劉 燕，戴婉佳

（常熟理工學(xué)院 電氣與自動化工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展,新建住宅小區(qū)不斷增多，民用大功率、高耗電量的電器被廣泛使用.住宅小區(qū)變配電所承擔(dān)著用戶電能的供應(yīng)和分配任務(wù)，其供電設(shè)計質(zhì)量關(guān)系到居民日常生活用電的安全、可靠與經(jīng)濟，對于提高小區(qū)居民的生活質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用.

琴鳴雅苑住宅小區(qū)地處常熟市沙家浜路與海虞南路交匯點向東200 m處，總建筑面積為117 274.2 m2，小區(qū)所有計算容積率的建筑面積約為77 768.6 m2，由住宅部分與公共建筑部分共同組成.其中住宅建筑面積為75 924.22 m2，住宅區(qū)配套公共建筑面積為1 844.38 m2.小區(qū)有22幢多層住戶樓，同時又有社區(qū)服務(wù)、電梯、消防、地下車庫等公共建筑設(shè)施.小區(qū)由雙電源供電，第一路電源由110 kV荷花變10 kV新出線供電；第二路電源由220 kV琴川變10 kV新出線供電.每路進線至小區(qū)入口前均設(shè)置一臺環(huán)網(wǎng)箱.兩路電源各承擔(dān)小區(qū)一半供電任務(wù)，互為備用電源，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時，另一路電源能立刻進行供電.

為了保證小區(qū)居民的用電質(zhì)量，該小區(qū)將設(shè)置一所獨立10 kV開閉所，兩座10 kV變配電室來滿足整個小區(qū)的供電需求.根據(jù)《江蘇省電力公司新建居住區(qū)供配電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》《居住區(qū)供配電設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》《35 kV及以下客戶端配電室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》等設(shè)計規(guī)范要求,小區(qū)變配電所設(shè)計需要分別完成小區(qū)負(fù)荷計算、電氣主接線的設(shè)計以及小區(qū)綜合監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)計內(nèi)容.

1 住宅小區(qū)負(fù)荷計算與變壓器的選擇

1.1 負(fù)荷計算

1.1.1 住宅部分的負(fù)荷

小區(qū)住宅部分建筑面積在120 ～150 m2住戶共299戶，每戶用電容量按12 kW配置.建筑面積在150～200 m2住戶共192戶，每戶用電容量按16 kW配置.住宅用電總?cè)萘繛?99×12+192×16=6 660 kW.

1.1.2 公共建筑部分的負(fù)荷

（1）雙電源供電區(qū)域：樓道公共動力、消控中心、電信機房、廣電機房、生活水泵房、消防泵房、人防分區(qū)、車庫防火分區(qū)，總用電容量約2 750 kW.

（2）單電源供電區(qū)域：物業(yè)用房、養(yǎng)老用房、社區(qū)用房、東（西）門衛(wèi)、景觀照明、亮化照明用電設(shè)備，用電容量約250 kW.預(yù)留電動汽車充電樁96個，每個用電容量7 kW，共計672 kW.預(yù)留電瓶車充電樁510個，每個用電容量0.3 kW，共計153 kW.

1.2 供電負(fù)荷分配

開閉所的供電區(qū)域為：1～3#樓、8～10#樓、15～16#樓、20#樓住宅及公用、26#樓物業(yè)用房、社區(qū)用房、養(yǎng)老用房、消防泵房、消控中心、電信、廣電、景觀照明、亮化照明等負(fù)荷.

1#變配電室供電區(qū)域為：5～7#樓、11～12#樓、17#樓、21#樓住宅及公用、門衛(wèi)一、部分車庫防火分區(qū)、部分人防區(qū)域、部分充電樁等負(fù)荷.

2#變配電室供電區(qū)域為：18～19#樓、22～23#樓、25#樓住宅及公用、生活水泵房、門衛(wèi)二、部分車庫防火分區(qū)、部分人防區(qū)域、部分充電樁等負(fù)荷.

1.3 負(fù)荷計算

（1）補償前負(fù)荷計算數(shù)據(jù)

根據(jù)《江蘇省電力公司新建居住區(qū)供配電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》，負(fù)荷計算時住宅配置系數(shù)取0.5；公用配置系數(shù)取0.8；電動汽車充電樁配置系數(shù)取0.3；電瓶車充電樁配置系數(shù)取1.

