某新建小區(qū)10 kV供電方案設(shè)計選定

陳平

（深圳市達(dá)特照明股份有限公司，廣東深圳518000）

某新建小區(qū)10 kV供電方案設(shè)計選定

陳平

（深圳市達(dá)特照明股份有限公司，廣東深圳518000）

小區(qū)供電方案的選定非常重要，如果小區(qū)供電系統(tǒng)投運后發(fā)生故障，將會影響整個住宅小區(qū)的供電，所以，對供電可靠性提出了很高的要求。因此，在選定方案時，必須從安全性、可靠性和經(jīng)濟性等方面考慮。從施工者角度出發(fā)，針對小區(qū)配電系統(tǒng)的主接線設(shè)計，短路電流計算，主要電氣設(shè)備型號和參數(shù)的確定，電氣設(shè)備的動熱穩(wěn)定校驗，無功補償裝置配置等方面，詳細(xì)論證小區(qū)的供電方案，以期為相關(guān)工作提出有參考性的建議。

短路電流；電壓損失；電壓偏差；無功補償

近年來，我國城市化發(fā)展進程加快，房地產(chǎn)行業(yè)蓬勃發(fā)展，大量住宅小區(qū)建設(shè)完成，供電量隨之不斷增長，負(fù)荷密度隨之提高，對供電質(zhì)量和可靠性的要求也逐漸提高。

本文以某新建住宅小區(qū)10 kV供電方案設(shè)計選定為例，從小區(qū)負(fù)荷計算、供電方式、高壓設(shè)備選擇、低壓系統(tǒng)電壓、無功補償、電能計量這幾個方面分析了供電設(shè)計方案的選定情況。某新建小區(qū)占地3.6 hm2，建筑面積1.078×105m2，高層住宅5棟（18層），商鋪2棟（2層，含社區(qū)、物業(yè)用房），總戶數(shù)771戶，是典型的高容積率小區(qū)。在供電局批準(zhǔn)的供電方案中，小區(qū)只允許1條10 kV線路供電從附近10 kV開關(guān)箱接入，同時，為了保證市區(qū)供電的可靠性，供電部門同期負(fù)責(zé)從外部擴建這條10 kV供電線路，將這路電源的外部10 kV供電線路環(huán)網(wǎng)，從而為該小區(qū)供電可靠性提供保障。

1 負(fù)荷計算

隨著人們生活水平的提升，普通家庭的家用電器逐漸增多，特別是空調(diào)、熱水器、電磁灶或微波爐等大功率家用電器，家庭用電也由原來純照明向多功能方向發(fā)展。但由于各省各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，各地用電量差別較大。為了滿足居民用電需求，各地區(qū)電網(wǎng)基本都對轄區(qū)家庭用電量作出統(tǒng)一規(guī)定。表1為中國南方電網(wǎng)公司（包括廣東、廣西、云南、貴州、海南等5省區(qū)）《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中對城市住宅、商業(yè)和辦公用電負(fù)荷計算作出的規(guī)定。

表1 城市住宅、商業(yè)和辦公用電負(fù)荷計算的相關(guān)規(guī)定

因為住宅小區(qū)內(nèi)的居民作息時間不同，家庭用電設(shè)備配備不同，配電房變壓器選取用電需要負(fù)荷系數(shù)也不同。供電局根據(jù)本地區(qū)居民用電負(fù)荷調(diào)查和供電設(shè)備的運行狀況，同時，參考廣東其他城市需要系數(shù)的選擇情況，確定該地區(qū)居民住宅用電需要系數(shù)綜合選取0.45，電梯用電負(fù)荷需要系數(shù)選取0.5，公共負(fù)荷（不含電梯）用電負(fù)荷需要系數(shù)選取0.8.暫不考慮變壓器的經(jīng)濟運行系數(shù)。小區(qū)用電負(fù)荷的具體情況（消防泵負(fù)荷不計入總?cè)萘浚┤绫?所示。

表2 小區(qū)用電負(fù)荷具體情況

將表2相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式中可得：負(fù)荷a＝住戶數(shù)（含商鋪、樓梯間照明）×每戶功率×同時系數(shù)①÷co sφ1＝4 176×0.45÷0.85≈2 211 kVA；負(fù)荷b＝電梯負(fù)荷×同時系數(shù)②÷cosφ2＝330×0.5÷0.8≈206 kVA；負(fù)荷c＝公共負(fù)荷×同時系數(shù)③÷cosφ3＝260×0.8÷0.8＝260 kVA。

所以，總負(fù)荷為：

至此可知，補償前，P＝2 252 kW，Q＝1 444 kVar，S＝2 676 kVA，cosφ＝0.84；補償后，cosφ＝0.9，S＝P÷cos φ＝2 252/0.9＝2 502 kVA。變壓器按照就近容量選擇，所以，變壓器容量選擇（4×630）kVA。此處，cosφ1為住宅功率因數(shù)，取值0.85；cosφ2為寫字樓、商場功率因數(shù)，取值0.8；cosφ3為電梯、公共設(shè)施用電功率因數(shù)，取值0.8.

