住宅小區供電設計探討與改進

摘要：小區供電采用單回路放射式當某一線路發生故障時不影響其它用戶，切換操作方便，繼電保護簡單，易于實現電網自動化管理。對二級負荷供電時，應有備用電源。但投資較高，可靠性較差，相比較采用環網供電，可節省投資，同時也提高了供電的可靠性。

關鍵詞：小區 供電 單回路放射式 環網

0 引言

設施齊全、環境幽美、建筑物密集是住宅小區的建設特點。住宅小區傳統的供電方式是架空線路和臺上、桿上變壓器，致使小區空中如蛛網密布，再與綠化樹木混在一起，事故頻頻發生，致使供電可靠性降低，且影響視覺效果。在人們對生活質量、生存環境要求越來越高的今天，采用箱式變電站(箱變)及埋設地下電纜構成供電系統，是當今住宅小區供電方案的理想選擇。根據不同的建筑環境，箱變可以選擇不同的造型和顏色，如有廠家就生產外表貼面磚的箱變。下面結合淮南市南山村小區供電設計，對住宅小區供電方式進行探討。南山村小區總建筑面積21萬m²，3-6層住宅樓64幢，沿街為4-6層商住樓8幢，另有綜合樓數幢。入住戶數為1782戶。它是以商品住宅為主的居住生活小區，兼容適量的公共設施，計劃將該小區建設成為標志性示范小區。

1 負荷計算

用電負荷是確定供電等級、供電方式及選擇設備的依據。負荷計算事關供電全局。我國幅員遼闊，氣候差異甚大，按照統一的標準計算負荷是不現實的。戶平均負荷(kW／戶)及同時需要系數的選取有成倍的差距，本小區供電以6kW／戶為設計依據，同時需要系數參照全國各地之標準取平均值，公用建筑負荷密度為：會所70W／m²；幼兒園50W／m²；菜市場70w／m²；商鋪30W／m²；地下車庫30W／m²。

2 供電系統

單回路放射式供電當某一線路發生故障時不影響其它用戶，切換操作方便，繼電保護簡單，易于實現電網自動化管理。對二級負荷供電時，應有備用電源。在小區中心設一地面開閉所，東、西兩區各設一臺環網柜，采用單回路放射式供電，分別接至各箱變。低壓供電半徑＜350m，整個小區設有12臺箱變。采用箱式變電站，一進一變，在低壓側進行電能計量。對于公用建筑及地下車庫，設置單獨箱變進行供電，計量點設置在環網柜內進行單獨計量。在地下車庫內設置EPS電源，做為二類負荷消防系統的備用電源。

3 箱式變電站的若干技術問題

箱式變電站供電可節省建筑面積、節約投資、安裝方便、無人值班。南山村小區是采用環網柜加箱變的供電方式，開閉所為單電源單母線。

3.1箱變高壓受電設備采用高壓負荷開關串接熔斷器的環網柜。此種環網柜，用負荷開關投切電路和隔離故障點，用熔斷器完成短路保護功能。此種環網柜能在10ms之內迅速切除故障，此時線路和設備所承受的故障電流遠未達到故障電流峰值，故對于供電線路和設備無須進行短路電流校驗。如何合理選配負荷開關、熔斷器與變壓器的參數，將是涉及到能否發揮熔斷器和負荷開關的使用，以及提高組合電器技術經濟指標的重要問題。

3.1.1額定電流：南山村小區箱變中變壓器容量為315kVA-63OkVA，高壓額定電流為16A-33A，考慮過載因素SFLAJ熔斷器電流定為40A－80A。負荷開關額定電流沒有制約因素，其額定電流由機械強度、開關能力、標準化因素決定，一般選擇為400A－630A。本小區箱變變壓器高壓負荷開關選用FZN39-12-3型，t=630A。進出環網柜的高壓線路選用FLRN46-12D／T100型SF6負荷開關，I_c=630A，高壓電纜為YuV_{22-8.7／10-3×240。}

