高校电网规划设计

2019-07-16叶新旺

电子技术与软件工程 2019年8期

叶新旺

摘要：该文以AB大学为例，阐述了以工科和科研为主、以农林学科为辅的大学校园的电网规划设计。在通过用电负荷等级划分，用电负荷指标计算和分析，并结合校园建筑使用功能和用电需要系数的基础上提出了10kV及以下电压等级的配电网络规划。

[关键词]新校区负荷计算配电规划开闭所配电站自动化

党的十九大报告提出“加快一流大学和一流学科建设（双一流）”，中国高等教育进入了新的发展阶段。根据国家高等教育政策的调整，拟在东南沿海地区新建一所“双一流”大学，命名为AB大学。如何在校园建设前期优化用电规划设计，确保在校园投入使用后具备安全、可靠、合理、经济和可持续的用电环境是本文要解决的问题。

1用电负荷预测

AB大学校园占地850亩，建筑面积约38万m2，计划容纳学生总数为12000人。

1.1用电负荷等级划分

用电负荷等级是根据《教育建筑电气设计规范》和《电网建筑电气设计规范》中有关条款的规定，按用电性质和重要程度进行划分的，分为一级负荷中特别重要的负荷，一级、二级、三级负荷。AB大学校园建设包含综合楼、图书馆、教学楼、实验楼、科研楼、国家级科研大楼、文化中心、室内体育馆、专家公寓、学生公寓、食堂、医疗服务站和其他附属用房等，图书馆藏書量按100万册以上设计。

一级负荷为：高层建筑的消防、给排水、走道照明、应急照明、电梯、安防系统、电子通讯等用电，图书馆的安防系统和图书检索系统用电，科研大楼超低温培养室用电，国家级科研大楼用电。

二级负荷为：二类高层建筑的消防用电，给排水、通道照明、应急照明、电梯等用电，食堂大楼的主要设备和应急照明用电，公共教室和图书馆阅览室及主要通道照明用电，图书馆珍惜书本库照明及空调用电。

三级负荷为：一、二级负荷以下的其他负荷。

1.2用电负荷指标确定

根据AB大学校园设计总平图和有关技术参数指标，并考虑到用电规划的安全性、合理性、经济型、可靠性和可持续性以及用电负荷等级划分等情况，在用电负荷计算的方法上应准确合理的选用单位面积功率（或负荷密度）和需要系数相结合的方法对校园用电负荷进行计算。同时参照各类用电手册和图集的相关数据以及AB大学各学院和各科研院所等所需的相关数据，确定用电负荷指标如表1所列。

1.3用电负荷计算及分析

根据表1的数据，结合AB大学校园建设规模，同时考虑预留未来5-10年对电力负荷的发展预期（变压器容量预留30%的欲度），进行用电负荷计算。

采用单位面积功率法计算用电负荷，并参照用电手册中的需要系数取值（如表1），同时功率因素取值为cosψ=0.9，确保高压侧供电质量满足用电规范要求。在考虑预留远期电力负荷增长的同时，也要兼顾目前投资节约的经济性，因此变压器的负载率确定为β=70%为宜。另外为保证重要负荷供电，按主供负荷变压器容量25%左右的比例设置保障负荷变压器容量。根据公式（1）（2）（3）计算结果如表2所示。

Pc—计算负荷（有功功率），kw;

Pe—单位面积功率（负荷密度），W/r';

A—建筑面积，m2

Kx—需要系数

S—变压器的计算容量，KVA

COSψ—功率因数，COSψ=0.9

Se—变压器装机容量，KVA

β—变压器负载率，β=70%

2电网规划

由于高校用电的可靠性安全性的要求相对较高，同时还需兼顾投资的经济性和后期的维护成本。因此，本用电规划以双回路10kV高压电源供电为宜，通过环网柜机械电气闭锁开关调整10kV母线I段和母线II段同时工作，互为备用。设置一座10kV开闭所，六座10/0.4kV配电站，总装机容量为45800kVA，其中包含保障负荷装机容量8800kVA，共计29台变压器。10kV双回路主接线图如图1所示。

2.110kV开闭所设置

根据AB大学校园占地面积、总体规划、供电半径以及本文中计算出的用电负荷、装机容量等，考虑由市电二个不同的110kV变电站同时向AB大学校园开闭所提供10kV电源。10kV电源分别接入开闭所母线I段和II段，母线I段和II段独立运行，当I段或II段母线停电或故障检修时，可通过开闭所开关调整互为备用。开闭所按无人值班有人值守和配电网络自动化设计，选用的开关设备配置智能接口、配置直流电动操作机构和直流电源。

