廖彬

（廣東南海電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，廣東 佛山 528253）

淺析中低壓配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題

廖彬

（廣東南海電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，廣東 佛山 528253）

中低壓配電網(wǎng)設(shè)計(jì)是涉及多方面、技術(shù)性與規(guī)范性要求較高的復(fù)雜工作。本文圍繞著配電網(wǎng)設(shè)計(jì)原則、配電網(wǎng)接線方式、配電線路短路電流計(jì)算、選擇并聯(lián)低壓電容補(bǔ)償裝置等幾個(gè)關(guān)鍵問題展開討論，并得出結(jié)論。

配電網(wǎng)；配電網(wǎng)原則；接線方式；短路電流；電容補(bǔ)償裝置

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高。供電可靠以及節(jié)能降損與配電網(wǎng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。城市配電網(wǎng)設(shè)計(jì)是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種，主要內(nèi)容包含有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電壓選擇、系統(tǒng)電氣主接線方案、配電方式、配電裝置和系統(tǒng)保護(hù)、接地方式、所址選擇、電力負(fù)荷種類及供電要求、負(fù)荷的分布變化及預(yù)測(cè)、短路計(jì)算、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及計(jì)算等，具有規(guī)范性和技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，要求做到經(jīng)濟(jì)與安全統(tǒng)一，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能。

1 中低壓配電網(wǎng)設(shè)計(jì)原則及其接線方式問題

作為電力系統(tǒng)的末端，配電網(wǎng)直接與用戶連接，是實(shí)現(xiàn)和保障對(duì)用戶供電能力與供電質(zhì)量的終端。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)配電網(wǎng)接線的特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)原則因地制宜選擇合適接線方式進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。接線方式需要遵循適應(yīng)配電自動(dòng)化需要的原則；便于運(yùn)行與維護(hù)檢修的原則；為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能和供電可靠性原則；投資合理、運(yùn)行成本低的原則。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同場(chǎng)合選擇不同的接線方式。

電源接線方式由單電源輻射式接線和環(huán)網(wǎng)接線兩組方式所組成。單電源輻射式接線方式是通過主干路線將單一電源的電能傳輸?shù)蕉鄠€(gè)配電變壓器，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電變壓器供電，這種接線方式呈樹狀，具有結(jié)構(gòu)清晰、投資少、運(yùn)行方便等特點(diǎn)。每條線路一般都是滿載運(yùn)行，不存在負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題，一旦發(fā)生故障就會(huì)全部跳閘，供電可靠性較差，主要用于城郊配電網(wǎng)格。

環(huán)網(wǎng)接線方式分為單環(huán)網(wǎng)接線和雙環(huán)網(wǎng)接線兩種。單環(huán)網(wǎng)的主干線路在其首末兩端都接有電源，任何的負(fù)荷都可以從這兩路電源獲得電能，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)接線。單環(huán)網(wǎng)的主干線路可以是架空線也可以是電纜，一般分為多段，正常情況下一般是從主干線路中間解環(huán)運(yùn)行。但一旦有一側(cè)發(fā)生故障時(shí)，分段開頭迅速運(yùn)作以恢復(fù)非故障段供電。這種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便可靠、建設(shè)周期短的接線方式適用于負(fù)荷密度較低、供電可靠性要求高的配電網(wǎng)絡(luò)。

盡管單環(huán)網(wǎng)有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但如果配電變壓器出現(xiàn)故障，會(huì)損失相當(dāng)?shù)囊徊糠重?fù)荷。而雙環(huán)網(wǎng)接線方式配置了兩回主干路線，各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)配有兩臺(tái)變壓器，帶有母聯(lián)開關(guān)，而且還與不同的電源系統(tǒng)連接。一旦某一段主干線發(fā)生故障，低壓母線開關(guān)就會(huì)合上，確保用戶連續(xù)供電。雙環(huán)網(wǎng)接線一般要求是電纜，與單環(huán)網(wǎng)接線方式相比，同樣接線完善、運(yùn)行靈活，還具有更高的供電可靠性，但投資較高，主干線路和配電變壓器負(fù)載率小，適用于市中心的繁華地區(qū)和一些對(duì)供電可靠性要求極高的用戶配電網(wǎng)絡(luò)[1]。

