降

動力總箱安裝負荷情況為:6臺電梯,每單元2臺,單臺負荷為18.5 kW,校正系數(shù)KX=0.65,cosφ1=0.6,機房附屬用電為1.5 kW;6臺正壓風機,單臺負荷為18.5 kW,每單元2臺,cosφ2=0.8;6臺潛水泵,單臺負荷為2.2 kW,每單元2臺,KX=0.6,cosφ3=0.8。

假設(shè)所有單元電梯均運行,單元的消防風機均起動的最不利情況的電壓降(平時負載應比該情況低)為

圖1　地下室變配電所設(shè)置方案

圖2　斷路器及電纜配置

Pjs=Pjs1+Pjs2+Pjs3=20×6×0.65+

18.5×2+2.2×6×0.6=123kW

Qjs=Pjs1tanφ1+Pjs2tanφ2+Pjs3tanφ3=

20×6×0.65×1.33+18.5×2×0.75+

2.2×6×0.6×0.75=137.4kvar

電纜型號為YJV-0.6/1 kV-3×185+2×95,故折算后動力總箱的計算負荷Pjs=123 kW,cosφ=0.67,Ijs=278 A。

三相平衡負載線路的電壓損失公式為

其中,電纜長度L1=200m,R0′=0.118Ω/km,X0′=0.078Ω/km。因此,Δu1%=3.47%。

3.2K1點至K2點電壓降

K1至K2點的計算負荷Pjs=20 kW,cosφ=0.6,Ijs=50.5 A。

電纜型號為YJV-0.6/1 kV-3×25+2×16,電纜長度L2=190 m,R0′=0.87 Ω/km,X0′=0.082 Ω/km。因此,Δu2%=2.57%。

3.3變配電所至K2點電壓降

根據(jù)以上計算的兩段壓降,得到總壓降為

Δu%=1-(1-Δu1%)·(1-Δu2%)=5.95%

3.4電壓降校驗

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第5.0.4條規(guī)定:用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值(電動機)為±5%。

JGJ 16—2008第3.4.5條規(guī)定:正常運行情況下,用電設(shè)備端子處的電壓偏差允許值(以標稱系統(tǒng)電壓的百分數(shù)表示)符合下列要求:一般用途電動機宜為±5%;電梯電動機宜為±7%。

綜上,規(guī)范并未對線路上電壓降規(guī)定一個允許值,給出的僅是設(shè)備端子處相對于系統(tǒng)標稱電壓的偏差允許范圍。由于變壓器出口處的電壓實際上是400 V,相對于380 V已提高5%,即便在本方案中電梯機房處存在5.95%電壓損失,但相對于系統(tǒng)標稱電壓380 V,端子處的電壓偏差還在±5%以內(nèi)(處于規(guī)范允許范圍之內(nèi)),故電壓降校驗通過。

4短路靈敏度校驗

照明回路第一段電纜截面僅為70 mm2,導致K2短路點的短路靈敏度校驗不能通過,需要將第二段電纜截面由25 mm2放大為35 mm2。

4.1系統(tǒng)阻抗

計算單相短路電流時電壓系數(shù)c=1,變壓器低壓側(cè)標稱電壓UC=0.38 kV。

假定系統(tǒng)短路容量Sn=200 MVA,阻抗為

RS=0.1XS=0.07mΩ

故系統(tǒng)側(cè)相保阻抗為

4.2變壓器阻抗

變壓器電抗電壓百分比Uk=4%,額定容量St=630 MVA。查表,得變壓器的相保阻抗為Xphp-t=9.92 mΩ,Rphp-t=2.18 mΩ。

4.3低壓配電柜銅母排阻抗

銅母排尺寸為4×TMY(80×8),母線長度Lp=8 m。查表,得銅母排的每米相保阻抗為XLP′=0.364 mΩ,RLP′=0.1 mΩ。故銅母排的相保阻抗為

XLP+XLP′LP=2.912 mΩ

RLP=RLP′LP=0.8mΩ

4.4低壓母線側(cè)總阻抗

低壓母線側(cè)總相保阻抗為

XS=Xphp-s+Xphp-t+XLP=13.362mΩ

RS=Rphp-s+Rphp-t+RLP=3.03mΩ

4.5K1短路點的單相接地短路電流

K1短路點電纜型號為YJV-0.6/1 kV-3×185+2×95,長度LL1=200 m,前端斷路器整定值:長延時Ir1=320 A,短延時Isd1=5Ir1=1 600 A。查表,得電纜的相保阻抗為XL1′=0.179 mΩ/m,RL1′=0.42 mΩ/m。故電纜的相保阻抗為XL1=35.8 mΩ,RL1=84 mΩ。

