援外成套項目供配電系統設計分析

▲中國中元國際工程公司 周 軍

前言

隨著中國政府“走出去”戰略逐步深入實施，援外工程更成為中國企業“走出去”的一個重要橋梁。中國中元國際工程公司在該領域的業務也有了大力的拓展，筆者也有幸參加了10多項援外工程的考察與設計工作。

這些項目包括文化、會議、醫院、學校、體育、政府辦公及總統府等不同類型，地域諞布亞洲、非洲、美洲和南太平洋地區。通過這些項目的實施，總感覺與國內項目的設計有著一些特殊之處，總結一下，與業內同仁分享，敬請指正。

1 中壓系統及用戶變電所

雖然世界各地電力系統的頻率只有50Hz和60Hz之分，但中壓系統的額定電壓歸類到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。

中壓系統饋電線路接線大多為樹干式，沿城市道路架空敷設，局部（如引入建筑物處）改為電纜埋地敷設，但用戶變配電所及其中壓主接線等設置習慣不盡相同。

在柬埔寨金邊市，城市22kV系統采用雙側環網供電，通常由兩個不同的115/22kV變電站分別饋出22kV電纜線路，依次環網連接多個用戶變電所，平時開網運行，如饋電線路故障，由電力公司遠程操作故障兩側用戶變電所的進出線斷路器，切除故障線路，恢復供電。

在巴布框圖亞新幾內亞，根據巴新電力公司（PNG POWER Ltd）提供的大客戶電力供應導則（Electricity Supply to Large Consumers 2009.10），巴新電力公司有四種用戶變電所的設置模式可供用戶選擇：首先是柱上變電所（pole-type aerial），其容量一般控制在500kVA以下；其次是戶外地面布置變電所（Ground-type outdoor），可布置1～3臺變壓器，變壓器容量有500kVA、1 500kVA兩種，占地較大；第三是戶外箱式變電所（Kiosk-type outdoor），有300kVA、500kVA和750kVA三種規格，當負荷大于750kVA時，允許相鄰設置兩個或以上箱式變電所；第四是室內變電所（Chamber-type indoor），一般最多安裝三臺變壓器，設計容量由500kVA～4500kVA不等。

在肯尼亞首都內羅畢，電力公司針對中小用戶，相對集中設置用戶變電所，容量一般為630kVA，油浸變壓器采用熔斷器保護。由電力公司統一規劃和實施，變壓器出線斷路器以上由電力公司負責日常維護和管理。

由此可見，援外項目供電系統的設計應充分遵重當地電力系統的運行、管理及維護習慣，合理選擇系統接入方式。

當采用中壓接入時，用戶變電所的中壓系統應采用受援國當地常用的主接線方式，根據接入系統的短路容量，相應選擇中壓斷路器的分斷能力及中壓配電裝置；根據接入系統的繼電保護方式，相應配置中壓系統的繼電保護。一般當地電力公司都能提供中壓系統供電電壓偏差范圍，需明確的是上級變電站（或開閉站）的饋出側，還是用戶變電所的受電側，以便根據其中壓饋電線路的規格和長度，測算線路電壓損失，合理設置項目配電變壓器分接頭的電壓調節范圍。

當采用低壓接入時，需建議項目外方業主將用戶變電所盡可能靠近負荷中心，注意控制低壓電源線路的電壓損失，校驗末端斷路器單相接地故障時的靈敏度。

在國內，中壓10kV系統的接地型式主要有三種：不接地型式、消弧線圈接地型式和小電阻接地型式（北京地區為10Ω）。在筆者參加考察的項目中，也有不接地系統和小電阻接地系統和直接接地之分。當援外項目中外雙方分工的分界點為電源引入本項目的中壓配電裝置上端時，雖然，中壓系統的接地型式不屬于中方設計范圍，但需考慮中壓系統的接地型式對項目用戶變電所及以下的供配電系統設計的影響，主要表現在以下幾個方面：