還有一種雙電源雙T形接線，其主干線路分別接入不同的電源和配電變壓器，這種接線方式供電中斷的可能性只會(huì)發(fā)生在配電變壓器故障，不會(huì)出現(xiàn)在主干線路故障。相對(duì)而言，雙電源雙T形接線比單電源輻射式接線供電可靠性要高。如果增加配電變壓器及低壓母線配置母聯(lián)開關(guān)，變成雙電源雙T形兩變壓器接線方式，供電中斷只能當(dāng)兩臺(tái)配電變壓器同時(shí)故障才會(huì)發(fā)生，其供電可靠性不亞于雙環(huán)網(wǎng)接線方式。

2 配電線路短路電流計(jì)算問題

在供電系統(tǒng)中短路故障往往造成的危害是最大的、也是配電網(wǎng)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問題。對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行短路電流計(jì)算，有助于在設(shè)計(jì)過程中正確選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備，降低短路電流對(duì)電力設(shè)備造成的損壞程度。但在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，并不需要十分精確的短路電流計(jì)算結(jié)果，只需要采用滿足工程設(shè)計(jì)的要求，取近似值便可以解決問題。

以廣州某一110kV變電站為例，進(jìn)行短路電流計(jì)算。假設(shè)配電系統(tǒng)接線圖如圖1所示，其中變電站系統(tǒng)阻抗為0.1833，采用1km的電纜連接，變壓器選用的型號(hào)為S9-M-800kVA/ 10.5,10.5/0.4kV,D,Yn11,Uk=4.5%。

圖1 廣州某變電站配電系統(tǒng)接線路

在中壓配電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算短路電流就必須要了解如變電站的電壓等級(jí)；采用電纜還是架空線連接變電站與配變處、長(zhǎng)度參數(shù)；主變的數(shù)、容量、阻抗電動(dòng)運(yùn)行方式及百分比；110kv系統(tǒng)阻抗標(biāo)么值及系統(tǒng)是否與電廠連接等方面的情況。在圖1中，通過掌握10kV母線短路電流，即可能估算出d2及d3點(diǎn)的短路電流。

10kV母線阻抗標(biāo)么值用X1表示，線路阻抗標(biāo)幺值用X2表示，變壓器阻抗標(biāo)幺值用X3表示，d2點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)短路電流用I2表示，d3點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)短路電流用I3表示，按基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=10.5kV；10kV基準(zhǔn)電流Ij=5.5kA；0.4kV基準(zhǔn)電流，Ij=144.3Ka，電纜計(jì)算按0.08Ω/km電抗。通過計(jì)算可得：

以上計(jì)算非常簡(jiǎn)單，可以利用計(jì)算結(jié)果來對(duì)電纜與開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)，有效地估算出d2、d3兩處的短路電流，有利于在設(shè)計(jì)中正確選用電力設(shè)備。通常情況下變電站10kV母線控制其穩(wěn)態(tài)短路電流在27kA以下，選用高壓開關(guān)短路電流大于27kA動(dòng)作的即可以滿足上述要求。

本工程選擇電纜ZRYJV22-8.7/15kV-3x240mm2，對(duì)其校驗(yàn)：配電站總配變?nèi)萘繛?00kVA，母線側(cè)最大運(yùn)行方式下三相電流為21.5012kA，分別按工作電壓選擇、工作電流選擇、三相短路電流熱穩(wěn)定選擇對(duì)該配電站進(jìn)線進(jìn)行校驗(yàn)，預(yù)選ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜作為總進(jìn)線電纜，令I(lǐng)z=21.5012kA。

