援外成套项目供配电系统设计分析

▲中国中元国际工程公司 周 军

前言

随着中国政府“走出去”战略逐步深入实施，援外工程更成为中国企业“走出去”的一个重要桥梁。中国中元国际工程公司在该领域的业务也有了大力的拓展，笔者也有幸参加了10多项援外工程的考察与设计工作。

这些项目包括文化、会议、医院、学校、体育、政府办公及总统府等不同类型，地域谝布亚洲、非洲、美洲和南太平洋地区。通过这些项目的实施，总感觉与国内项目的设计有着一些特殊之处，总结一下，与业内同仁分享，敬请指正。

1 中压系统及用户变电所

虽然世界各地电力系统的频率只有50Hz和60Hz之分，但中压系统的额定电压归类到35kV、24kV和12kV却十分繁多，笔者曾接触到的就有33 kV、22kV、20kV、11kV、10kV 和6.9kV 之多。

中压系统馈电线路接线大多为树干式，沿城市道路架空敷设，局部（如引入建筑物处）改为电缆埋地敷设，但用户变配电所及其中压主接线等设置习惯不尽相同。

在柬埔寨金边市，城市22kV系统采用双侧环网供电，通常由两个不同的115/22kV变电站分别馈出22kV电缆线路，依次环网连接多个用户变电所，平时开网运行，如馈电线路故障，由电力公司远程操作故障两侧用户变电所的进出线断路器，切除故障线路，恢复供电。

在巴布框图亚新几内亚，根据巴新电力公司（PNG POWER Ltd）提供的大客户电力供应导则（Electricity Supply to Large Consumers 2009.10），巴新电力公司有四种用户变电所的设置模式可供用户选择：首先是柱上变电所（pole-type aerial），其容量一般控制在500kVA以下；其次是户外地面布置变电所（Ground-type outdoor），可布置1～3台变压器，变压器容量有500kVA、1 500kVA两种，占地较大；第三是户外箱式变电所（Kiosk-type outdoor），有300kVA、500kVA和750kVA三种规格，当负荷大于750kVA时，允许相邻设置两个或以上箱式变电所；第四是室内变电所（Chamber-type indoor），一般最多安装三台变压器，设计容量由500kVA～4500kVA不等。

在肯尼亚首都内罗毕，电力公司针对中小用户，相对集中设置用户变电所，容量一般为630kVA，油浸变压器采用熔断器保护。由电力公司统一规划和实施，变压器出线断路器以上由电力公司负责日常维护和管理。

由此可见，援外项目供电系统的设计应充分遵重当地电力系统的运行、管理及维护习惯，合理选择系统接入方式。

当采用中压接入时，用户变电所的中压系统应采用受援国当地常用的主接线方式，根据接入系统的短路容量，相应选择中压断路器的分断能力及中压配电装置；根据接入系统的继电保护方式，相应配置中压系统的继电保护。一般当地电力公司都能提供中压系统供电电压偏差范围，需明确的是上级变电站（或开闭站）的馈出侧，还是用户变电所的受电侧，以便根据其中压馈电线路的规格和长度，测算线路电压损失，合理设置项目配电变压器分接头的电压调节范围。

当采用低压接入时，需建议项目外方业主将用户变电所尽可能靠近负荷中心，注意控制低压电源线路的电压损失，校验末端断路器单相接地故障时的灵敏度。

在国内，中压10kV系统的接地型式主要有三种：不接地型式、消弧线圈接地型式和小电阻接地型式（北京地区为10Ω）。在笔者参加考察的项目中，也有不接地系统和小电阻接地系统和直接接地之分。当援外项目中外双方分工的分界点为电源引入本项目的中压配电装置上端时，虽然，中压系统的接地型式不属于中方设计范围，但需考虑中压系统的接地型式对项目用户变电所及以下的供配电系统设计的影响，主要表现在以下几个方面：

2 中压系统的接地型式

2.1 接地型电压互感器选择

中性点接地型电压互感器应针对中压系统接地型式的不同，区别选用。如中性点有效接地用的电压互感器误用于中性点非有效接地系统中，在正常运行时，会使系统产生并联谐振的几率增加，在故障的情况下，会使电压互感器损坏；反之，中性点非有效接地用的电压互感器误用于中性点有效接地系统中，在故障的情况下，则会因剩余绕组电压回路输出电压过高而使继电保护装置损坏。在《电压互感器》GB1207-2006中，电压互感器的订货通用技术条件也明确要求给出其接入系统的接地型式。详细对比见表1。