2 中壓系統的接地型式

2.1 接地型電壓互感器選擇

中性點接地型電壓互感器應針對中壓系統接地型式的不同，區別選用。如中性點有效接地用的電壓互感器誤用于中性點非有效接地系統中，在正常運行時，會使系統產生并聯諧振的幾率增加，在故障的情況下，會使電壓互感器損壞；反之，中性點非有效接地用的電壓互感器誤用于中性點有效接地系統中，在故障的情況下，則會因剩余繞組電壓回路輸出電壓過高而使繼電保護裝置損壞。在《電壓互感器》GB1207-2006中，電壓互感器的訂貨通用技術條件也明確要求給出其接入系統的接地型式。詳細對比見表1。

表1 接地型電壓互感器詳細參數對比

表2 中壓系統的無間隙金屬氧化物避雷器配置表

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

2.2 無間隙金屬氧化物避雷器持續運行電壓和額定電壓選擇

表2摘自《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》 （DL/T 620-1997）表3，在配置中壓系統的無間隙金屬氧化物避雷器時，應對照執行。

2.3 電力電纜額定電壓選擇

表3選自《鋼鐵企業電力設計手冊》（冶金工業出版社）表19-15，在選擇電力電纜時，不僅要考慮其應用系統的額定電壓，也要根據系統的接地型式，正確作出選擇。

表3 電力電纜參數表

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條件都要求提供其接入系統的接地型式。

對于零序電流互感器的選擇，主要與單相接地保護整定計算有關。不同接地型式的單相接地短路電流相差很大，非有效接地系統通常小于30A，而有效接地系統可達500A以上，選用零序電流互感器時應區別對待。當繼電保護方式為常規保護時，在不接地和消弧線圈接地系統中，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 低壓配電系統接地型式

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

當中壓系統的接地型式為不接地系統或經消弧線圈接地，單相接地故障電容電流不超過20A時，如用戶變電所接地電阻不超過2Ω時，道路照明、高桿燈、草坪照明等的可采用TN-S系統；否則，應設置局部等電位連接或采取局部加強地面絕緣措施，以滿足間接接觸防護要求。

3 低壓系統設計

受援國多為經濟不發達和欠發達地區，電力供應相對匱乏，電力系統可靠性差，自備柴油發電機組普遍使用，合理有效地使用柴油發電機組也是項目供配電系統設計的一個關鍵。

在國內，電力系統條件較為完善，可靠性要高，柴油發電機組僅僅作為一級負荷中特別重要負荷的備用電源。一般兩路10kV市政電源經過配電變壓器接入兩段低壓母線，柴油發電機組出線通過ATSE接入應急母線段。這樣不僅可嚴格控制柴油發電機組運行負載率（從另一個角度來說，也就是限制了柴油發電機的供電范圍），而且阻止了柴油發電機組并網運行。針對國內的電力系統條件，這種方式考慮的問題十分周到，技術上也非常成熟。

在援外成套工程中，在一些電力系統可靠性較差的受援國，備用柴油發電機組在平時的運用就有著另一層意義。一般項目重要負荷主要包括消防系統、安防系統、電梯、水泵等等，而日常運行的基本負荷包括普通照明、空調、電梯、水泵等。在確定備用柴油發電機組的容量和運行方式時，首先容量選擇不僅要滿足重要負荷的要求，而且要兼顧日常運行的需要；其次，備用柴油發電機組的供電范圍不能局限在重要負荷，要擴大到日常運行的基本負荷，以維持項目的基本日常運營。低壓系統主接線套用國內的習慣做法就不適用了，需要有相應的考慮。

以下以筆者經歷的兩個項目為例，簡單介紹一下低壓系統設計的一些針對性考慮。

3.1 援巴基斯坦巴中友誼中心

項目包括展廳、各類會議室、800人報告廳（乙等劇院）、100床的旅館等，是集會議、展覽、文藝演出、宴會及住宿為一體的多功能綜合建筑。由于當地11kV電源經常停電，需設置一臺800kW室外靜音柴油發電機組作為備用電源。設計中選擇柴油發電機組時，不僅作為一、二級負荷的備用電源，而且在市電停電時，可由管理和運行人員根據運營的具體需要，調整發電機組負荷的分配。在某些二級負荷（如宴會廳或報告廳）暫不使用時，通過適當的電力調配，來保證某些三級負荷（如旅館或展覽）的正常運行。力求從系統設計上保證柴油發電機組容量能得到充分利用，使供電和操作更加靈活，以期最大限度地滿足用電需求。