AB大学校园配电网的建设以安全可靠为原则，以开闭所为中心采取放射式的供电方式向校内六个10/0.4kV配电站供电。各配电站采用完全双电源供电，每个配电站设置保障负荷变压器，10kV高压回路进线设置机械电气闭锁开关。

2.210/0.4kV配电站设置

10/0.4kV配电站位置的设置，应按校园内建筑组团和建筑功能分区来确定，并控制供电半径不应大于500米，以有效控制压降，提高供电质量。对变压器装机容量较小的3#、4#配电站考虑将配电站附设于建筑物内，不另外建设配电站建筑物，这样可接近负荷中心，方便电源进出线和设备的运输。对变压器装机容量较大的1#、2#、5#、6#配电站，宜采用设置独立配电站，配电站与周边建筑物的间距要符合防火间距要求和电磁辐射间距要求。

2.3电缆选择及敷设

根据本规划的计算负荷和变压器配置容量，同时参照《中国南方电网城市配电网技术导则》和《10kV及以下业扩受电工程技术导则（试行）》中的规定，本规划10kV主干电缆选用型号为YJV22-8.7/15KV-3x400mm'，电缆载流量约为610A。为确保高压电缆的运行安全，市电变电站10kV高压出线端应安装负控装量，该二回路负控装量的整定电流均暂定为300A。

电缆敷设前应进行必要的试验。高压电缆用2500V兆欧表摇测绝缘电阻，阻值一般不应低于400兆欧，低压电缆用1000V兆欧表摇测绝缘电阻，阻值一般不应低于10兆欧，试验完成后才可进行敷设。

电缆敷设不采用综合管廊的方式敷设，拟采用排管直埋敷设或电缆沟敷设的方式，并与给排水，弱电、消防等其他需要敷设的管线同期进行敷设。

电缆管道在穿越道路时应选用镀锌钢管，穿越非道路时可选用环氧树脂玻璃纤维管;每一回路电缆预留通信管道和电缆备用管各一根;每隔50米至60米设电缆检查井一座，同时在电缆接头处、分支处、转弯处、落差较大处、横跨街道处也应设置相应电缆检查井;电缆的弯曲半径不应大于15D（D为电缆半径）。

3电网自动化

3.110kV开闭所自动化

10kV开闭所采用电脑监控系统，按照无人值班有人值守设计。在开闭所内设置综合自动控制屏，通过集中控制自动化系统和环网柜、配电站中的数据传输单元，实现对配电站遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的功能。开闭所内还设置一台65Ah/220V高频开关电源充电装置和具备数据接口的直流屏，为高压开关柜和自动化机构等提供操作电源。开闭所内二段母线中计量柜的计量装置，按照市电计量标准安装调试，二回路还应装设负控装置。

3.210kV环网柜和10/0.4kV配电站自动化

根据配电网络综合自动化的要求，10kV高压设备选型上均应满足通信协议与南方电网入网许可的监控保护装置一致的通信协议，还应满足基于一致通信协议前提下相同接口的DTU装置（数据传输单元）。在10/0.4kV各配电站中还应设置电压互感器柜，输出电压为交流200V，为高压开关柜操作提供电源。

3.3可视化传输

在开闭所和各配电站安装高清监控探头，在开闭所值班室内装设视频存储和显示设备。值守人员可通过自动化系统和可视化监控对各配电站高压设备远程操作，实现对配电站的有效管理、负荷切换、整定电流调整等。

4结束语

本文根据AB大学占地面积、总规划设计和有关用电数据等，分析了各类型建筑的用電负荷指标，提出了用电负荷计算方法和计算过程。同时对完全双电源10kV供电网络系统进行较为详细的阐述，并画出了主接线图，提出了供配电网络综合自动化的思路，为类似新建大学在用电规划设计中提供有益参考。

参考文献

[1]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].北京：中国电力出版社，2005.

[2]电线电缆载流量[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3]中华人民共和国住房与城市建设部，主编.GB50052-2009《供配电系统设计规范》[S].北京：中国计划出版社，2010.

[4]赵蕾，张玲。校园建筑供配电系统设计探讨[J].建筑电气，2017，36（07）.

[5]顾洁，陈章潮，张焰，任年荣，张式训.城市电网变压器负载率取值研究[J].电力系统及其自动化学报，1995（04）.