表1 接地型电压互感器详细参数对比

表2 中压系统的无间隙金属氧化物避雷器配置表

对接入中压系统的用户变电所（也就是终端变电所）而言，不接地和消弧线圈接地系统的电压互感器接线方式通常为Y/Y/△，而小电阻接地系统电压互感器接线方式通常为V-V。

2.2 无间隙金属氧化物避雷器持续运行电压和额定电压选择

表2摘自《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 （DL/T 620-1997）表3，在配置中压系统的无间隙金属氧化物避雷器时，应对照执行。

2.3 电力电缆额定电压选择

表3选自《钢铁企业电力设计手册》（冶金工业出版社）表19-15，在选择电力电缆时，不仅要考虑其应用系统的额定电压，也要根据系统的接地型式，正确作出选择。

表3 电力电缆参数表

2.4 零序电流互感器

在《电流互感器》GB1208-2006中，所有电流互感器的订货通用技术条件都要求提供其接入系统的接地型式。

对于零序电流互感器的选择，主要与单相接地保护整定计算有关。不同接地型式的单相接地短路电流相差很大，非有效接地系统通常小于30A，而有效接地系统可达500A以上，选用零序电流互感器时应区别对待。当继电保护方式为常规保护时，在不接地和消弧线圈接地系统中，零序电流互感器需采用1～36A/ 20mA～300mA型，并与JD-15E型接地继电器配合使用；小电阻接地系统中，零序电流互感器变比一般选用100/5或更大。

2.5 低压配电系统接地型式

当中压系统为小电阻或直接接地系统，用户变电所其低压系统采用共用接地装置时，综合考虑间接接触防护及线路末端单相接地短路保护灵敏度要求。道路照明、高杆灯、草坪照明等宜建议采用局部T-T系统，并适当降低接地电阻。

当中压系统的接地型式为不接地系统或经消弧线圈接地，单相接地故障电容电流不超过20A时，如用户变电所接地电阻不超过2Ω时，道路照明、高杆灯、草坪照明等的可采用TN-S系统；否则，应设置局部等电位连接或采取局部加强地面绝缘措施，以满足间接接触防护要求。

3 低压系统设计

受援国多为经济不发达和欠发达地区，电力供应相对匮乏，电力系统可靠性差，自备柴油发电机组普遍使用，合理有效地使用柴油发电机组也是项目供配电系统设计的一个关键。

在国内，电力系统条件较为完善，可靠性要高，柴油发电机组仅仅作为一级负荷中特别重要负荷的备用电源。一般两路10kV市政电源经过配电变压器接入两段低压母线，柴油发电机组出线通过ATSE接入应急母线段。这样不仅可严格控制柴油发电机组运行负载率（从另一个角度来说，也就是限制了柴油发电机的供电范围），而且阻止了柴油发电机组并网运行。针对国内的电力系统条件，这种方式考虑的问题十分周到，技术上也非常成熟。

在援外成套工程中，在一些电力系统可靠性较差的受援国，备用柴油发电机组在平时的运用就有着另一层意义。一般项目重要负荷主要包括消防系统、安防系统、电梯、水泵等等，而日常运行的基本负荷包括普通照明、空调、电梯、水泵等。在确定备用柴油发电机组的容量和运行方式时，首先容量选择不仅要满足重要负荷的要求，而且要兼顾日常运行的需要；其次，备用柴油发电机组的供电范围不能局限在重要负荷，要扩大到日常运行的基本负荷，以维持项目的基本日常运营。低压系统主接线套用国内的习惯做法就不适用了，需要有相应的考虑。

以下以笔者经历的两个项目为例，简单介绍一下低压系统设计的一些针对性考虑。

3.1 援巴基斯坦巴中友谊中心

项目包括展厅、各类会议室、800人报告厅（乙等剧院）、100床的旅馆等，是集会议、展览、文艺演出、宴会及住宿为一体的多功能综合建筑。由于当地11kV电源经常停电，需设置一台800kW室外静音柴油发电机组作为备用电源。设计中选择柴油发电机组时，不仅作为一、二级负荷的备用电源，而且在市电停电时，可由管理和运行人员根据运营的具体需要，调整发电机组负荷的分配。在某些二级负荷（如宴会厅或报告厅）暂不使用时，通过适当的电力调配，来保证某些三级负荷（如旅馆或展览）的正常运行。力求从系统设计上保证柴油发电机组容量能得到充分利用，使供电和操作更加灵活，以期最大限度地满足用电需求。