因此,系統(tǒng)至K2點的總相保阻抗為

K2點單相短路電流為

前端斷路器的單相短路動作靈敏度為

因1.372>1.3,故滿足設(shè)計要求。

4.6K2短路點的單相接地短路電流

K2短路點電纜型號為YJV-0.6/1 kV-3×25+2×16,長度LL2=190 m,前端斷路器整定值:長延時Ir2=80 A,短延時Isd2=3Ir2。查表,得電纜的相保阻抗XL2′=0.192 mΩ/m,RL2′=2.699 mΩ/m。故電纜的相保阻抗為XL2=36.48 mΩ,RL2=512.81 mΩ。

因此,系統(tǒng)至K2點的總相保阻抗為

605.9mΩ

K2點單相短路電流為

前端斷路器的單相短路動作靈敏度為

因1.51>1.3,故滿足設(shè)計要求。

5結(jié)語

住宅區(qū)的專變變配電所主要負荷集中在地下室,塔樓及屋頂部分負荷容量較小?？梢钥紤]適當延長供電距離以減少專變變配電所的數(shù)量,增加單臺變壓器的容量,這對于開發(fā)商節(jié)約投資以及大容量電機的起動都有重要的意義。由專變變配電所至最遠處塔樓的屋頂電梯機房的供電距離已遠超250 m,但設(shè)備端子處的電壓偏差以及每段線路的短路靈敏度校驗都可以滿足需求。

通過上述的計算分析,可以得出以下結(jié)論:

(1) 按照橋架成束敷設(shè)的情況來選擇電纜截面,由于載流量校正系數(shù)較低,選擇的電纜截面較大。在這個前提下,電壓降的校驗一般都沒有問題。

(2) 需要注意規(guī)范規(guī)定的是設(shè)備端子處電壓偏差允許范圍,而不是線路上的電壓降允許范圍。

(3) 短路靈敏度的校驗相比電壓降來說較難通過,如果一條線路通過了短路靈敏度校驗,則電壓降校驗一般都不存在問題。

(4) 靈活選用斷路器的各種保護設(shè)定。如果一條線路供電距離較長,則可采用短路短延時保護,適當調(diào)低短路短延時保護的倍數(shù),可以明顯加長線路的供電距離。

(5) 長距離供電線路建議采用二次配電的方法,由變配電所至二次配電間盡量采用大截面電纜,以減少第一段的壓降及阻抗。

(6) 對于高度100 m以下的住宅小區(qū)項目,在某些極限情況下專變變配電所可不在中心位置設(shè)置,塔樓屋頂小容量負荷在采取一些技術(shù)措施后可以滿足電壓降及靈敏度的校驗。

(7) 對于住宅的公變(戶內(nèi)供電部分),由于塔樓部分的負荷很大,不屬于遠離變配電所的小容量負荷范圍,延長供電距離的方法需慎用。

參考文獻

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

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白永生(1978—),男,高級工程師,從事供配電方面的工作。

Discussion about Supply Power Distance of Small Capacity Load in Residential DistrictWUBin

(Hunan Provincal Architectural Institute, Changsha 410011, China)

Abstract：An example of project, this paper analyzed the supply power distance of small capacity load in residential district.Based on minimizing the quantity of substation and distribution station, the short-circuit and short-time delay setting values of of breaker was used fully to extend the low voltage supply power distance of small capacity load. It meets the validation of voltage drop and of short-circuit sensitivity.

Key words:substation and distribution station; supply power distance; voltage drop; voltage deviation; short-circuit sensitivity

收稿日期：2015-01-20

中圖分類號：TU 852

文獻標志碼：B

文章編號：1674-8417(2015)06-0016-05