某新建小區10 kV供電方案設計選定

陳平

（深圳市達特照明股份有限公司，廣東深圳518000）

某新建小區10 kV供電方案設計選定

陳平

（深圳市達特照明股份有限公司，廣東深圳518000）

小區供電方案的選定非常重要，如果小區供電系統投運后發生故障，將會影響整個住宅小區的供電，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、可靠性和經濟性等方面考慮。從施工者角度出發，針對小區配電系統的主接線設計，短路電流計算，主要電氣設備型號和參數的確定，電氣設備的動熱穩定校驗，無功補償裝置配置等方面，詳細論證小區的供電方案，以期為相關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，我國城市化發展進程加快，房地產行業蓬勃發展，大量住宅小區建設完成，供電量隨之不斷增長，負荷密度隨之提高，對供電質量和可靠性的要求也逐漸提高。

本文以某新建住宅小區10 kV供電方案設計選定為例，從小區負荷計算、供電方式、高壓設備選擇、低壓系統電壓、無功補償、電能計量這幾個方面分析了供電設計方案的選定情況。某新建小區占地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、物業用房），總戶數771戶，是典型的高容積率小區。在供電局批準的供電方案中，小區只允許1條10 kV線路供電從附近10 kV開關箱接入，同時，為了保證市區供電的可靠性，供電部門同期負責從外部擴建這條10 kV供電線路，將這路電源的外部10 kV供電線路環網，從而為該小區供電可靠性提供保障。

1 負荷計算

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、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展。但由于各省各地區經濟發展不平衡，各地用電量差別較大。為了滿足居民用電需求，各地區電網基本都對轄區家庭用電量作出統一規定。表1為中國南方電網公司（包括廣東、廣西、云南、貴州、海南等5省區）《中國南方電網城市配電網技術導則》中對城市住宅、商業和辦公用電負荷計算作出的規定。

表1 城市住宅、商業和辦公用電負荷計算的相關規定

因為住宅小區內的居民作息時間不同，家庭用電設備配備不同，配電房變壓器選取用電需要負荷系數也不同。供電局根據本地區居民用電負荷調查和供電設備的運行狀況，同時，參考廣東其他城市需要系數的選擇情況，確定該地區居民住宅用電需要系數綜合選取0.45，電梯用電負荷需要系數選取0.5，公共負荷（不含電梯）用電負荷需要系數選取0.8.暫不考慮變壓器的經濟運行系數。小區用電負荷的具體情況（消防泵負荷不計入總容量）如表2所示。

表2 小區用電負荷具體情況

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

所以，總負荷為：

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，取值0.85；cosφ2為寫字樓、商場功率因數，取值0.8；cosφ3為電梯、公共設施用電功率因數，取值0.8.

2 供電方式

2.1 負荷分類

該小區占地面積比較小，居住戶數不多，包含高層普通住宅、商鋪、車庫和部分公用設施，根據分類只屬于規定的三級級負荷，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、消防設施自備應急電源，但應急電源與工作電源之間必須采取相應的措施，防止并列運行對10 kV供電網絡造成影響，發生反送電事故。

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

2.2 主接線方式

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

在實際工作中，對主接線提出的基本要求是，安全性、可靠性、靈活性和經濟性。通常情況下，單母線不分段結線有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。根據供電主接線的設計原則，按照小區的負荷類型，可以確定該住宅小區的主接線方式，即高壓側為單母線，低壓側為單母線分段，相鄰變壓器的低壓干線之間裝設聯絡開關，以小區配電房為中心向周邊區采用電纜放射式配電，再由各建筑內低壓電纜分支箱敷設低壓分支線纜至各單元內配電箱。

2.3 配電房設置

開發建設單位應根據該小區的建設規模和用電需求確定配電房建設方案，與小區同時規劃同時建設，并將高低壓電纜走廊等納入小區設計的總體規劃中，與小區內其他管線和設施統籌安排，在小區交付裝修、使用前完成。

小區變壓器和與其相配套的高壓開關柜、低壓配電柜需分開擺放，以實現公用配電房與專用配電房獨立分開、互不連通。小區配電房不應設于地下室，室內標高應高于建筑物室外地面標高0.3 m，并滿足當地50年一遇防洪標準的要求，同時，應采取適當的措施提高配電房地面防水、通風、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靠近小區負荷中心，同時，應考慮設備運輸的便利性，留有消防通道，滿足防火、通風、防潮、防毒、防小動物等要求，不應將其設置于廁所、浴室或其他經常積水場所的正下方和鄰壁。

該小區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、聯絡柜2臺）。

3 主要高壓設備（短路電流）校驗選擇

3.1 短路電流計算

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

小區采用單路電源接入供電，從0.16 km處起，市區電網接入設基準容量Sj＝100 MVA，基本參數選取是：①110 kV系統可以按照變電站110 kV開關斷流容量計算；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側基準電壓Uj1＝10.5 kV；⑥低壓側基準電壓Uj2＝0.4 kV。

