中小型住宅小区供配电系统设计

陈伦琼，洪加俊

(常州工学院电气信息工程学院，江苏常州213032)

随着社会的发展与进步，人们消费水平不断提高，用电设备越来越普及，人们生活逐渐向自动化和高科技方向发展，对供电质量的要求也越来越高，安全、可靠、优质、经济的供配电系统成为提升居民生活质量的有力保证。设计人员既要按照国家标准进行设计，还要兼顾居民小区的规模和规划要求。大型小区住宅建设规模大，容量大、可靠性要求较高，其供配电系统设计规模一般比中小型住宅小区要大，需要建立小区配电管理中心即10 kV开闭所，10 kV双电源供电线路进小区后，由开闭所分供小区多个变配电所。而中小型住宅小区容量相对小些，其供配电系统往往不需要配电管理中心[1]。这里，以一个中等城市的中小型住宅小区为例，对其供配电系统进行设计和阐述。

1 供配电系统方案设计

小区供配电系统方案设计包括负荷计算、无功补偿、主接线设计等。方案设计要遵循安全、可靠、优质、经济的总体原则，同时符合小区的近期规划和长远发展要求。一般按照负荷等级的不同，其主接线可以采用单母线或桥式接线方式。本小区由于采用双电源进线直配10 kV变电所的进线方式，容量并不是特别大，考虑技术指标的同时兼顾经济性能，以单母线接线为主，简单经济，维护方便。

1.1 负荷分类

我国将电力负荷按供电可靠性要求及中断供电对政治、经济造成的损失或影响程度划分为3个等级。一般民用建筑的用电负荷属于三级负荷[2]。一级负荷和二级负荷，应有2个电源进行供电，尤其针对一级负荷可能还需要采取相应的应急措施，即应设置应急电源并严禁其他负荷的接入；目前对三级负荷还没有这方面的明确规定。

本设计对象为江苏省某城市的中小型住宅小区。本小区有2种户型：户型Ⅰ第一层均为商业店面，第二层为住宅，共有2栋，建筑总面积为6 000 m2；户型Ⅱ为联排别墅，共有3栋，建筑总面积为9 000 m2。这2种户型住户均为27户。小区路灯设备总容量为30 kW，消防监控设备总容量为60 kW。根据负荷分类原则，住宅用户的用电设备均为三级负荷，小区路灯这样的公用设施和消防监控设备为二级负荷。

1.2 负荷计算

依据国家相关标准和江苏地区现行规范对住宅小区容量进行配置和相应的负荷计算[3]。根据实际情况，结合小区自身特点，并充分考虑用户需求，户型Ⅰ住宅按照平均每户12 kW，别墅按照平均每户18 kW，商业用电按照100 W/m2，公建按60 W/m2，进行负荷估算。

负荷计算的方法有需要系数法、估算法及二项式法等。本设计采用需要系数法对小区的负荷进行规划计算，表1中计算系数的Kd按照国家标准选取。

表1 小区规划负荷计算

1.3 供电方案设计

该小区负荷中有部分二级负荷，按照国家规范，向供电公司申请了2路10 kV电源进线。在上述负荷计算中，其低压负荷总的视在负荷容量不会超过1 000 kV·A，故设置1个变电所即可，由于双电源进线，该变电所使用2台变压器。变压器高压侧(10 kV侧)采用单母线分段接线，不母联。高压侧两路电源同时供电。10 kV电气主接线图如图1所示。

低压侧也使用单母线分段接线的形式，设有母联。2台变压器正常的时候分列运行，低压母联开关断开，低压总开关和低压母联开关进行电气和钥匙联锁(三合二)，母联开关只有在其中1台变压器退出运行后才能合上，此时只能运行部分重要负荷，以防止变压器过负荷跳闸。低压侧电气主接线如图2所示。

2 设备选型

2.1 变压器选型

该小区变电所装有2台主变压器，每台变压器的容量应该同时满足以下条件：每台变压器独立运行时，变压器容量应当不小于总计算负荷的60%～70%，且能够承担全部的一级和二级负荷[3]。

本小区没有一级负荷，只有少量二级负荷，其容量不超过200 kV·A，该所总容量约为1 000 kV·A，可以使用2台容量为630 kV·A的变压器进行供电。此外，民用建筑中变压器联结常采用Dyn11方式。考虑到该小区含别墅住宅，变电所未依附任何建筑物所建，为独立变电所，可以选用油浸式变压器。考虑国家目前提倡节能减排，所以变压器选用低功耗节能型的新产品SBH15-M-630/10型三相非晶合金全密封油浸式变压器。