2 供電方式

2.1 負(fù)荷分類

該小區(qū)占地面積比較小，居住戶數(shù)不多，包含高層普通住宅、商鋪、車庫和部分公用設(shè)施，根據(jù)分類只屬于規(guī)定的三級級負(fù)荷，因此，只允許接入一回路高壓電源。如果有需要，用戶可以針對電梯、消防設(shè)施自備應(yīng)急電源，但應(yīng)急電源與工作電源之間必須采取相應(yīng)的措施，防止并列運行對10 kV供電網(wǎng)絡(luò)造成影響，發(fā)生反送電事故。

小區(qū)外東側(cè)（地下車庫出口方向）原有10 kV體校開關(guān)箱，可直接敷設(shè)新高壓電纜150 m接入河西變電站10 kV F10線體校開關(guān)箱#3開關(guān)。

2.2 主接線方式

主接線是指有種開關(guān)電器、電力變壓器、母線、電力電纜或?qū)Ь€、移相電容器、避雷器等電路。主接線可分為有母線結(jié)線和無母線結(jié)線兩大類。有母線結(jié)線又可分為單母線結(jié)線和雙母線結(jié)線；無母線結(jié)線（民用建筑用電不涉及）可分為單元式結(jié)線、橋式結(jié)線和多角形結(jié)線。中、低壓系統(tǒng)中可采用單母線結(jié)線、單元式結(jié)線和橋式結(jié)線。

在實際工作中，對主接線提出的基本要求是，安全性、可靠性、靈活性和經(jīng)濟性。通常情況下，單母線不分段結(jié)線有2種情況，即單進線回路和雙進線回路。雙進線回路有3種運行方式，即雙電源并列運行、雙電源一用一備運行、電源一進一出運行。單母線分段結(jié)線有3種運行方式，即雙電源并列運行、雙電源分列運行和雙電源一用一備運行。根據(jù)供電主接線的設(shè)計原則，按照小區(qū)的負(fù)荷類型，可以確定該住宅小區(qū)的主接線方式，即高壓側(cè)為單母線，低壓側(cè)為單母線分段，相鄰變壓器的低壓干線之間裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以小區(qū)配電房為中心向周邊區(qū)采用電纜放射式配電，再由各建筑內(nèi)低壓電纜分支箱敷設(shè)低壓分支線纜至各單元內(nèi)配電箱。

2.3 配電房設(shè)置

開發(fā)建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)該小區(qū)的建設(shè)規(guī)模和用電需求確定配電房建設(shè)方案，與小區(qū)同時規(guī)劃同時建設(shè)，并將高低壓電纜走廊等納入小區(qū)設(shè)計的總體規(guī)劃中，與小區(qū)內(nèi)其他管線和設(shè)施統(tǒng)籌安排，在小區(qū)交付裝修、使用前完成。

小區(qū)變壓器和與其相配套的高壓開關(guān)柜、低壓配電柜需分開擺放，以實現(xiàn)公用配電房與專用配電房獨立分開、互不連通。小區(qū)配電房不應(yīng)設(shè)于地下室，室內(nèi)標(biāo)高應(yīng)高于建筑物室外地面標(biāo)高0.3 m，并滿足當(dāng)?shù)?0年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣吲潆姺康孛娣浪⑼L(fēng)、排水、防滲漏等能力，避免洪水或積水從其他渠道淹漬配電房。

配電房所處的位置應(yīng)靠近小區(qū)負(fù)荷中心，同時，應(yīng)考慮設(shè)備運輸?shù)谋憷?，留有消防通道，滿足防火、通風(fēng)、防潮、防毒、防小動物等要求，不應(yīng)將其設(shè)置于廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方和鄰壁。

該小區(qū)配電房為新建二層建筑，建筑面積130.56 m2（13.6 m×4.8 m），首層為4間獨立變壓器室，二層為高低壓配電房，高壓柜5臺（其中變壓器柜4臺，進線柜1臺），低壓柜14臺（其中低壓進出線柜各4臺、補償柜4臺、聯(lián)絡(luò)柜2臺）。

