供配電系統(tǒng)變壓器配置與高低壓供配電方式

孫嘵洋

（鞍鋼集團(tuán)本鋼板材能源管控中心，遼寧 本溪 117000）

0 引 言

目前，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對供配電系統(tǒng)的控制，有效監(jiān)測信息并及時準(zhǔn)確地加以分析和處理，在屏幕上自動顯示。以電子計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的供配電管理系統(tǒng)是進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測、監(jiān)控、綜合智能化管理的系統(tǒng)，能夠降低值班人員勞動強(qiáng)度，降低維修率，提高電源穩(wěn)定性，合理調(diào)整負(fù)載，實(shí)現(xiàn)合理運(yùn)營管理和高效節(jié)電[1]。

1 供配電系統(tǒng)概述

配電管理系統(tǒng)主要對高壓供電管理系統(tǒng)、中低壓配電管理系統(tǒng)、供配電控制系統(tǒng)中變壓器、自備發(fā)電機(jī)等有關(guān)裝置的工作狀況、電流、電壓以及功耗等技術(shù)參數(shù)實(shí)施監(jiān)管。利用供配電控制系統(tǒng)各裝置上的感應(yīng)器對開關(guān)電源電氣設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將信息傳遞給計(jì)算機(jī)。借助電氣智能化裝置的運(yùn)用，供配電系統(tǒng)變電所實(shí)現(xiàn)了無人值守，控制系統(tǒng)的檢測、監(jiān)控、分析以及數(shù)據(jù)處理全由電腦智能化管理，從而減少了供配電系統(tǒng)管理人員的工作量，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體供配電系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

圖1 供配電系統(tǒng)

供配電控制系統(tǒng)的主要監(jiān)測對象是高壓系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、變壓器以及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控信息和系統(tǒng)電流、壓力、功率等主要技術(shù)參數(shù)，通過變送器轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的直流系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)，然后再傳送到現(xiàn)場監(jiān)控器中，由控制系統(tǒng)的剩余電流斷路器或開關(guān)裝置自行連接或切斷。對于一級負(fù)載，為了提高電源安全性，通常需要設(shè)置兩路獨(dú)立電源。當(dāng)一路電源中斷或需要大修時，與其他電源間聯(lián)絡(luò)的開關(guān)自行閉合，由另一路電源直接向所有的重要負(fù)載供應(yīng)電力，需要設(shè)置發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)事故照明、滅火和其他重大負(fù)載供電。

2 供配電系統(tǒng)的供電負(fù)載分配與變壓器選擇

在供配電體系中，將供電荷載大致分成動力用電載荷、電熱用電載荷以及照明用電載荷?，F(xiàn)階段，在高層建筑中都安裝了空調(diào)裝置，空調(diào)供電荷載也是供電載荷中最重要的部分。在大的高層建筑中，空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源設(shè)備通常位于建筑物的下部。在普通建筑中，動能的負(fù)荷只是電力負(fù)荷的一部分。高層建筑數(shù)量成倍增長，需要優(yōu)化供電負(fù)荷中電動水泵工作效果。

電力負(fù)荷和照明負(fù)荷一般都在大樓內(nèi)均勻分布，如果將建筑物的下部劃分成熱量負(fù)荷比較密集的區(qū)域，就需要考慮建筑物的垂直布置，將變壓器設(shè)置在建筑物的底部。變電站和變壓器要盡可能安裝在負(fù)荷中心位置，這樣才能保證供、配電自動化管理工作的順利進(jìn)行，節(jié)約線路材料和費(fèi)用[2]。值得注意的是，盡管電力負(fù)荷中心是進(jìn)行電力管理的最佳場所，但在安裝過程中往往會受到其他因素的影響。除此之外，實(shí)際用電負(fù)荷的規(guī)模、重心時常變動，在設(shè)定變電所和變壓器時應(yīng)綜合考慮上述多種因素科學(xué)合理安裝。

選擇變壓器設(shè)備類型時，為了盡量減少變壓器設(shè)備的數(shù)量，其容量大多在1 000 kVA以上。而變壓器設(shè)備一般在供電負(fù)荷系統(tǒng)的中央部位，也就是建筑物的內(nèi)部，必須對其耐火特性加以考察，不能隨意使用耐火特性較差的變壓器設(shè)備，建議使用干式變壓器設(shè)備和真空斷路器。

3 高壓供配電系統(tǒng)故障問題

3.1 高壓真空斷路器故障問題

在10 kV饋線箱的真空斷路器保持工作狀態(tài)時，如果突然出現(xiàn)了重合閘故障，就很有可能造成大范圍斷電。跳閘以后，如果檢查安全保護(hù)器的信號沒有報警，則難以發(fā)現(xiàn)跳閘等異?，F(xiàn)象。一旦出現(xiàn)故障，則會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致供電系統(tǒng)后端出現(xiàn)大量問題。如果工作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，對于相關(guān)的技術(shù)理論知識未能熟練掌握，故障問題就很難解決。

3.2 計(jì)量表和液晶顯示屏故障問題

l0 kV高壓配電系統(tǒng)需要定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)檢修，對常見問題提前做好預(yù)防工作，降低故障發(fā)生率。在維護(hù)檢修后重新啟動系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)計(jì)量表無數(shù)據(jù)指示，而液晶顯示屏也不能正常顯示，就意味著存在故障問題。如果內(nèi)部測量儀表為電力部門所使用，在產(chǎn)生故障時就必須請求電力部門進(jìn)行技術(shù)修理[3]。