按電纜工作的額定電壓選擇可知，電纜額定電壓為8.7/ 15kV，線路額定電壓為6.3/10kV，顯然8.7/15kV≥6.3/10kV，符合要求；按工作電流條件選擇，要求達(dá)到電纜額定電流≥該回路最大持續(xù)工作電流條件。而配電站總進(jìn)線回路的最大工作電流為：Imax=（1.05x800）/（√3x10.5）=46.1A,ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜在環(huán)境溫度25℃、土壤熱阻系數(shù)為2.0時(shí)，埋地敷設(shè)允許載流量為377A。在35℃環(huán)境溫度修正系數(shù)：Kt=0.92；當(dāng)選擇雙電纜并軌，且間距為100mm時(shí)選擇修正系統(tǒng)為Kb=0.9；根據(jù)廣州的地區(qū)土壤條件，設(shè)熱阻系數(shù)為1.2，那么土壤熱阻修正系數(shù)Kp=1.15。根據(jù)以上條件可以求得電纜允許的最磊截流量In為：In=0.9x0.92x1.15x377=358.98A＞46.1A?In＞Imax，符合要求；按熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)就要求所選電纜截面≥電纜最小截面積。由已知條件可知，電纜最大三相短路電流Iz=21.501 2kA，當(dāng)短路切除時(shí)間t取值1.0s，熱穩(wěn)定系數(shù)C取值137時(shí)要求電纜最小截面積:

而電源電纜選ZR-YJV22-8.7/15kV-3x240的截面為240mm2，顯然，240mm2＞152mm2。因此，經(jīng)校驗(yàn)，預(yù)選ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，可以使用。

3 選擇并聯(lián)低壓電容補(bǔ)償裝置問題

配電網(wǎng)電氣設(shè)計(jì)中的并聯(lián)低壓電容補(bǔ)償裝置的選擇與保護(hù)也是比較突出的問題，變壓器和線路上的功率因素得到低壓電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，作用是非常顯著的。一般情況下，選擇并聯(lián)低壓電容補(bǔ)償裝置應(yīng)當(dāng)從可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)角度進(jìn)行考慮。

從可靠性方面來看，三角形接法的優(yōu)勢(shì)在于出現(xiàn)某相斷線時(shí)，斷相還可以得到補(bǔ)償，這是星形接法做不到的；從經(jīng)濟(jì)性方面來看，選擇電容量C大小一致的電容器，三角形接法的補(bǔ)償容量是QC=3U2NωC（其中UN表示低壓網(wǎng)絡(luò)額定電壓），是星形接法補(bǔ)償量的3倍[2]。因此，無論從可靠性還是從經(jīng)濟(jì)性來看，并聯(lián)低壓電容補(bǔ)償裝置采用三角形接法明顯是優(yōu)于星形接法。

根據(jù)《10KV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50053-94）的相關(guān)規(guī)范，要求電容器補(bǔ)償裝置的開關(guān)及導(dǎo)線的長(zhǎng)期允許電流不應(yīng)小于電容器額定電流的1.5倍。令電容器的無功補(bǔ)償量為QC，那么計(jì)算長(zhǎng)期允許的電流I應(yīng)當(dāng)滿足：

在確定變壓器容量、電容器補(bǔ)償量后，由3-1式可以計(jì)算得到電容器補(bǔ)償裝置的開頭框架電流值以及導(dǎo)線長(zhǎng)期允許的電流值。

4 結(jié)論

配電網(wǎng)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及的問題遠(yuǎn)不止以上幾點(diǎn)。從目前的趨勢(shì)來看，設(shè)計(jì)要求越來越細(xì)化，經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則越來越突出，這就需要廣大電氣工程師在設(shè)計(jì)實(shí)踐中不斷創(chuàng)新，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的電能。

[1]胡立新,張運(yùn)貴.中壓配電網(wǎng)接線方式分析和組網(wǎng)原則[J].湖北電力，2005(12):5.

[2]李云.配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2011.

廖彬（1986.9—），男，壯族，廣東清遠(yuǎn)人，學(xué)士，助工，主要從事配網(wǎng)電力設(shè)計(jì)。

U665

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1003-5168(2014)03-0066-02