在實際工作中，采用標幺制法計算短路電流。

3.1.1 基本值計算

基準容量Sj＝100 MVA，基準電壓Uj1＝10.5 kV，Uj2＝0.4 kV，則：

3.1.2 電抗計算

110 kV系統電抗標幺值為：

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

變電站10 kV出線電纜電抗標幺值為：

由《中國南方電網城市配電網技術導則》可知，10 kV供電半徑B類地區（市區地段）不超過2.5 km，取2 km；單臺10 kV配電變壓器電抗標幺值為：

4臺10 kV配電變壓器電抗標幺值為：

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：

穩態短路電流為：

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）穩態短路電流為：

（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）穩態短路電流為：

（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）點短路電流總電抗為：

（0.4 kV分列運行）穩態短路電流為：

（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：

短路電流計算結果匯總情況如表3所示。

表3 短路電流計算結果匯總表

3.2 高壓設備選擇

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

變壓器高壓側的選擇標準如下。

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

這說明，對于短路電流持續時間，斷路器和隔離開關取4 s，電壓互感器取1 s。

根據以上標準選擇高壓設備，包括高壓開關柜HXGN15-12（ZF.R）、真空負荷開關—熔斷器組合電器FZRN51-12D/T200-31.5 Fuse-63A、真空負荷開關—熔斷器組合電器FZRN51-12D/T630-20、電流互感器LZZB-10Q-75/5A。高壓電器校驗結果如表4所示。

表4 高壓電器校驗的結果

經過校驗發現，原設計方案中電流互感器LZZB-10Q-75/5A不能滿足熱穩定和動穩定條件。經過圖紙會審，向設計單位提出該意見，設計單位重新驗收后同意改為LZZB-10Q-100/5A型電流互感器。

4 低壓系統電壓損失和電壓偏差檢驗

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

《電能質量供電電壓允許偏差》（GB 12325－90）規定，在電力系統正常運行的情況下，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%.中國南網電網公司《中國南方電網城市配電網技術導則》中提出，供電半徑宜控制在以下范圍內：A類供電區為150 m；B類供電區為250 m；C類供電區為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%.

按照設計方案選擇電纜和導線截面，當供電半徑在340 m范圍內時，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為感性用電負荷（空調、冰箱、電磁爐、電熱水器、電飯煲等），自然功率因素較低，一般負荷計算時取0.8（實際使用中低于0.8），而在計算負荷和變壓器容量時，是按照功率因數為0.9考慮的。如果不加裝無功補償裝置，則計算出的實際負荷和變壓器容量將增大，電纜、電線和其他設備的載流量也需增大，相應的投資增大，電網的損耗也將增大，因此，小區供電方案中必須增加無功補償裝置（目前，本地區對于100 kVA以上的負荷基本都增加無功補償裝置）。

該小區所建的是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電容器裝置，在每段低壓母線單獨設置1面無功補償屏，補償后要求低壓側功率因數大于0.9.根據中國南網電網公司《中國南方電網城市配電網技術導則》中對低壓配電網的規定，變壓器配置的電容器容量應根據負荷性質確定，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 結束語

隨著科學技術的發展，供配電系統中的新技術、新產品也不斷出現。在規劃、設計小區的供電系統時，要以技術先進、使用可靠、經濟合理為原則，在規劃設計中留有一定裕量，以備后期負荷增加，同時，要盡量采用典型標準設計方案和通用設備。作為工程施工技術人員，也應在工程建設中不斷提高技術水平，積極參與工程設計方案的選定，不斷優化住宅小區供電方案，提高住宅小區電力建設質量，為住宅小區用電提供安全、穩定、可靠、優質的服務。

［1］中國建筑東北設計研究院.JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］中機中電設計研究院有限公司.GB 50054—2011低壓配電設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［3］中國機械工業聯合會.GB 50052—2009供配電系統設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

［4］中華人民共和國機械工業部.GB 50053—94 10 kV及以下變電所設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，1994.

［5］中國南方電網有限責任公司.Q/CSG 1 0012—2005中國南方電網城市配電網技術導則［S］.北京：中國廣播電視出版社，2006.

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

［7］譚金超，譚學知，謝曉丹.10 kV配電工程設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［8］任元會.工業與民用配電設計手冊［M］.第三版.北京：中國電力出版社，2005.

［9］建設部工程質量安全監督與行業發展司.全國民用建筑工程設計技術措施—節能專篇電氣［M］.北京：中國計劃出版社，2007.

〔編輯：白潔〕

TM727.2

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.018

2095－6835（2017）16－0018－05