4 供配電系統(tǒng)高壓供電方式

我國一般建筑物內(nèi)的供電裝置大多采用高壓電源，供配電系統(tǒng)高壓供電方式大致以下幾種。

采用兩路高壓供電裝置，如果一路供電設(shè)備出現(xiàn)故障而引起中斷，則另一路作后備供電時將自動投入使用。該配電方法可以有效減小高壓配電室的體積，節(jié)約投資成本，2個接線均可確保百分百的負(fù)荷供應(yīng)，大多用于電源穩(wěn)定性要求較低、用電負(fù)荷不高的建筑物。

當(dāng)2個開關(guān)電源同時打開，如果其中一路發(fā)生了故障，則可使用在母線上串聯(lián)電裝置的開關(guān)電源。該種供電方法相比于其他的供電方法，多了1條母線連接聯(lián)絡(luò)箱和電流互感器，其穩(wěn)定性提高，適用于電負(fù)荷高、對供電電源穩(wěn)定性要求較高的工程[4]。

采用一路高壓電源、一路后備柴油發(fā)動機(jī)供電系統(tǒng)、一路不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）設(shè)備的不間斷供電方法，可以更有效保障計(jì)算機(jī)與消防通信系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)以及重大供電負(fù)荷控制系統(tǒng)順利運(yùn)行。除此之外，利用其他較不常見的方法，包括二路電源供電方法和后備供電方法等，在一般高層建筑中都具有較好的適應(yīng)性。

5 供配電系統(tǒng)低壓配電方式

在供配電網(wǎng)絡(luò)中，由變電所的低壓配電屏分路開關(guān)到建筑物中所有供電壓力較高的重要供電裝置間的電纜稱為低壓配電出線路。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中建筑物的供電壓力類型都相當(dāng)復(fù)雜，所以低壓供電設(shè)備的分類與設(shè)計(jì)上的可靠性會直接對建筑物中供電的安全和質(zhì)量造成影響。在現(xiàn)代建筑物中，低壓配電又可以分為放射式配電、樹干式配電、混合型式配電以及鏈?zhǔn)脚潆姟?/p>

5.1 放射式配電系統(tǒng)

放射型供電系統(tǒng)是由總配電柜或變電所低壓配電箱給每個配電柜和用電裝置供應(yīng)1個出線回路保護(hù)的供電系統(tǒng)，其安全性較高，但經(jīng)濟(jì)效益較低，使用開關(guān)設(shè)備和管道數(shù)量較多[5]。當(dāng)總配電柜的任一出線電路發(fā)生故障時，該切換電源安全保護(hù)器動作能有效斷開故障線路供電，其余的切換供電則不會受到影響。放射式供電線路如圖2所示。

圖2 放射式供電線路

5.2 樹干式配電系統(tǒng)

樹干式配電系統(tǒng)主要指在總供電系統(tǒng)中或變電所低壓配電箱引出的分支系統(tǒng)，其安全性較低，但經(jīng)濟(jì)性較好，總輸配電的供電回路短，一般應(yīng)用在對電源安全性要求很嚴(yán)格的低壓配電場合。當(dāng)線路發(fā)生故障后，總配電箱及配電設(shè)施均會中斷。樹干式供電線路如圖3所示。

圖3 樹干式供電線路

5.3 混合式配電系統(tǒng)

在供電體系的實(shí)際應(yīng)用中，通常并沒有分別采用上述2種低壓配電型式，而是將其綜合應(yīng)用。例如，從總供電箱到分配電箱采用樹干式供電體系，從分配電箱到總供電裝置則采用放射型供電體系。通過混合型供電體系能夠?qū)崿F(xiàn)對高低壓配電技術(shù)的靈活運(yùn)用，使之可以很好地應(yīng)用在不同的供電場合，節(jié)省生產(chǎn)成本。

5.4 鏈?zhǔn)脚潆娤到y(tǒng)

鏈?zhǔn)脚潆娤到y(tǒng)和樹干配電系統(tǒng)相似，即在同一根主電線路上串聯(lián)幾個分支配電箱和供電裝置。該供電方法在線路上沒有分支點(diǎn)，投入成本也不高，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電纜線路設(shè)計(jì)。在配線系統(tǒng)發(fā)生電源故障時，需要對配電線路進(jìn)行斷電處理，這樣才能夠確保電源的安全性。此外，采用安全性要求較低的小容量供電裝置，滿足配電系統(tǒng)工作需求。

6 結(jié) 論

供配電體系作為供電過程中的關(guān)鍵部分之一，其安全性和經(jīng)濟(jì)性十分重要。為了保證電網(wǎng)項(xiàng)目總體安全運(yùn)行和日常供電穩(wěn)定，需要對供配電系統(tǒng)的變壓器選擇和高低壓供配電方案加以優(yōu)化，防止供配電系統(tǒng)發(fā)生的問題導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目發(fā)生事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)效益損失。通過有關(guān)部門與工作人員的通力合作，確保供電配送體系的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，推動電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。