某新建小区10 kV供电方案设计选定

陈平

（深圳市达特照明股份有限公司，广东深圳518000）

某新建小区10 kV供电方案设计选定

陈平

（深圳市达特照明股份有限公司，广东深圳518000）

小区供电方案的选定非常重要，如果小区供电系统投运后发生故障，将会影响整个住宅小区的供电，所以，对供电可靠性提出了很高的要求。因此，在选定方案时，必须从安全性、可靠性和经济性等方面考虑。从施工者角度出发，针对小区配电系统的主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，无功补偿装置配置等方面，详细论证小区的供电方案，以期为相关工作提出有参考性的建议。

短路电流；电压损失；电压偏差；无功补偿

近年来，我国城市化发展进程加快，房地产行业蓬勃发展，大量住宅小区建设完成，供电量随之不断增长，负荷密度随之提高，对供电质量和可靠性的要求也逐渐提高。

本文以某新建住宅小区10 kV供电方案设计选定为例，从小区负荷计算、供电方式、高压设备选择、低压系统电压、无功补偿、电能计量这几个方面分析了供电设计方案的选定情况。某新建小区占地3.6 hm2，建筑面积1.078×105m2，高层住宅5栋（18层），商铺2栋（2层，含社区、物业用房），总户数771户，是典型的高容积率小区。在供电局批准的供电方案中，小区只允许1条10 kV线路供电从附近10 kV开关箱接入，同时，为了保证市区供电的可靠性，供电部门同期负责从外部扩建这条10 kV供电线路，将这路电源的外部10 kV供电线路环网，从而为该小区供电可靠性提供保障。

1 负荷计算

随着人们生活水平的提升，普通家庭的家用电器逐渐增多，特别是空调、热水器、电磁灶或微波炉等大功率家用电器，家庭用电也由原来纯照明向多功能方向发展。但由于各省各地区经济发展不平衡，各地用电量差别较大。为了满足居民用电需求，各地区电网基本都对辖区家庭用电量作出统一规定。表1为中国南方电网公司（包括广东、广西、云南、贵州、海南等5省区）《中国南方电网城市配电网技术导则》中对城市住宅、商业和办公用电负荷计算作出的规定。

表1 城市住宅、商业和办公用电负荷计算的相关规定

因为住宅小区内的居民作息时间不同，家庭用电设备配备不同，配电房变压器选取用电需要负荷系数也不同。供电局根据本地区居民用电负荷调查和供电设备的运行状况，同时，参考广东其他城市需要系数的选择情况，确定该地区居民住宅用电需要系数综合选取0.45，电梯用电负荷需要系数选取0.5，公共负荷（不含电梯）用电负荷需要系数选取0.8.暂不考虑变压器的经济运行系数。小区用电负荷的具体情况（消防泵负荷不计入总容量）如表2所示。

表2 小区用电负荷具体情况

将表2相关数据代入公式中可得：负荷a＝住户数（含商铺、楼梯间照明）×每户功率×同时系数①÷co sφ1＝4 176×0.45÷0.85≈2 211 kVA；负荷b＝电梯负荷×同时系数②÷cosφ2＝330×0.5÷0.8≈206 kVA；负荷c＝公共负荷×同时系数③÷cosφ3＝260×0.8÷0.8＝260 kVA。

所以，总负荷为：

至此可知，补偿前，P＝2 252 kW，Q＝1 444 kVar，S＝2 676 kVA，cosφ＝0.84；补偿后，cosφ＝0.9，S＝P÷cos φ＝2 252/0.9＝2 502 kVA。变压器按照就近容量选择，所以，变压器容量选择（4×630）kVA。此处，cosφ1为住宅功率因数，取值0.85；cosφ2为写字楼、商场功率因数，取值0.8；cosφ3为电梯、公共设施用电功率因数，取值0.8.

2 供电方式

2.1 负荷分类

该小区占地面积比较小，居住户数不多，包含高层普通住宅、商铺、车库和部分公用设施，根据分类只属于规定的三级级负荷，因此，只允许接入一回路高压电源。如果有需要，用户可以针对电梯、消防设施自备应急电源，但应急电源与工作电源之间必须采取相应的措施，防止并列运行对10 kV供电网络造成影响，发生反送电事故。

小区外东侧（地下车库出口方向）原有10 kV体校开关箱，可直接敷设新高压电缆150 m接入河西变电站10 kV F10线体校开关箱#3开关。

2.2 主接线方式

主接线是指有种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电路。主接线可分为有母线结线和无母线结线两大类。有母线结线又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线（民用建筑用电不涉及）可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。中、低压系统中可采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。

