住宅区小容量负荷供电距离的探讨

吴　斌

(湖南省建筑设计院, 湖南 长沙　410011)



住宅区小容量负荷供电距离的探讨

吴斌

(湖南省建筑设计院, 湖南 长沙410011)

摘要：结合工程案例,分析了住宅区小容量负荷供电距离。指出在尽量减少变配电所数量的基础上,充分利用断路器的短路短延时整定值可调的有利条件,尽量延伸小容量负荷低压供电距离,并满足电压降、短路灵敏度的校验。

关键词：变配电所; 供电距离; 电压降; 电压偏差; 短路灵敏度

0引言

各种电压等级下的供电距离都有一定范围,例如380 V低压供电距离一般不大于250 m(指电缆实际敷设距离)。在这些距离以内,线路上的电压降、断路器的短路灵敏度一般都可以满足,无需进行特别校验。但在某些特殊情况下,可能需要将供电距离延伸。在采取了一些技术措施后,可能会做到既延伸了供电距离,又能够满足线路上的电压降、短路灵敏度校验。

1项目概况

某小区共有9栋高层住宅(共11个单元),均为33层,地下室面积为6万m2,地上住宅面积约为15万m2,1F商铺面积约为4 200 m2。

根据项目要求,住宅小区采用公变、专变结合的供电方案,即住宅户内由公变供电,住宅户内以外的所有公共区用电由专变提供。公变由电力部门设计、安装并维护,专变由开发商安装、物业维护。该项目专变安装容量设计为2×630 kVA。

原方案阶段专变变配电所(简称为变配电所)位于地下室中心位置。施工图阶段由于建设方调整售楼计划,北边两栋楼为一期工程,须先开盘并验收,故在该区域范围内必须设置一个变配电所。实施方案如下:

(1) 方案一。在南区、北区各设置一个变配电所;

(2) 方案二。在北区设置一个变配电所。

方案一的优点是供电距离近,但要保证变压器总安装容量不变,需改为 4台变压器,此时单台变压器容量过小,对于消防泵等大容量电机的启动不利,且两处变配电所需增加土建面积。

方案二的优点是变压器单台容量不变,无需增加土建面积,但供电距离过远,超过一般的设计原则。

方案二中变配电所的位置虽然不在地下室中心,但对于地下室来说供电距离并不算太远(<290 m),主要是南区地上塔楼部分的供电距离超长。对于该高层住宅小区,地上塔楼公共区部分的用电负荷并不大,属于远离变配电所的小容量负荷。这种情况下,在采取一定的技术措施后是有可能满足供电质量的要求的,故选择对方案二进行分析。

2设计条件

在南区设置两个二次配电间,分别负责南区两栋(三栋)的塔楼公共用电,每个二次配电间内引入4条电缆,分别为照明主备电源、动力主备电源 。设置二次配电间可达到以下目的:

(1) 减少变配电所内的出线回路。

(2) 利用不同设备之间不同时使用的特性,适当共用电缆,节约用铜。

(3) 使负荷集中,尽量加大变配电所与二次配电间之间的线路截面,减少段线路上的压降及阻抗。

按照JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》表7.4.4,多回路电缆成束敷设的校正系数按在有孔托盘式桥架上敷设(同路径回路数>9时,电缆相互接触)选取,取0.72。设计中采用YJV-0.6/1 kV电缆,桥架成束敷设电缆截面选择如表1所示,敷设在空气中的环境温度为30 ℃。

表1　桥架成束敷设电缆截面选择

长距离配电线路的短路故障保护采用前端断路器的短路短延时保护来实现。短路短延时调整倍数为3~5,故选用电子脱扣器。变配电所内馈线回路断路器的短路短延时整定倍数为5,二次配电间内馈线断路器的短路短延时整定倍数为3。