3.1.2轉移電流是一種三相短路電流值，當短路電流在轉移點附近時，首開相短路電流由熔斷器開斷，而后二相短路電流則由熔斷器轉移給負荷開關開斷。當短路電流大于轉移電流時，三相短路電流全由熔斷器開斷。發生轉移電流的條件如下：發生三相短路時，最快的熔體熔化成為首開相，其撞擊器同時觸發負荷開關脫扣器。此時，若負荷開關的分閘時間T小于第一與后二相熔斷器開斷時間差AT(熔斷器熔斷時間有離散性)，則另二相短路電流由負荷開關斷開。反之，則由另二相熔斷器開斷。熔斷器的時間一電流特性離散性小，熔斷器動作快(弧前時間小)或延長負荷開關分閘時間，就可以降低或避開轉移電流。高壓熔斷器一般只保護變壓器低壓到端子內的短路，因端子短路有嚴酷的瞬態恢復電壓(TRV)，其徒度大，負荷開關難以承受，必須由熔斷器斷開故障。因此，轉移電流應選擇小于端子短路電流。綜上所述，轉移電流不僅與熔斷器的時間一電流特性有關，還與熔斷器撞擊器觸發負荷開關的分閘時間有關，0.9倍熔斷器觸發負荷開關分閘時間在熔斷器的“時間－電流”特性電流偏差為－6.5％的曲線所對應的電流值就是三相轉移電流值。

3.1.3交接電流是一種過電流值，低于交接電流的過電流，由負荷開關負責開斷，高于交接電流的過電流是熔斷器的保護范圍。交接電流可以由負荷開關和熔斷器兩者的“時間-電流”特性曲線交點來確定。合理確定交接電流值，會減少限流熔斷器的動作次數，具有一定的技術經濟意義。特別是對真空和SR負荷開關，可以提高交接電流接近轉移電流以充分發揮這類負荷開關的開斷能力優勢。

3.2箱變的過電壓保護做為變壓器和其它高壓受電設備的過電壓(雷電波或操作過電壓)保護，箱變內應設避雷器。因10kV閥型避雷器FZ、FS系列工頻放電電壓有效值為26kV-31kV。氧化鋅避雷器的標稱電壓為19.5kV-21 kV，對于10kV油浸變壓器絕緣通常是按35kV工頻耐壓1min。因此，閥型避雷器和氧化鋅避雷器都能有效地進行保護。南山村小區選用S11型D，yn11接線的油浸全密閉、防塵、防腐及與可爆性氣體隔離的變壓器。高壓側選用YH5WS-17／50氧化鋅避雷器，低壓側選用FS-0.22避雷器。

3.3計量與無功補償采用低壓總計量，設有電流表、電壓表、電能表。考慮到小區負荷的特點，并結合以往工程設計的經驗，無功補償取變壓器容量的30％左右，即每一箱變補償容量為180kvar，采用自動投切方式。

4 供電電纜的選擇

南山村小區供電線路全部選用YJV22-8.7／10-3×240鎧裝交聯聚乙烯電纜直接埋地敷設。電纜按長期允許載流量選擇，并進行短路熱穩定校驗。1 kv以下電纜當采用低壓斷路器或熔斷器作網絡保護時，一般均能滿足穩定性要求，不必進行校驗。

5 供電系統的改進

單回路放射式供電投資較高，可靠性較差，相比較采用環網供電，可節省投資，同時也提高了供電的可靠性。

采用環形供電，東西兩區自成一環。環網單元采用箱式變電站，一進一出一變，單線單環。為了限制短路容量，簡化繼電保護，小區兩個環形供電系統采用開環運行方式。環網柜為單電源單母線，供電環網起止于母線上。

環網在運行中，通常在某點用負荷開關斷開網絡形成兩個獨立的鏈狀樹干式供電系統，此斷開點稱開環點。開環點分為正常開環點和故障開環點。開環點的設置能保證單電源網絡兩端斷路器不會同時斷開(提高供電的可靠性)。雙電源網絡，因兩路電源電壓的數值和相位不可能完全一致，閉環運行將引起環流，增加供電線路能耗，故環網供電系統一般都是開環運行。選擇開環點應使斷口兩端電壓的數值和相位相差最小。具體實現此原則最通常的方法是：首先假設環網為閉環運行，通過計算找出由兩端電源供電的變電所，求出功率分界點的位置，此功率分界點即為環網的正常開環點。如果出現有功功率與無功功率分界點不一致時，多因在高壓線路中的電壓損耗主要是由無功功率所引起，故此時應選擇無功功率分界點作為正常開環點。

6 結論

小區采用環網供電方式，與單回路放射式相比可減少環網柜到箱變間的電纜投資，從而降低供電系統的總投資。當環網間某一點發生故障，故障點另一側的用戶可由另一回路進行供電，從而起到提高供電可靠性的作用。