在实际工作中，对主接线提出的基本要求是，安全性、可靠性、灵活性和经济性。通常情况下，单母线不分段结线有2种情况，即单进线回路和双进线回路。双进线回路有3种运行方式，即双电源并列运行、双电源一用一备运行、电源一进一出运行。单母线分段结线有3种运行方式，即双电源并列运行、双电源分列运行和双电源一用一备运行。根据供电主接线的设计原则，按照小区的负荷类型，可以确定该住宅小区的主接线方式，即高压侧为单母线，低压侧为单母线分段，相邻变压器的低压干线之间装设联络开关，以小区配电房为中心向周边区采用电缆放射式配电，再由各建筑内低压电缆分支箱敷设低压分支线缆至各单元内配电箱。

2.3 配电房设置

开发建设单位应根据该小区的建设规模和用电需求确定配电房建设方案，与小区同时规划同时建设，并将高低压电缆走廊等纳入小区设计的总体规划中，与小区内其他管线和设施统筹安排，在小区交付装修、使用前完成。

小区变压器和与其相配套的高压开关柜、低压配电柜需分开摆放，以实现公用配电房与专用配电房独立分开、互不连通。小区配电房不应设于地下室，室内标高应高于建筑物室外地面标高0.3 m，并满足当地50年一遇防洪标准的要求，同时，应采取适当的措施提高配电房地面防水、通风、排水、防渗漏等能力，避免洪水或积水从其他渠道淹渍配电房。

配电房所处的位置应靠近小区负荷中心，同时，应考虑设备运输的便利性，留有消防通道，满足防火、通风、防潮、防毒、防小动物等要求，不应将其设置于厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方和邻壁。

该小区配电房为新建二层建筑，建筑面积130.56 m2（13.6 m×4.8 m），首层为4间独立变压器室，二层为高低压配电房，高压柜5台（其中变压器柜4台，进线柜1台），低压柜14台（其中低压进出线柜各4台、补偿柜4台、联络柜2台）。

3 主要高压设备（短路电流）校验选择

3.1 短路电流计算

在电力系统运行的过程中，可能发生各种故障或出现不正常的运行状态，最常见同时也是最危险的故障就是发生各种形式的短路，比如相间短路、接地短路等。三相系统的短路主要分为单相、两相和三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出的四线制系统和中性点接地的系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相和两相短路电流，尤其是当电源距离供电系统比较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最严重。为了保证电力系统中电气设备处于最严重的短路情况下能够可靠工作，在选择和校验电气设备时，按照三相短路时的数值来校验。

小区采用单路电源接入供电，从0.16 km处起，市区电网接入设基准容量Sj＝100 MVA，基本参数选取是：①110 kV系统可以按照变电站110 kV开关断流容量计算；②110 kV主变S e＝40 MVA，Ud%＝10.5；③10 kV出线电缆（交联电缆铜芯240 mm2）电抗X＝0.087 Ω/km；④10 kV变压器Se＝630 kVA（0.63 MVA），Ud%＝4.5；⑤10 kV侧基准电压Uj1＝10.5 kV；⑥低压侧基准电压Uj2＝0.4 kV。

在实际工作中，采用标幺制法计算短路电流。

3.1.1 基本值计算

基准容量Sj＝100 MVA，基准电压Uj1＝10.5 kV，Uj2＝0.4 kV，则：

3.1.2 电抗计算

110 kV系统电抗标幺值为：

110 kV断路器开断电流I为31.5 kA。110 kV主变电抗标幺值为：

变电站10 kV出线电缆电抗标幺值为：

由《中国南方电网城市配电网技术导则》可知，10 kV供电半径B类地区（市区地段）不超过2.5 km，取2 km；单台10 kV配电变压器电抗标幺值为：

4台10 kV配电变压器电抗标幺值为：

3.1.3 各短路点短路电流计算

d1（站10 kV母线处）点短路电流总电抗为：

稳态短路电流为：

冲击短路电流为：ich＝2.55×19.6≈50 kA。

短路容量为：

d2（站10 kV出线电缆尾端）点短路电流总电抗为：

（10 kV分列运行）稳态短路电流为：

（10 kV分列运行）冲击短路电流ich＝2.55×12.2≈31 kA。（10 kV分列运行）短路容量为：

（10 kV并列运行）稳态短路电流为：

（10 kV并列运行）冲击短路电流ich＝2.55×2.46≈6.27 kA。（10 kV并列运行）短路容量为：

d3（配电变压器低压侧）点短路电流总电抗为：

（0.4 kV分列运行）稳态短路电流为：

（0.4 kV分列运行）冲击短路电流ich＝2.55×19≈48.5 kA；（0.4 kV分列运行）短路容量为：

短路电流计算结果汇总情况如表3所示。

表3 短路电流计算结果汇总表

3.2 高压设备选择

为了有效提高高压设备运行的可靠性，高压电器应根据其正常运行时的额定电压和额定电流来初选，一些设备完成初选后还要验证其动稳定、热稳定性条件。对于熔断器和断路器，还要验证其断流容量。此外，还要考虑电气设备的环境条件，选用不同类型的高压电器。