图1 高压侧(10 kV)电气主接线图

图2 低压侧(0.4 kV)电气主接线图

2.2 高压设备选型

10 kV 高压设备选型要根据小区的负荷计算容量、负荷性质、负荷分配并结合设备安置的地理环境进行科学、合理的选择[4]。高压开关柜选择10 kV的SM6环网柜，开关操作便捷，维护方便，稳定性较高，如图1所示，2个进线柜型号为SM6-IMP， 2个计量柜型号为SM6-GBC-B，2个出线柜型号为SM6-QM。

柜内设备的选型主要是开关的选择，10 kV的开关一般可以用断路器配合继电保护装置，也可以用带熔断器的负荷开关，从技术指标上来说，前者性能更好，但是从经济而言，后者更为物美价廉。由于该小区变电所为终端变电所，容量不大，且上一级变电所出口配有带继电保护的断路器可作为该变电所的后备，选用带熔断器的负荷开关更为合适，系统正常工作时可以通断负荷电流，短路故障时也可以断开短路电流，而且经济性更好，能够减少该小区供配电系统的投入成本。另外，考虑到变压器10 kV侧的额定电流不到40 A，最终选用的负荷开关型号为SF6-12/3P 630A-20 kV，熔断器为RN2-10/0.563 A型，配套的电流互感器为LQJ-10-500/5型，电压互感器为JDZJ-10型。高压进出电缆型号为YJV-22-8.7/15 kV、其截面为3×150 mm2，高压母线型号为TMY-3(40×4)。

2.3 低压设备选择

低压电气设备的选择根据图2所示，低压开关柜包括ZBN2-10型变压器柜，4个MNS型低压出线柜，1个MNS型母联柜，2个SVC型电容补偿柜，电容补偿柜的容量按变压器容量的30%选取，采用复合开关自动投切方式[5]。考虑到变压器低压侧的额定电流不到1 000 A，低压母线为TMY型，相线截面为80 mm×8 mm，其允许载流量为1 690 A，N线和PE线截面为60 mm×6.3 mm。低压变压器柜和母联柜内的开关，选用引进技术生产的框架式断路器ME-2000型，极限分段能力为180 kA，电流互感器型号为H-0.66-1500/5 A。低压出线柜内选择塑壳断路器，其承载电流为63 A至400 A。

低压配电线路选用交联聚乙烯绝缘阻燃、纵向阻水的铜芯电缆，相线、中性线等芯结构型号为YJV- 0.6/1 kV，其相线截面面积按承担的电流大小从16 mm2至120 mm2不等。

3 防雷与接地

变电所级别为10 kV，不需要安装避雷针，变电所的防雷设计是在2个10 kV进线柜里都安装HY5WS-17/50型高压避雷器，额定电压为17 kV，标称放电电流下最大残压为50 kV。在2个电容补偿柜里都安装Y3W-0.28/1.3型避雷器，以保证不受雷击威胁。

本次变电所低压配电系统的接地采用TN-S系统。在2个变压器柜设置中心点接地，并且变压器柜柜体设置保护接地，高压进线柜、高压出线柜、低压出线柜、电容补偿柜、母联柜均设置保护接地。工作接地带、接地干线、电缆沟接地扁钢用50 mm×6 mm镀锌扁钢。垂直接地极用50 mm×5 mm角钢制成。主接地网引上线采用50 mm×6 mm扁钢。室内沿墙一圈明敷接地采用50 mm×6 mm镀锌扁钢，敷设高度离室内地坪+300 mm，离墙间隙20 mm，过门入地暗敷两头，上跷与沿墙明接地连接。接地极、接地网、接地引上线应按规范可靠焊接。接地网、电缆沟格架预埋钢管等铁件均需作镀锌处理[6]。

4 结语

结合江苏省住宅供配电设计标准和某住宅小区供配电设计实例，对中小型住宅供配电设计进行了详细的阐述。该系统考虑技术指标的同时，兼顾经济性，主接线简单清晰，便于维护检修，变压器选型低功耗、节能环保，高压开关成本低、可靠性高，低压断路器采用我国引进先进技术改进的框架式ME型号，分断能力强。该住宅小区目前已经完成实际设计，其设计标准符合小区居民生活、工作、学习的电能需求，能充分保障居民的用电质量。在住宅电气设计过程中做到了安全、可靠，满足技术可行性、经济适用性，为小区居民的高质量生活提供了安全、舒适、便捷的用电环境[7]。因此，对于中小型住宅小区来说，该供配电系统具有良好的应用推广价值。