230/4 00V系統接線采用母線分段，為實現市電與柴油發電機組真正意義上的物理隔離。兩段母線不設聯絡斷路器，柴油發電機出線通過ATSE分別接入兩段低壓母線，如圖1所示。

當任意一臺變壓器檢修或故障時，其所帶的三級負荷饋線斷路器失壓脫扣器動作，自動跳閘。柴油發電機組15s內自啟動，ATSE自動轉換，由柴油發電機組首先保證該變壓器所接母線段的一、二級負荷供電。這時由變配電室運行人員根據發電機組負荷和實際需要，有選擇地手動投入部分三級負荷的饋線斷路器，恢復其供電。

當市電停電時全部三級負荷饋線斷路器失壓脫扣器動作，自動跳閘，柴油發電機組自動投入運行，保證一、二級負荷供電。運行人員同樣可根據發電機組負荷情況，有選擇地手動投入個別三級負荷的饋線斷路器，恢復其供電。

3.2 援加納海岸角體育場

該體育場可容納觀眾1.5萬人，為一座小型“乙”級體育場，主要服務于海岸角市大學生及民眾，不僅可舉辦本地區足球、田徑賽事，而且可以舉行大型群眾活動，同時也考慮舉辦非洲地區國際比賽的可能。建筑功能主要包括VIP、運動員、賽事管理、媒體、觀眾、場館管理、安保、拳擊訓練、乒乓球室和運動員公寓等用房。

體育場設兩座變配電所，考慮到舉辦非洲地區國際比賽的需要，柴油發電機組容量按全負載配備。240/415V系統接線型式為分段單母線，變壓器和柴油發電機出線分別引至兩段母線，設聯絡斷路器，參見圖2。為防止市電和柴油發電機組并列運行，變壓器和柴油發電機組的出線斷路器與聯絡斷路器相互閉鎖，任何情況只能閉合其中兩臺。

平時體育場由市電供電，柴油發電機組冷備用，變壓器出線斷路器閉合，柴油發電機進線側斷路器斷開，聯絡斷路器閉合，由變壓器為所有負荷供電；市電失電或變壓器故障時，變壓器側出線斷路器斷開，柴油發電機15～30s自啟動，柴油發電機側進線斷路器閉合，聯絡斷路器閉合，由柴油發電機保證所有負荷供電；重大比賽時，聯絡斷路器斷開，柴油發電機組啟動，與變壓器分列同時運行，互為熱備用；市電失電或柴油發電機組故障時，對應斷路器斷開，聯絡斷路器閉合，由另一電源為所有負荷提供電源。

由于比賽場地照明大規模采用了金屬鹵化物燈，針對金屬鹵化物燈熄弧后再次點燃時間長的特點，場地照明配電也有一些相應考慮。

場地照明配電柜主接線采用單母線.平均分成兩組供電，分別引自變配電室的兩段母線。重大比賽時，場地照明分別由兩個電源供電，這樣當一路電源故障時，在電源轉換過程中，50%場地照明不會熄滅，場地照度可維持在50%，不致于影響比賽繼續進行。利用系統常規設置的有限條件，為日后的重大比賽額外提供一些保障。

4 結束語

我國援外成套項目遍布世界各地，而受援國的發展歷史各不相同，經濟條件參差不齊，電力系統的狀況更是五花八門，導致援外成套項目設計與國內項目有著諸多不同。這就需要設計人員在項目考察階段，深入了解受援國電力系統的現實情況，尊重當地的日常生活、維護、管理及使用習慣，注重中國規范和設計習慣在當地的適應性和適用性，將中國規范與受援國的電力系統特點及用電習慣有機結合起來，切合實際地制定設計方案。

[1]中華人民共和國商務部. 對外援助成套項目施工管理規定（商援發[2008]533號）.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會. DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S]. 北京：中國電力出版社.1997.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. GB12325-2003電能質量供電電壓允許偏差[S]. 北京：中國標準出版社.2003.

[4]中國航空工業規劃設計研究院. 工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.

[5]王建華. 電氣工程師手冊[M]. 北京：機械工業出版社,2006.

[6]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會. GB1208-2006電流互感器 [S]. 北京:中國標準出版社,2007.