变压器高压侧的选择标准如下。

额定参数：额定电压Umax≥Uy，Uy＝10 kV，即Umax≥10 kV；额定电流IN≥Imax。

这说明，对于短路电流持续时间，断路器和隔离开关取4 s，电压互感器取1 s。

根据以上标准选择高压设备，包括高压开关柜HXGN15-12（ZF.R）、真空负荷开关—熔断器组合电器FZRN51-12D/T200-31.5 Fuse-63A、真空负荷开关—熔断器组合电器FZRN51-12D/T630-20、电流互感器LZZB-10Q-75/5A。高压电器校验结果如表4所示。

表4 高压电器校验的结果

经过校验发现，原设计方案中电流互感器LZZB-10Q-75/5A不能满足热稳定和动稳定条件。经过图纸会审，向设计单位提出该意见，设计单位重新验收后同意改为LZZB-10Q-100/5A型电流互感器。

4 低压系统电压损失和电压偏差检验

该小区容积率高，绿化率比较低，可用地面积有限，配电房变压器集中设置，低压负荷采用放射形布置，由配电房低压柜电缆敷设直接进入各楼的分支箱。

《电能质量供电电压允许偏差》（GB 12325－90）规定，在电力系统正常运行的情况下，用户受电端供电电压的允许偏差为：10 kV及以下高压供电和低压电力用户为额定电压的－7%～＋7%；低压照明用户为额定电压的－10%～＋5%.中国南网电网公司《中国南方电网城市配电网技术导则》中提出，供电半径宜控制在以下范围内：A类供电区为150 m；B类供电区为250 m；C类供电区为400 m。

U4处电压偏差（%）为：△U＝（U4－UN）/UN＝（364.7－380）/380＝－0.04＝－4%，大于定值－7%.按照相电压（220 V）计算，△U＝（364.7/－UN）/UN＝（210.56－220）/220＝－0.043＝－4.3%，大于定值－10%.

按照设计方案选择电缆和导线截面，当供电半径在340 m范围内时，线路末端电压能够满足电压偏差的要求。如果选择比上述值略大的电缆和导线截面，则末端电压也可以满足电压偏差的要求。

5 无功补偿

由于居民住宅用户多数为感性用电负荷（空调、冰箱、电磁炉、电热水器、电饭煲等），自然功率因素较低，一般负荷计算时取0.8（实际使用中低于0.8），而在计算负荷和变压器容量时，是按照功率因数为0.9考虑的。如果不加装无功补偿装置，则计算出的实际负荷和变压器容量将增大，电缆、电线和其他设备的载流量也需增大，相应的投资增大，电网的损耗也将增大，因此，小区供电方案中必须增加无功补偿装置（目前，本地区对于100 kVA以上的负荷基本都增加无功补偿装置）。

该小区所建的是10 kV配电所，从补偿装置的维护和性能的角度来考虑，选用低压集中补偿并联电容器装置，在每段低压母线单独设置1面无功补偿屏，补偿后要求低压侧功率因数大于0.9.根据中国南网电网公司《中国南方电网城市配电网技术导则》中对低压配电网的规定，变压器配置的电容器容量应根据负荷性质确定，宜按照变压器容量的20%～40%配置，每套电容器组按630×0.3≈180 kVar配置，采用新型智能低压电容器补偿装置，三相补偿TDS-C3SZ/450-20. 20C 4组和分相补偿TDS-C3FZ/250-20C 1组。

6 结束语

随着科学技术的发展，供配电系统中的新技术、新产品也不断出现。在规划、设计小区的供电系统时，要以技术先进、使用可靠、经济合理为原则，在规划设计中留有一定裕量，以备后期负荷增加，同时，要尽量采用典型标准设计方案和通用设备。作为工程施工技术人员，也应在工程建设中不断提高技术水平，积极参与工程设计方案的选定，不断优化住宅小区供电方案，提高住宅小区电力建设质量，为住宅小区用电提供安全、稳定、可靠、优质的服务。

［1］中国建筑东北设计研究院.JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］中机中电设计研究院有限公司.GB 50054—2011低压配电设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2012.

［3］中国机械工业联合会.GB 50052—2009供配电系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［4］中华人民共和国机械工业部.GB 50053—94 10 kV及以下变电所设计规范［S］.北京：中国计划出版社，1994.

［5］中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 1 0012—2005中国南方电网城市配电网技术导则［S］.北京：中国广播电视出版社，2006.

［6］戴瑜兴.民用建筑电气设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［7］谭金超，谭学知，谢晓丹.10 kV配电工程设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［8］任元会.工业与民用配电设计手册［M］.第三版.北京：中国电力出版社，2005.

［9］建设部工程质量安全监督与行业发展司.全国民用建筑工程设计技术措施—节能专篇电气［M］.北京：中国计划出版社，2007.

〔编辑：白洁〕

TM727.2

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.018

2095－6835（2017）16－0018－05