3 主要高壓設(shè)備（短路電流）校驗選擇

3.1 短路電流計算

在電力系統(tǒng)運行的過程中，可能發(fā)生各種故障或出現(xiàn)不正常的運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障就是發(fā)生各種形式的短路，比如相間短路、接地短路等。三相系統(tǒng)的短路主要分為單相、兩相和三相短路三大類。單相短路只能發(fā)生在中性線引出的四線制系統(tǒng)和中性點接地的系統(tǒng)中。一般情況下，三相短路電流要大于單相和兩相短路電流，尤其是當(dāng)電源距離供電系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時，三相短路電流最大，此時因系統(tǒng)短路而產(chǎn)生的危害也最嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備處于最嚴(yán)重的短路情況下能夠可靠工作，在選擇和校驗電氣設(shè)備時，按照三相短路時的數(shù)值來校驗。

小區(qū)采用單路電源接入供電，從0.16 km處起，市區(qū)電網(wǎng)接入設(shè)基準(zhǔn)容量Sj＝100 MVA，基本參數(shù)選取是：①110 kV系統(tǒng)可以按照變電站110 kV開關(guān)斷流容量計算；②110 kV主變S e＝40 MVA，Ud%＝10.5；③10 kV出線電纜（交聯(lián)電纜銅芯240 mm2）電抗X＝0.087 Ω/km；④10 kV變壓器Se＝630 kVA（0.63 MVA），Ud%＝4.5；⑤10 kV側(cè)基準(zhǔn)電壓Uj1＝10.5 kV；⑥低壓側(cè)基準(zhǔn)電壓Uj2＝0.4 kV。

在實際工作中，采用標(biāo)幺制法計算短路電流。

3.1.1 基本值計算

基準(zhǔn)容量Sj＝100 MVA，基準(zhǔn)電壓Uj1＝10.5 kV，Uj2＝0.4 kV，則：

3.1.2 電抗計算

110 kV系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值為：

110 kV斷路器開斷電流I為31.5 kA。110 kV主變電抗標(biāo)幺值為：

變電站10 kV出線電纜電抗標(biāo)幺值為：

由《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》可知，10 kV供電半徑B類地區(qū)（市區(qū)地段）不超過2.5 km，取2 km；單臺10 kV配電變壓器電抗標(biāo)幺值為：

4臺10 kV配電變壓器電抗標(biāo)幺值為：

3.1.3 各短路點短路電流計算

d1（站10 kV母線處）點短路電流總電抗為：

穩(wěn)態(tài)短路電流為：

沖擊短路電流為：ich＝2.55×19.6≈50 kA。

短路容量為：

d2（站10 kV出線電纜尾端）點短路電流總電抗為：

（10 kV分列運行）穩(wěn)態(tài)短路電流為：

（10 kV分列運行）沖擊短路電流ich＝2.55×12.2≈31 kA。（10 kV分列運行）短路容量為：

（10 kV并列運行）穩(wěn)態(tài)短路電流為：

（10 kV并列運行）沖擊短路電流ich＝2.55×2.46≈6.27 kA。（10 kV并列運行）短路容量為：

d3（配電變壓器低壓側(cè)）點短路電流總電抗為：

（0.4 kV分列運行）穩(wěn)態(tài)短路電流為：

（0.4 kV分列運行）沖擊短路電流ich＝2.55×19≈48.5 kA；（0.4 kV分列運行）短路容量為：

短路電流計算結(jié)果匯總情況如表3所示。

表3 短路電流計算結(jié)果匯總表

3.2 高壓設(shè)備選擇

為了有效提高高壓設(shè)備運行的可靠性，高壓電器應(yīng)根據(jù)其正常運行時的額定電壓和額定電流來初選，一些設(shè)備完成初選后還要驗證其動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性條件。對于熔斷器和斷路器，還要驗證其斷流容量。此外，還要考慮電氣設(shè)備的環(huán)境條件，選用不同類型的高壓電器。

變壓器高壓側(cè)的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下。

額定參數(shù)：額定電壓Umax≥Uy，Uy＝10 kV，即Umax≥10 kV；額定電流IN≥Imax。

這說明，對于短路電流持續(xù)時間，斷路器和隔離開關(guān)取4 s，電壓互感器取1 s。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)選擇高壓設(shè)備，包括高壓開關(guān)柜HXGN15-12（ZF.R）、真空負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器FZRN51-12D/T200-31.5 Fuse-63A、真空負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器FZRN51-12D/T630-20、電流互感器LZZB-10Q-75/5A。高壓電器校驗結(jié)果如表4所示。

