住宅小區(qū)10/0.4kV配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

廣東集明電力工程有限公司 周桂云

1 引言

由于我國(guó)人口基數(shù)大，城市的電力需求相應(yīng)也大，但是目前的供配電系統(tǒng)并沒(méi)有達(dá)到足夠的供電能力，并且存在著一些問(wèn)題，如線路老化、設(shè)備陳舊等。為了解決這些問(wèn)題，需要對(duì)居民小區(qū)進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，從而使其滿足現(xiàn)代化用電負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2 10/0．4kV配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 配電系統(tǒng)組成

配電系統(tǒng)的主要功能是將電力能源的電能進(jìn)行合理的分配和輸送，并通過(guò)各種形式的轉(zhuǎn)換和傳遞，將其安全、可靠的傳輸?shù)接秒妴挝?。在?shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電氣主干線與變壓器的連接方式有兩種，一種是電纜，而另外一種則為暗敷。其中，高壓的線路通常采用暗敷的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而低壓的主干導(dǎo)線一般選用銅芯。10/0.4kV的配電系統(tǒng)主要是由變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備和無(wú)功補(bǔ)償裝置組成的電氣主接線，其供電的可靠性和靈活性較高，可以根據(jù)負(fù)荷的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)整。在變電站中，電壓等級(jí)為3～5kV的變電所，其低壓側(cè)一般設(shè)置有自動(dòng)控制及保護(hù)電器，以保證電力的安全運(yùn)行。而在10kV的變配電系統(tǒng)中，由于是三級(jí)電路，所以需要將一級(jí)進(jìn)線、二級(jí)出線以及繼保器等與總的電源線路相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的管理與維護(hù)[1]。

2.2 10kV主接線的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于10kV的主接線，其不僅要滿足電能的輸送要求，還必須具備一定的節(jié)能作用，并且還要考慮到經(jīng)濟(jì)的合理性，同時(shí)還應(yīng)具備操作的便捷性，減少占地面積，節(jié)約成本。另外在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，做到資源的有效利用。在本次設(shè)計(jì)中，選擇的是10kV的架空線，其具有以下特點(diǎn)：一是可靠性高。供電質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)，能確保人身生命財(cái)產(chǎn)不受損壞。二是靈活性強(qiáng)。由于所選的設(shè)備可以方便地調(diào)節(jié)電壓，所以能夠根據(jù)不同的季節(jié)提供不一樣的電量需求。三是經(jīng)濟(jì)性好。因?yàn)樗x的電線規(guī)格較小，因此節(jié)約了成本，減少了投資，同時(shí)也提高了用戶的檔次，這也是對(duì)資源的有效利用，對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。四是安全性高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮到一些突發(fā)情況，比如火災(zāi)，水災(zāi)等[2]。

2.3 變壓器

變壓器的容量是影響供電可靠性的主要因素，在選擇變壓器的型號(hào)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析。一是變壓器的額定電壓。二是變壓器的安裝位置。由于小區(qū)的負(fù)荷比較小，所以在施工過(guò)程中應(yīng)選用兩臺(tái)主變，低壓側(cè)采用單相三套的方式來(lái)滿足用電的需求；而對(duì)于其他的用電設(shè)備，則應(yīng)選用三相五線制的形式來(lái)保證其安全可靠。三是變壓器的繞組數(shù)。為了便于管理，可以將三相間的絕緣的匝數(shù)減少到最小的數(shù)量級(jí)，這樣就會(huì)減少占地面積。同時(shí)，還要考慮到經(jīng)濟(jì)性，一般不選用一次側(cè)繞組的方式；而如果是大中型的變電站，則需要增加一組二次引接的裝置來(lái)提高整體的利用率。

2.4 配電主電源

一般情況下，采用配電網(wǎng)的電源是由變壓器來(lái)提供的；而在變電站中，其可以用其他的能源提供給用戶，如電能的供應(yīng)、升壓的設(shè)備和用電的電壓等。一是變電所的主接線。主接線的基本方式有兩種：?jiǎn)文妇€分段方式和雙母線連接方法，單母線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，但是出線斷路器數(shù)量多，使得操作的復(fù)雜性增加，而且當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的供電質(zhì)量，所以在實(shí)際的工程中，通常都是使用雙母線路的連接模式。二是無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆桨?。無(wú)功功率的大小是由其容量的高低決定的；而電容器的容量則取決于其對(duì)諧振的吸收能力。因此，在無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，應(yīng)考慮到負(fù)荷的變化對(duì)裝置的要求，以及運(yùn)行的穩(wěn)定性等因素，并且要保證投入工頻比的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。