230/4 00V系统接线采用母线分段，为实现市电与柴油发电机组真正意义上的物理隔离。两段母线不设联络断路器，柴油发电机出线通过ATSE分别接入两段低压母线，如图1所示。

当任意一台变压器检修或故障时，其所带的三级负荷馈线断路器失压脱扣器动作，自动跳闸。柴油发电机组15s内自启动，ATSE自动转换，由柴油发电机组首先保证该变压器所接母线段的一、二级负荷供电。这时由变配电室运行人员根据发电机组负荷和实际需要，有选择地手动投入部分三级负荷的馈线断路器，恢复其供电。

当市电停电时全部三级负荷馈线断路器失压脱扣器动作，自动跳闸，柴油发电机组自动投入运行，保证一、二级负荷供电。运行人员同样可根据发电机组负荷情况，有选择地手动投入个别三级负荷的馈线断路器，恢复其供电。

3.2 援加纳海岸角体育场

该体育场可容纳观众1.5万人，为一座小型“乙”级体育场，主要服务于海岸角市大学生及民众，不仅可举办本地区足球、田径赛事，而且可以举行大型群众活动，同时也考虑举办非洲地区国际比赛的可能。建筑功能主要包括VIP、运动员、赛事管理、媒体、观众、场馆管理、安保、拳击训练、乒乓球室和运动员公寓等用房。

体育场设两座变配电所，考虑到举办非洲地区国际比赛的需要，柴油发电机组容量按全负载配备。240/415V系统接线型式为分段单母线，变压器和柴油发电机出线分别引至两段母线，设联络断路器，参见图2。为防止市电和柴油发电机组并列运行，变压器和柴油发电机组的出线断路器与联络断路器相互闭锁，任何情况只能闭合其中两台。

平时体育场由市电供电，柴油发电机组冷备用，变压器出线断路器闭合，柴油发电机进线侧断路器断开，联络断路器闭合，由变压器为所有负荷供电；市电失电或变压器故障时，变压器侧出线断路器断开，柴油发电机15～30s自启动，柴油发电机侧进线断路器闭合，联络断路器闭合，由柴油发电机保证所有负荷供电；重大比赛时，联络断路器断开，柴油发电机组启动，与变压器分列同时运行，互为热备用；市电失电或柴油发电机组故障时，对应断路器断开，联络断路器闭合，由另一电源为所有负荷提供电源。

由于比赛场地照明大规模采用了金属卤化物灯，针对金属卤化物灯熄弧后再次点燃时间长的特点，场地照明配电也有一些相应考虑。

场地照明配电柜主接线采用单母线.平均分成两组供电，分别引自变配电室的两段母线。重大比赛时，场地照明分别由两个电源供电，这样当一路电源故障时，在电源转换过程中，50%场地照明不会熄灭，场地照度可维持在50%，不致于影响比赛继续进行。利用系统常规设置的有限条件，为日后的重大比赛额外提供一些保障。

4 结束语

我国援外成套项目遍布世界各地，而受援国的发展历史各不相同，经济条件参差不齐，电力系统的状况更是五花八门，导致援外成套项目设计与国内项目有着诸多不同。这就需要设计人员在项目考察阶段，深入了解受援国电力系统的现实情况，尊重当地的日常生活、维护、管理及使用习惯，注重中国规范和设计习惯在当地的适应性和适用性，将中国规范与受援国的电力系统特点及用电习惯有机结合起来，切合实际地制定设计方案。

[1]中华人民共和国商务部. 对外援助成套项目施工管理规定（商援发[2008]533号）.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会. DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]. 北京：中国电力出版社.1997.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB12325-2003电能质量供电电压允许偏差[S]. 北京：中国标准出版社.2003.

[4]中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[5]王建华. 电气工程师手册[M]. 北京：机械工业出版社,2006.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会. GB1208-2006电流互感器 [S]. 北京:中国标准出版社,2007.