本文电缆载流量取自04DX101-1《建筑电气常用数据》。地下室变配电所设置方案如图1所示。

3电压损失校验

断路器及电缆配置如图2所示。

3.1变配电所至K1点的电压降

动力总箱安装负荷情况为:6台电梯,每单元2台,单台负荷为18.5 kW,校正系数KX=0.65,cosφ1=0.6,机房附属用电为1.5 kW;6台正压风机,单台负荷为18.5 kW,每单元2台,cosφ2=0.8;6台潜水泵,单台负荷为2.2 kW,每单元2台,KX=0.6,cosφ3=0.8。

假设所有单元电梯均运行,单元的消防风机均起动的最不利情况的电压降(平时负载应比该情况低)为

图1　地下室变配电所设置方案

图2　断路器及电缆配置

Pjs=Pjs1+Pjs2+Pjs3=20×6×0.65+

18.5×2+2.2×6×0.6=123kW

Qjs=Pjs1tanφ1+Pjs2tanφ2+Pjs3tanφ3=

20×6×0.65×1.33+18.5×2×0.75+

2.2×6×0.6×0.75=137.4kvar

电缆型号为YJV-0.6/1 kV-3×185+2×95,故折算后动力总箱的计算负荷Pjs=123 kW,cosφ=0.67,Ijs=278 A。

三相平衡负载线路的电压损失公式为

其中,电缆长度L1=200m,R0′=0.118Ω/km,X0′=0.078Ω/km。因此,Δu1%=3.47%。

3.2K1点至K2点电压降

K1至K2点的计算负荷Pjs=20 kW,cosφ=0.6,Ijs=50.5 A。

电缆型号为YJV-0.6/1 kV-3×25+2×16,电缆长度L2=190 m,R0′=0.87 Ω/km,X0′=0.082 Ω/km。因此,Δu2%=2.57%。

3.3变配电所至K2点电压降

根据以上计算的两段压降,得到总压降为

Δu%=1-(1-Δu1%)·(1-Δu2%)=5.95%

3.4电压降校验

GB 50052—2009《供配电系统设计规范》第5.0.4条规定:用电设备端子处电压偏差允许值(电动机)为±5%。

JGJ 16—2008第3.4.5条规定:正常运行情况下,用电设备端子处的电压偏差允许值(以标称系统电压的百分数表示)符合下列要求:一般用途电动机宜为±5%;电梯电动机宜为±7%。

综上,规范并未对线路上电压降规定一个允许值,给出的仅是设备端子处相对于系统标称电压的偏差允许范围。由于变压器出口处的电压实际上是400 V,相对于380 V已提高5%,即便在本方案中电梯机房处存在5.95%电压损失,但相对于系统标称电压380 V,端子处的电压偏差还在±5%以内(处于规范允许范围之内),故电压降校验通过。

4短路灵敏度校验

照明回路第一段电缆截面仅为70 mm2,导致K2短路点的短路灵敏度校验不能通过,需要将第二段电缆截面由25 mm2放大为35 mm2。

4.1系统阻抗

计算单相短路电流时电压系数c=1,变压器低压侧标称电压UC=0.38 kV。

假定系统短路容量Sn=200 MVA,阻抗为

RS=0.1XS=0.07mΩ

故系统侧相保阻抗为

4.2变压器阻抗

变压器电抗电压百分比Uk=4%,额定容量St=630 MVA。查表,得变压器的相保阻抗为Xphp-t=9.92 mΩ,Rphp-t=2.18 mΩ。

4.3低压配电柜铜母排阻抗

铜母排尺寸为4×TMY(80×8),母线长度Lp=8 m。查表,得铜母排的每米相保阻抗为XLP′=0.364 mΩ,RLP′=0.1 mΩ。故铜母排的相保阻抗为

XLP+XLP′LP=2.912 mΩ

RLP=RLP′LP=0.8mΩ

4.4低压母线侧总阻抗

低压母线侧总相保阻抗为

XS=Xphp-s+Xphp-t+XLP=13.362mΩ

RS=Rphp-s+Rphp-t+RLP=3.03mΩ

4.5K1短路点的单相接地短路电流

K1短路点电缆型号为YJV-0.6/1 kV-3×185+2×95,长度LL1=200 m,前端断路器整定值:长延时Ir1=320 A,短延时Isd1=5Ir1=1 600 A。查表,得电缆的相保阻抗为XL1′=0.179 mΩ/m,RL1′=0.42 mΩ/m。故电缆的相保阻抗为XL1=35.8 mΩ,RL1=84 mΩ。