表4 高壓電器校驗的結(jié)果

經(jīng)過校驗發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計方案中電流互感器LZZB-10Q-75/5A不能滿足熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定條件。經(jīng)過圖紙會審，向設(shè)計單位提出該意見，設(shè)計單位重新驗收后同意改為LZZB-10Q-100/5A型電流互感器。

4 低壓系統(tǒng)電壓損失和電壓偏差檢驗

該小區(qū)容積率高，綠化率比較低，可用地面積有限，配電房變壓器集中設(shè)置，低壓負(fù)荷采用放射形布置，由配電房低壓柜電纜敷設(shè)直接進入各樓的分支箱。

《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》（GB 12325－90）規(guī)定，在電力系統(tǒng)正常運行的情況下，用戶受電端供電電壓的允許偏差為：10 kV及以下高壓供電和低壓電力用戶為額定電壓的－7%～＋7%；低壓照明用戶為額定電壓的－10%～＋5%.中國南網(wǎng)電網(wǎng)公司《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中提出，供電半徑宜控制在以下范圍內(nèi)：A類供電區(qū)為150 m；B類供電區(qū)為250 m；C類供電區(qū)為400 m。

U4處電壓偏差（%）為：△U＝（U4－UN）/UN＝（364.7－380）/380＝－0.04＝－4%，大于定值－7%.按照相電壓（220 V）計算，△U＝（364.7/－UN）/UN＝（210.56－220）/220＝－0.043＝－4.3%，大于定值－10%.

按照設(shè)計方案選擇電纜和導(dǎo)線截面，當(dāng)供電半徑在340 m范圍內(nèi)時，線路末端電壓能夠滿足電壓偏差的要求。如果選擇比上述值略大的電纜和導(dǎo)線截面，則末端電壓也可以滿足電壓偏差的要求。

5 無功補償

由于居民住宅用戶多數(shù)為感性用電負(fù)荷（空調(diào)、冰箱、電磁爐、電熱水器、電飯煲等），自然功率因素較低，一般負(fù)荷計算時取0.8（實際使用中低于0.8），而在計算負(fù)荷和變壓器容量時，是按照功率因數(shù)為0.9考慮的。如果不加裝無功補償裝置，則計算出的實際負(fù)荷和變壓器容量將增大，電纜、電線和其他設(shè)備的載流量也需增大，相應(yīng)的投資增大，電網(wǎng)的損耗也將增大，因此，小區(qū)供電方案中必須增加無功補償裝置（目前，本地區(qū)對于100 kVA以上的負(fù)荷基本都增加無功補償裝置）。

該小區(qū)所建的是10 kV配電所，從補償裝置的維護和性能的角度來考慮，選用低壓集中補償并聯(lián)電容器裝置，在每段低壓母線單獨設(shè)置1面無功補償屏，補償后要求低壓側(cè)功率因數(shù)大于0.9.根據(jù)中國南網(wǎng)電網(wǎng)公司《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》中對低壓配電網(wǎng)的規(guī)定，變壓器配置的電容器容量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)確定，宜按照變壓器容量的20%～40%配置，每套電容器組按630×0.3≈180 kVar配置，采用新型智能低壓電容器補償裝置，三相補償TDS-C3SZ/450-20. 20C 4組和分相補償TDS-C3FZ/250-20C 1組。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供配電系統(tǒng)中的新技術(shù)、新產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。在規(guī)劃、設(shè)計小區(qū)的供電系統(tǒng)時，要以技術(shù)先進、使用可靠、經(jīng)濟合理為原則，在規(guī)劃設(shè)計中留有一定裕量，以備后期負(fù)荷增加，同時，要盡量采用典型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案和通用設(shè)備。作為工程施工技術(shù)人員，也應(yīng)在工程建設(shè)中不斷提高技術(shù)水平，積極參與工程設(shè)計方案的選定，不斷優(yōu)化住宅小區(qū)供電方案，提高住宅小區(qū)電力建設(shè)質(zhì)量，為住宅小區(qū)用電提供安全、穩(wěn)定、可靠、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

［1］中國建筑東北設(shè)計研究院.JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

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［3］中國機械工業(yè)聯(lián)合會.GB 50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

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［6］戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

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〔編輯：白潔〕

TM727.2

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.018

2095－6835（2017）16－0018－05