經(jīng)過計算可得整個小區(qū)總的配置容量為：

（2）無功補償容量的確定

琴鳴雅苑住宅小區(qū)補償前功率因數(shù)為0.88.為了使功率因素不低于0.9，且同時需要考慮因功率因數(shù)調(diào)整而變化的電費標(biāo)準(zhǔn)，故補償后功率因數(shù)取0.93，則無功補償?shù)挠嬎闳萘繛?/p>

選擇在低壓側(cè)進行集中補償，同時能夠減少變壓器的視在功率，從而減少變壓器的容量.

以開閉所的無功功率補償為例，補償分為兩組，每組6路共補和8路分補，共補補償6×15 = 90 kvar，分補補償8×5 = 40 kvar.同理可得另外兩座變配電室的無功功率補償.開閉所加變配電室共8組，合計實際補償1 040 kvar.

（3）補償后的計算數(shù)據(jù)

補償后變壓器低壓側(cè)計算負(fù)荷：

電容器的共補和分補如圖1所示.

圖1 電容器的共補和分補

（4）變壓器容量的確定

由于該小區(qū)集中負(fù)荷較大，按照《20 kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》的要求，兩條主供電源都采用2臺變壓器，即小區(qū)開閉所裝載4臺變壓器，兩座變配電室分別裝載2臺變壓器，共8臺變壓器.根據(jù)負(fù)荷計算結(jié)果可知變壓器容量選擇800 kVA為宜，小區(qū)變壓器臺數(shù)共計8臺.

綜合變壓器的性能、小區(qū)周邊環(huán)境條件、連接組別和短路阻抗等多個方面進行考慮后，決定選用SCB干式變壓器，連接組別D，yn11，變比10.5±2×2.5/0.4 kV，短路阻抗為6%.

2 琴鳴雅苑住宅小區(qū)電氣主接線設(shè)計

由電源接入系統(tǒng)可知，該小區(qū)由兩路10 kV電源進線，建設(shè)一個開閉所和兩座變配電室.經(jīng)技術(shù)比較確定開閉所、變配電室高低壓側(cè)均采用單母線分段接線的方式，主接線如圖2所示.開閉所由2回進線、6回出線、4臺主變、2臺PT柜及2臺分段柜組成.10 kV側(cè)選用16臺鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜.從開閉所的4條饋線各分兩路作為電源引線到兩個變配電室，分別給變配電室供電.每個變配電室也是兩路電源進線、單母線分段的接線方式.

圖2 琴鳴雅苑住宅小區(qū)主接線圖

變壓器低壓側(cè)也采用單母線分段的接線方式，通過斷路器將線路分成多個獨立的線段，以提高供電的穩(wěn)定性和可靠性.此處以開閉所的1#變、2#變?yōu)槔诰€路正常工作時母線分段斷路器斷開，當(dāng)其中一臺變壓器出現(xiàn)故障時，就會立刻采用三鎖兩鑰匙的方式，將故障變壓器側(cè)斷開，母線分段斷路器閉合，由正常的變壓器帶起兩段母線的負(fù)荷[1]，主接線圖如圖3所示.

圖3 開閉所低壓側(cè)接線圖

由圖2可知該住宅小區(qū)電源是由電纜引入的架空線路，在線路終端靠近電纜頭的地方裝設(shè)了避雷器.同時，在變配電所每段母線上都裝設(shè)了一組避雷器.在變壓器低壓側(cè)都裝設(shè)有一組浪涌保護器，在遭遇雷擊或者人為操作過電壓時用來保護電器，同時還能避免涌流危害.

變壓器出線柜采用的是負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合形式.當(dāng)變壓器短路時熔斷一相二相跳三相，直接在一次側(cè)就完成了對變壓器的保護，這樣的保護方式是實際設(shè)計案例中比較經(jīng)典的，相比斷路器柜更加經(jīng)濟[2].到兩所變配電室的出線柜，則安裝了斷路器進行線路保護.斷路器柜有就地和遠(yuǎn)方兩種模式，可以進行遠(yuǎn)端操作[3].

琴鳴雅苑住宅小區(qū)10 kV電氣部分的設(shè)計中所涉及的高壓電器主要有高壓斷路器、電壓互感器、電流互感器等，選用鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜.高壓側(cè)主要設(shè)備的型號如表1所示.