因此,系统至K2点的总相保阻抗为

K2点单相短路电流为

前端断路器的单相短路动作灵敏度为

因1.372>1.3,故满足设计要求。

4.6K2短路点的单相接地短路电流

K2短路点电缆型号为YJV-0.6/1 kV-3×25+2×16,长度LL2=190 m,前端断路器整定值:长延时Ir2=80 A,短延时Isd2=3Ir2。查表,得电缆的相保阻抗XL2′=0.192 mΩ/m,RL2′=2.699 mΩ/m。故电缆的相保阻抗为XL2=36.48 mΩ,RL2=512.81 mΩ。

因此,系统至K2点的总相保阻抗为

605.9mΩ

K2点单相短路电流为

前端断路器的单相短路动作灵敏度为

因1.51>1.3,故满足设计要求。

5结语

住宅区的专变变配电所主要负荷集中在地下室,塔楼及屋顶部分负荷容量较小。可以考虑适当延长供电距离以减少专变变配电所的数量,增加单台变压器的容量,这对于开发商节约投资以及大容量电机的起动都有重要的意义。由专变变配电所至最远处塔楼的屋顶电梯机房的供电距离已远超250 m,但设备端子处的电压偏差以及每段线路的短路灵敏度校验都可以满足需求。

通过上述的计算分析,可以得出以下结论:

(1) 按照桥架成束敷设的情况来选择电缆截面,由于载流量校正系数较低,选择的电缆截面较大。在这个前提下,电压降的校验一般都没有问题。

(2) 需要注意规范规定的是设备端子处电压偏差允许范围,而不是线路上的电压降允许范围。

(3) 短路灵敏度的校验相比电压降来说较难通过,如果一条线路通过了短路灵敏度校验,则电压降校验一般都不存在问题。

(4) 灵活选用断路器的各种保护设定。如果一条线路供电距离较长,则可采用短路短延时保护,适当调低短路短延时保护的倍数,可以明显加长线路的供电距离。

(5) 长距离供电线路建议采用二次配电的方法,由变配电所至二次配电间尽量采用大截面电缆,以减少第一段的压降及阻抗。

(6) 对于高度100 m以下的住宅小区项目,在某些极限情况下专变变配电所可不在中心位置设置,塔楼屋顶小容量负荷在采取一些技术措施后可以满足电压降及灵敏度的校验。

(7) 对于住宅的公变(户内供电部分),由于塔楼部分的负荷很大,不属于远离变配电所的小容量负荷范围,延长供电距离的方法需慎用。

参考文献

[1]JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范[S].

[2]GB 50054—2011低压配电设计规范[S].

[3]GB 50052—2009供配电系统设计规范[S].

[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.

【办刊宗旨】

以现代信息技术、先进制造技术和智能建筑技术为引导，引领建筑电气技术不断开拓自主知识创新，向着高效、节能和绿色的目标和方向发展。及时、全面地报道国内外建筑电气最新研究成果和行业信息，为建筑电气的研究与开发、产品制造与应用、工程设计等领域打造一流的技术交流和信息传递平台。

白永生(1978—),男,高级工程师,从事供配电方面的工作。

Discussion about Supply Power Distance of Small Capacity Load in Residential DistrictWUBin

(Hunan Provincal Architectural Institute, Changsha 410011, China)

Abstract：An example of project, this paper analyzed the supply power distance of small capacity load in residential district.Based on minimizing the quantity of substation and distribution station, the short-circuit and short-time delay setting values of of breaker was used fully to extend the low voltage supply power distance of small capacity load. It meets the validation of voltage drop and of short-circuit sensitivity.

Key words:substation and distribution station; supply power distance; voltage drop; voltage deviation; short-circuit sensitivity

收稿日期：2015-01-20

中图分类号：TU 852

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2015)06-0016-05