高校電網規劃設計

葉新旺

摘要：該文以AB大學為例，闡述了以工科和科研為主、以農林學科為輔的大學校園的電網規劃設計。在通過用電負荷等級劃分，用電負荷指標計算和分析，并結合校園建筑使用功能和用電需要系數的基礎上提出了10kV及以下電壓等級的配電網絡規劃。

[關鍵詞]新校區負荷計算配電規劃開閉所配電站自動化

黨的十九大報告提出“加快一流大學和一流學科建設（雙一流）”，中國高等教育進入了新的發展階段。根據國家高等教育政策的調整，擬在東南沿海地區新建一所“雙一流”大學，命名為AB大學。如何在校園建設前期優化用電規劃設計，確保在校園投入使用后具備安全、可靠、合理、經濟和可持續的用電環境是本文要解決的問題。

1用電負荷預測

AB大學校園占地850畝，建筑面積約38萬m2，計劃容納學生總數為12000人。

1.1用電負荷等級劃分

用電負荷等級是根據《教育建筑電氣設計規范》和《電網建筑電氣設計規范》中有關條款的規定，按用電性質和重要程度進行劃分的，分為一級負荷中特別重要的負荷，一級、二級、三級負荷。AB大學校園建設包含綜合樓、圖書館、教學樓、實驗樓、科研樓、國家級科研大樓、文化中心、室內體育館、專家公寓、學生公寓、食堂、醫療服務站和其他附屬用房等，圖書館藏書量按100萬冊以上設計。

一級負荷為：高層建筑的消防、給排水、走道照明、應急照明、電梯、安防系統、電子通訊等用電，圖書館的安防系統和圖書檢索系統用電，科研大樓超低溫培養室用電，國家級科研大樓用電。

二級負荷為：二類高層建筑的消防用電，給排水、通道照明、應急照明、電梯等用電，食堂大樓的主要設備和應急照明用電，公共教室和圖書館閱覽室及主要通道照明用電，圖書館珍惜書本庫照明及空調用電。

三級負荷為：一、二級負荷以下的其他負荷。

1.2用電負荷指標確定

根據AB大學校園設計總平圖和有關技術參數指標，并考慮到用電規劃的安全性、合理性、經濟型、可靠性和可持續性以及用電負荷等級劃分等情況，在用電負荷計算的方法上應準確合理的選用單位面積功率（或負荷密度）和需要系數相結合的方法對校園用電負荷進行計算。同時參照各類用電手冊和圖集的相關數據以及AB大學各學院和各科研院所等所需的相關數據，確定用電負荷指標如表1所列。

1.3用電負荷計算及分析

根據表1的數據，結合AB大學校園建設規模，同時考慮預留未來5-10年對電力負荷的發展預期（變壓器容量預留30%的欲度），進行用電負荷計算。

采用單位面積功率法計算用電負荷，并參照用電手冊中的需要系數取值（如表1），同時功率因素取值為cosψ=0.9，確保高壓側供電質量滿足用電規范要求。在考慮預留遠期電力負荷增長的同時，也要兼顧目前投資節約的經濟性，因此變壓器的負載率確定為β=70%為宜。另外為保證重要負荷供電，按主供負荷變壓器容量25%左右的比例設置保障負荷變壓器容量。根據公式（1）（2）（3）計算結果如表2所示。

Pc—計算負荷（有功功率），kw;

Pe—單位面積功率（負荷密度），W/r';

A—建筑面積，m2

Kx—需要系數

S—變壓器的計算容量，KVA

COSψ—功率因數，COSψ=0.9

Se—變壓器裝機容量，KVA

β—變壓器負載率，β=70%

2電網規劃

由于高校用電的可靠性安全性的要求相對較高，同時還需兼顧投資的經濟性和后期的維護成本。因此，本用電規劃以雙回路10kV高壓電源供電為宜，通過環網柜機械電氣閉鎖開關調整10kV母線I段和母線II段同時工作，互為備用。設置一座10kV開閉所，六座10/0.4kV配電站，總裝機容量為45800kVA，其中包含保障負荷裝機容量8800kVA，共計29臺變壓器。10kV雙回路主接線圖如圖1所示。