表1 琴鳴雅苑住宅小區(qū)高壓一次設(shè)備型號表

3 小區(qū)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

小區(qū)還裝載了DTU柜，完成對進出線路中電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集和運算，實現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電.同時開閉所或變配電室按照配網(wǎng)自動化設(shè)計，裝設(shè)DTU柜一個，綜合監(jiān)控柜一個，開閉所或配電室內(nèi)安裝視頻探頭，按區(qū)域設(shè)置視頻探頭主機.開閉所或配電室的門設(shè)行程開關(guān)，其位置接入DTU.站內(nèi)所有煙感探測器動作接點接入DTU，如圖4所示.

圖4 接入DTU的信息

小區(qū)設(shè)有綜合監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控主機在開閉所、兩個配電所各裝一個，分別接入照明系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)攝像、空調(diào)、門禁系統(tǒng)，同時對水位、煙霧、SF6氣體、開關(guān)位置狀態(tài)信息進行監(jiān)控.通過數(shù)據(jù)信息交換機經(jīng)由專門的光纖網(wǎng)傳輸至供電公司小區(qū)系統(tǒng)監(jiān)控后臺服務(wù)器，從而實現(xiàn)無人監(jiān)控，大大減少了對人力的需求.圖5為小區(qū)綜合監(jiān)控系統(tǒng).

圖5 小區(qū)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

4 結(jié)束語

現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展和用電量需求的急劇增加，使人們對現(xiàn)代住宅小區(qū)供電可靠性和安全性提出了新的要求[4].小區(qū)電氣一次系統(tǒng)的計算系數(shù)以及配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的監(jiān)視、管理和控制，均納入現(xiàn)代小區(qū)供配電設(shè)計質(zhì)量范疇[5].本文通過琴鳴雅苑住宅小區(qū)供電設(shè)計實例，對小區(qū)用電負(fù)荷的計算、變壓器容量選擇、電氣一次接線形式以及小區(qū)綜合監(jiān)控系統(tǒng)方案等方面進行設(shè)計探討.闡明現(xiàn)代住宅小區(qū)供配電設(shè)計具有的特點：

（1）隨著人們生活水平的提高，家庭用電負(fù)荷不斷增加，特別是大功率家用電器的使用，對家用負(fù)荷用電標(biāo)準(zhǔn)提出新的要求.本設(shè)計中針對兩種不同建筑面積的住戶，分別按12 kW、16 kW的用電容量配置，以使每戶負(fù)荷電流可達(dá)到50～70 A，滿足民用負(fù)荷不斷增容的要求.

（2）本住宅小區(qū)公共建筑部分負(fù)荷較原來老小區(qū)有所增加的部分有：監(jiān)控中心、電信機房、廣電機房、景觀照明、亮化照明用電設(shè)備、電動汽車充電樁等.這些負(fù)荷類型差異大，供電要求高.在主接線設(shè)計中，對監(jiān)控中心、電信機房、廣電機房等按照兩路電源供電方案設(shè)計.

（3）民用建筑負(fù)荷計算中需要系數(shù)的大小一直存在爭議.不同地區(qū)、不同單位、不同設(shè)備、不同使用情況、不同工程規(guī)模等有較大的差異.本設(shè)計在確定變壓器容量時，根據(jù)《江蘇省電力公司新建居住區(qū)供配電設(shè)施規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》，住宅配置系數(shù)取0.5，公用配置系數(shù)取0.8，電動汽車充電樁配置系數(shù)取0.3.從設(shè)計結(jié)果看與實際情況接近，較為合理.

（4）本住宅小區(qū)建有一個開閉所、兩個變配電室.無論是開閉所主接線還是變配電室主接線均采用兩路電源進線、單母線分段的接線方式.這樣的接線方式無論從電源端還是饋線端都提高了小區(qū)供電的可靠性.

（5）現(xiàn)代住宅小區(qū)主要以全封閉管理為主，大量運用技防手段，電子監(jiān)控設(shè)備遍布整個社區(qū).本小區(qū)在開閉所或變配電室裝設(shè)DTU柜一個，綜合監(jiān)控柜一個，開閉所或配電室內(nèi)安裝視頻探頭.相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過交換機經(jīng)由專門的光纖網(wǎng)傳輸至小區(qū)系統(tǒng)監(jiān)控后臺服務(wù)器，從而實現(xiàn)了無人監(jiān)控，大大減少了對人力的需求.