2.5 配電主電路

主回路：由高壓設(shè)備開關(guān)、低壓斷路器、隔離開關(guān)等電氣線路組成。變壓器：其主要功能是將電力轉(zhuǎn)換為不同的電壓和功率的電能；并將變電所的交流電通過(guò)降壓變頻調(diào)壓后，再分配到各個(gè)用電單元。母線：其作用是連接電源的配電線，與負(fù)荷之間的導(dǎo)線截面的選擇要滿足供電可靠性的要求；并且在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量減少電纜的使用數(shù)量，以提高安全性。斷路器：其功能是切斷短時(shí)停電的電流和流過(guò)小的短路電流，使電路導(dǎo)通，從而保證安全的工作或進(jìn)行檢修?；ジ衅鳎夯ジ衅鞯姆N類有交流式和單相式兩種類型。主電路圖的形式不僅僅涉及線路的溝通使用，還將多角度影響后續(xù)配電的內(nèi)容，例如將影響配電裝置的布局、供電的可靠性，在完成供電的可行性之外，還能夠影響在不同規(guī)模供電運(yùn)行的靈活性以及二次接線、繼電保護(hù)等問(wèn)題。因?yàn)樯衔囊颜f(shuō)過(guò)了母線的存在作用，而典型的電氣主電路圖可分為有母線和無(wú)母線兩種形式，有母線主電路圖主要包括單母線接線和雙母線接線方式；無(wú)母線主要有橋形接線等方式[3]。

3 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與需要注意的問(wèn)題

3.1 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體流程有待完善

在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮以下幾個(gè)方面：一是供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須符合國(guó)家的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。二是供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保供電的可靠性和安全性，而且還需要具有經(jīng)濟(jì)性。三是在進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境來(lái)決定，而對(duì)于一些比較重要的電氣設(shè)備的選擇，則必須采用節(jié)能型的產(chǎn)品，對(duì)一些沒(méi)有特殊要求的電力負(fù)荷，則盡可能地選用無(wú)功補(bǔ)償裝置。四是在對(duì)變電站的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)確定時(shí)，應(yīng)考慮到變電站的未來(lái)發(fā)展，以及電網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，并結(jié)合工程的規(guī)模來(lái)確定。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)以上方面考慮不夠全面，造成了資源的浪費(fèi)以及不合理應(yīng)用，增加了配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及使用的成本。

3.2 配電系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，需要對(duì)小區(qū)的用電量進(jìn)行一個(gè)大概的計(jì)算和分析，然后再來(lái)對(duì)小區(qū)的用電情況做出一個(gè)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。對(duì)于住宅小區(qū)而言，電力供應(yīng)主要指居民的日常使用功率，包括照明、消防、熱水等方面的用電。因此，要想準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出住宅小區(qū)內(nèi)的電氣需求量，就必須先了解住宅小區(qū)內(nèi)的具體負(fù)荷，并且要有針對(duì)性地去預(yù)測(cè)。但在實(shí)際的負(fù)荷預(yù)測(cè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)與使用、技術(shù)手段的應(yīng)用以及數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)的操作不夠合理，使得配電系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，影響了電力系統(tǒng)供電方案的選擇以及供配電的設(shè)計(jì)。

3.3 配電系統(tǒng)的可靠性有待提高

可靠性是配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的方面。如在進(jìn)行配電線路的選擇時(shí)，首先要考慮到的是供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際的工程中，都是根據(jù)用戶的用電量來(lái)確定的，而對(duì)于一些用電量較大的地區(qū)或城市，則需要采用雙回路的方式來(lái)滿足要求。同時(shí)，在變壓器的容量及型號(hào)的選擇方面，由于住宅小區(qū)的用電量大，為了確保住宅小區(qū)的安全可靠，必須對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)劃與建設(shè)，因此對(duì)其的電氣設(shè)備的選型就顯得尤為重要。而變電站的主接線的設(shè)計(jì)，主要是以高壓開關(guān)的主接線的形式為依據(jù)的，而低壓側(cè)的主接線的設(shè)計(jì)則是以低壓側(cè)的電源進(jìn)線為主，并且通過(guò)各個(gè)斷路器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種綜合的接線圖。

3.4 線路選擇以及布置方式有待優(yōu)化

在配電系統(tǒng)選擇以及布置方式方面，由于住宅小區(qū)的各個(gè)房間內(nèi)有較多電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)對(duì)整個(gè)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，而在實(shí)際的供電過(guò)程中，變配電所的負(fù)荷容量較大，同時(shí)對(duì)于高壓的電纜來(lái)說(shuō)，其電壓的等級(jí)相對(duì)比較低，但是其絕緣能力強(qiáng)，而低壓的電纜則要選用銅芯線來(lái)作為傳輸?shù)耐ǖ酪约斑B接的介質(zhì)等。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到不同的環(huán)境因素，如天氣的變化、溫度的升高、電磁干擾等，同時(shí)還要注意導(dǎo)線與接頭之間的距離等問(wèn)題。此外，還應(yīng)盡量避免出現(xiàn)交叉的情況發(fā)生，這樣才能使輸電線的質(zhì)量得到有效的提高與減少。但在實(shí)際的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，部分設(shè)計(jì)人員對(duì)線路選擇以及變配電所的布置方式有待優(yōu)化，從而影響了配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。