2.110kV開閉所設置

根據AB大學校園占地面積、總體規劃、供電半徑以及本文中計算出的用電負荷、裝機容量等，考慮由市電二個不同的110kV變電站同時向AB大學校園開閉所提供10kV電源。10kV電源分別接入開閉所母線I段和II段，母線I段和II段獨立運行，當I段或II段母線停電或故障檢修時，可通過開閉所開關調整互為備用。開閉所按無人值班有人值守和配電網絡自動化設計，選用的開關設備配置智能接口、配置直流電動操作機構和直流電源。

AB大學校園配電網的建設以安全可靠為原則，以開閉所為中心采取放射式的供電方式向校內六個10/0.4kV配電站供電。各配電站采用完全雙電源供電，每個配電站設置保障負荷變壓器，10kV高壓回路進線設置機械電氣閉鎖開關。

2.210/0.4kV配電站設置

10/0.4kV配電站位置的設置，應按校園內建筑組團和建筑功能分區來確定，并控制供電半徑不應大于500米，以有效控制壓降，提高供電質量。對變壓器裝機容量較小的3#、4#配電站考慮將配電站附設于建筑物內，不另外建設配電站建筑物，這樣可接近負荷中心，方便電源進出線和設備的運輸。對變壓器裝機容量較大的1#、2#、5#、6#配電站，宜采用設置獨立配電站，配電站與周邊建筑物的間距要符合防火間距要求和電磁輻射間距要求。

2.3電纜選擇及敷設

根據本規劃的計算負荷和變壓器配置容量，同時參照《中國南方電網城市配電網技術導則》和《10kV及以下業擴受電工程技術導則（試行）》中的規定，本規劃10kV主干電纜選用型號為YJV22-8.7/15KV-3x400mm'，電纜載流量約為610A。為確保高壓電纜的運行安全，市電變電站10kV高壓出線端應安裝負控裝量，該二回路負控裝量的整定電流均暫定為300A。

電纜敷設前應進行必要的試驗。高壓電纜用2500V兆歐表搖測絕緣電阻，阻值一般不應低于400兆歐，低壓電纜用1000V兆歐表搖測絕緣電阻，阻值一般不應低于10兆歐，試驗完成后才可進行敷設。

電纜敷設不采用綜合管廊的方式敷設，擬采用排管直埋敷設或電纜溝敷設的方式，并與給排水，弱電、消防等其他需要敷設的管線同期進行敷設。

電纜管道在穿越道路時應選用鍍鋅鋼管，穿越非道路時可選用環氧樹脂玻璃纖維管;每一回路電纜預留通信管道和電纜備用管各一根;每隔50米至60米設電纜檢查井一座，同時在電纜接頭處、分支處、轉彎處、落差較大處、橫跨街道處也應設置相應電纜檢查井;電纜的彎曲半徑不應大于15D（D為電纜半徑）。

3電網自動化

3.110kV開閉所自動化

10kV開閉所采用電腦監控系統，按照無人值班有人值守設計。在開閉所內設置綜合自動控制屏，通過集中控制自動化系統和環網柜、配電站中的數據傳輸單元，實現對配電站遙測、遙信、遙控、遙調、遙視的功能。開閉所內還設置一臺65Ah/220V高頻開關電源充電裝置和具備數據接口的直流屏，為高壓開關柜和自動化機構等提供操作電源。開閉所內二段母線中計量柜的計量裝置，按照市電計量標準安裝調試，二回路還應裝設負控裝置。

3.210kV環網柜和10/0.4kV配電站自動化

根據配電網絡綜合自動化的要求，10kV高壓設備選型上均應滿足通信協議與南方電網入網許可的監控保護裝置一致的通信協議，還應滿足基于一致通信協議前提下相同接口的DTU裝置（數據傳輸單元）。在10/0.4kV各配電站中還應設置電壓互感器柜，輸出電壓為交流200V，為高壓開關柜操作提供電源。

3.3可視化傳輸

在開閉所和各配電站安裝高清監控探頭，在開閉所值班室內裝設視頻存儲和顯示設備。值守人員可通過自動化系統和可視化監控對各配電站高壓設備遠程操作，實現對配電站的有效管理、負荷切換、整定電流調整等。

4結束語

本文根據AB大學占地面積、總規劃設計和有關用電數據等，分析了各類型建筑的用電負荷指標，提出了用電負荷計算方法和計算過程。同時對完全雙電源10kV供電網絡系統進行較為詳細的闡述，并畫出了主接線圖，提出了供配電網絡綜合自動化的思路，為類似新建大學在用電規劃設計中提供有益參考。

參考文獻

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