4 如何對(duì)住宅小區(qū)的配電系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)

4.1 完善住宅小區(qū)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

小區(qū)配電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，其包含了多種多樣的電氣設(shè)備，包括各種開關(guān)電器、電力電纜和相應(yīng)的低壓控制柜等，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到安全可靠性。

例如，在小區(qū)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行方案設(shè)計(jì)：一是根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)和用電的情況來(lái)確定變壓器的容量和臺(tái)數(shù)。二是在滿足供電可靠的前提下，選擇合適的短路點(diǎn)，避免線路發(fā)生故障時(shí)造成過(guò)多的損失，同時(shí)也要注意環(huán)境的因素，盡量不影響到居民的生活質(zhì)量。三是合理布置主接線，使其與電源進(jìn)線相互配合，以減少電量浪費(fèi)。要做到節(jié)約有色金屬，不破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境以及人身的財(cái)產(chǎn)不受損壞。四是做好短路計(jì)算，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，當(dāng)斷開導(dǎo)線或沒(méi)有足夠的裕度，應(yīng)通過(guò)切換帶載流導(dǎo)體，將其安放在斷路器的出口或架空線的一部分上。

4.2 加強(qiáng)對(duì)負(fù)荷量的預(yù)測(cè)以及硬件選型水平

在進(jìn)行小區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)小區(qū)的實(shí)際情況來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集和傳輸，同時(shí)還要對(duì)小區(qū)的用電量和用電負(fù)荷量等相關(guān)參數(shù)做出合理的計(jì)算與分析，從而為以后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在對(duì)小區(qū)的電氣主接線的設(shè)計(jì)中，要考慮到小區(qū)的具體位置，以及住戶的生活習(xí)慣，要充分的了解各個(gè)用戶的需求等，這樣才能使整個(gè)工程的設(shè)計(jì)方案更加完善、科學(xué)。

一是高低壓配電系統(tǒng)的選擇在小區(qū)中，低電壓的電氣設(shè)備的數(shù)量是最多的供電電源，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用高功率的高壓電器，而高負(fù)荷的工作條件下，應(yīng)選用低電流的電纜來(lái)進(jìn)行連接，從而減少導(dǎo)線的使用量，降低線路損耗，提高電能質(zhì)量。二是變電站的確定與變電所的布置根據(jù)變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，以及主接線方案的原則下，可以將變電所的主接線方式分為單母線、雙母線及單母線及雙回路。其中，雙母線及單回路是指同一個(gè)斷路器的兩組開關(guān)，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，另一組的斷路器可使其退出運(yùn)行。而多組饋出線可靈活的適用于小范圍的配電網(wǎng)中，滿足遠(yuǎn)距離的電力傳輸要求。

4.3 依據(jù)系統(tǒng)要求合理設(shè)計(jì)配電參數(shù)

為了滿足供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)配電參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。如配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求包括：配電變壓器的容量應(yīng)大于或等于負(fù)荷總規(guī)模的60%以上，并要保證在任何情況下都能可靠的工作；低壓進(jìn)線的電壓應(yīng)不高于高壓開關(guān)的額定功率的70%以下，且不應(yīng)低于其回路的最大持續(xù)運(yùn)行壓力的75%；低壓斷路器、隔離開關(guān)等電器設(shè)備的數(shù)量應(yīng)不少于4臺(tái)，并要保持正常的狀態(tài)在絕緣水平。

例如，根據(jù)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)，小區(qū)10kV的供配電線路的主接線方式應(yīng)采用單母線接法，即從電源進(jìn)線上至每一個(gè)母線上，然后再?gòu)钠渲羞M(jìn)行分段，這樣可以減少停電的時(shí)間和提高對(duì)用戶的安全程度，同時(shí)也方便以后的擴(kuò)建和改建。對(duì)于單母線接法的不足之處是，如果某段母線發(fā)生故障時(shí)，斷路器的切除能力較差，造成該段的所有斷路器全部失去作用，從而導(dǎo)致整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的停止運(yùn)作。所以，當(dāng)某一路出現(xiàn)異常情況時(shí)，不會(huì)影響到其他支路的檢修或者繼續(xù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中斷。

4.4 增加對(duì)電氣量的計(jì)算與分析

電氣量是指用電設(shè)備的額定電壓。其是由電流、有功功率和視在的數(shù)值共同決定的，一般情況下，人們稱其為“負(fù)載”，也就是用電的負(fù)荷量，但不一定適用于所有的用電量，因?yàn)槠渲贿m用于所連接的電氣元件的最大工作范圍內(nèi)。因此，為了保證配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性，需要加強(qiáng)對(duì)電氣量的計(jì)算與分析，從而為配電系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

例如，配電線路的電氣量包括：供電回路的斷路器、隔離開關(guān)、架空線和電纜的接頭。低壓配電線的電氣量主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：一是電源的容量。根據(jù)用戶的實(shí)際需要，對(duì)變壓器的供油側(cè)進(jìn)行改造，使其能夠滿足不同的使用要求。同時(shí)，要考慮到未來(lái)的發(fā)展需求，在不影響電力供應(yīng)的前提下，對(duì)高壓線路的供水量進(jìn)一步增加。二是短路的概率。當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，由于故障的阻抗比正常的大，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的危害性，所以必須要設(shè)置保護(hù)裝置。而當(dāng)短路點(diǎn)靠近時(shí)就會(huì)有較大的可能性損壞整個(gè)電網(wǎng)。通過(guò)對(duì)電氣量的計(jì)算與分析，可以得出配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模以及線路輪廓，從而進(jìn)一步深入開展配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4.5 綜合考慮故障或檢修等因素進(jìn)行線路設(shè)計(jì)

當(dāng)配電系統(tǒng)中的低壓開關(guān)和高壓熔斷器等設(shè)備發(fā)生故障或檢修時(shí)，可以將其斷開，使其能夠接通或切斷電源，這樣就能使電路中的電流通過(guò)，從而達(dá)到保護(hù)的作用；當(dāng)線路的電壓超過(guò)了額定值時(shí)，則可停止運(yùn)行，并發(fā)出信號(hào)，以表示該回路的工作情況。

例如，在進(jìn)行變電站電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是在選擇主變壓器的型號(hào)時(shí)要考慮其可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。二是在確定主接線的形式及出線的數(shù)目后，應(yīng)盡快地切除短路器，并采取措施，防止對(duì)人身安全造成傷害。三是對(duì)于可能會(huì)出現(xiàn)的事故和不正常的操作方式，要做到迅速響應(yīng)，避免對(duì)電力的損害和破壞。同時(shí)，要做好日常的維護(hù)，防患于未然。如果有必要，還應(yīng)設(shè)置緊急的應(yīng)急處理機(jī)制，如停電時(shí)可立即啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，以免影響其他用電。

4.6 針對(duì)突發(fā)情況設(shè)置合理的應(yīng)對(duì)措施

在實(shí)際的配電系統(tǒng)使用過(guò)程中，會(huì)受到線路老化、操作不當(dāng)以及環(huán)境因素等內(nèi)外部的影響因素，容易出現(xiàn)線路短路等突發(fā)情況。因此，需要針對(duì)過(guò)載等突發(fā)情況制定合理的應(yīng)對(duì)策略，從而提升配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性與安全性。

例如，過(guò)載是指電氣設(shè)備或?qū)Ь€在正常工作的時(shí)候，出現(xiàn)的電流超過(guò)額定的值而造成的線路短路。具體原因有以下幾方面：一是當(dāng)電力負(fù)荷較大時(shí)，如果沒(méi)有裝設(shè)限流裝置，就會(huì)導(dǎo)致斷路器的損壞，當(dāng)供電系統(tǒng)中的其他元件發(fā)生故障時(shí)，由于負(fù)載的限制和電壓的降低等原因，使電路中的電流不能通過(guò)，從而引起短路。二是當(dāng)電源的分配電容的容量過(guò)大，或者是用電的地方接地的電阻太大，都會(huì)使其產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象，還有一種情況就是，因?yàn)檩旊姷淖冸娬镜碾娋€規(guī)格太大，所以在其連接的線頭處，也可能存在接地的問(wèn)題等。當(dāng)單路出現(xiàn)停電故障的時(shí)候，內(nèi)部高壓主進(jìn)設(shè)備單路故障停電，值班人員首先要做到的不是立即通知人員進(jìn)行修改，而是要應(yīng)立即檢查停電側(cè)高壓受電柜，確定已經(jīng)停電，在實(shí)際的操作過(guò)程中值班人員需要將低壓側(cè)主令自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)至手動(dòng)位置。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要是通過(guò)對(duì)住宅小區(qū)0.4kV變電所的電氣設(shè)備進(jìn)行了深入的分析與研究，并根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，對(duì)住宅小區(qū)0.4kV變電所的主接線方案以及短路點(diǎn)、斷路器、隔離開關(guān)等關(guān)鍵的電氣設(shè)施的選擇與校驗(yàn)做出了詳細(xì)的闡述，同時(shí)也介紹了供配電網(wǎng)的基本情況，并結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)目，提出合理的接地方式，從而保證整個(gè)設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。