琴鸣雅苑住宅小区变配电系统的设计

刘 燕，戴婉佳

（常熟理工学院 电气与自动化工程学院，江苏 常熟 215500）

随着我国经济建设的快速发展,新建住宅小区不断增多，民用大功率、高耗电量的电器被广泛使用.住宅小区变配电所承担着用户电能的供应和分配任务，其供电设计质量关系到居民日常生活用电的安全、可靠与经济，对于提高小区居民的生活质量具有至关重要的作用.

琴鸣雅苑住宅小区地处常熟市沙家浜路与海虞南路交汇点向东200 m处，总建筑面积为117 274.2 m2，小区所有计算容积率的建筑面积约为77 768.6 m2，由住宅部分与公共建筑部分共同组成.其中住宅建筑面积为75 924.22 m2，住宅区配套公共建筑面积为1 844.38 m2.小区有22幢多层住户楼，同时又有社区服务、电梯、消防、地下车库等公共建筑设施.小区由双电源供电，第一路电源由110 kV荷花变10 kV新出线供电；第二路电源由220 kV琴川变10 kV新出线供电.每路进线至小区入口前均设置一台环网箱.两路电源各承担小区一半供电任务，互为备用电源，当其中一路电源发生故障时，另一路电源能立刻进行供电.

为了保证小区居民的用电质量，该小区将设置一所独立10 kV开闭所，两座10 kV变配电室来满足整个小区的供电需求.根据《江苏省电力公司新建居住区供配电设施规划设计导则》《居住区供配电设施建设标准》《35 kV及以下客户端配电室建设标准》等设计规范要求,小区变配电所设计需要分别完成小区负荷计算、电气主接线的设计以及小区综合监控系统等设计内容.

1 住宅小区负荷计算与变压器的选择

1.1 负荷计算

1.1.1 住宅部分的负荷

小区住宅部分建筑面积在120 ～150 m2住户共299户，每户用电容量按12 kW配置.建筑面积在150～200 m2住户共192户，每户用电容量按16 kW配置.住宅用电总容量为299×12+192×16=6 660 kW.

1.1.2 公共建筑部分的负荷

（1）双电源供电区域：楼道公共动力、消控中心、电信机房、广电机房、生活水泵房、消防泵房、人防分区、车库防火分区，总用电容量约2 750 kW.

（2）单电源供电区域：物业用房、养老用房、社区用房、东（西）门卫、景观照明、亮化照明用电设备，用电容量约250 kW.预留电动汽车充电桩96个，每个用电容量7 kW，共计672 kW.预留电瓶车充电桩510个，每个用电容量0.3 kW，共计153 kW.

1.2 供电负荷分配

开闭所的供电区域为：1～3#楼、8～10#楼、15～16#楼、20#楼住宅及公用、26#楼物业用房、社区用房、养老用房、消防泵房、消控中心、电信、广电、景观照明、亮化照明等负荷.

1#变配电室供电区域为：5～7#楼、11～12#楼、17#楼、21#楼住宅及公用、门卫一、部分车库防火分区、部分人防区域、部分充电桩等负荷.

2#变配电室供电区域为：18～19#楼、22～23#楼、25#楼住宅及公用、生活水泵房、门卫二、部分车库防火分区、部分人防区域、部分充电桩等负荷.

1.3 负荷计算

（1）补偿前负荷计算数据

根据《江苏省电力公司新建居住区供配电设施规划设计导则》，负荷计算时住宅配置系数取0.5；公用配置系数取0.8；电动汽车充电桩配置系数取0.3；电瓶车充电桩配置系数取1.

经过计算可得整个小区总的配置容量为：

（2）无功补偿容量的确定

琴鸣雅苑住宅小区补偿前功率因数为0.88.为了使功率因素不低于0.9，且同时需要考虑因功率因数调整而变化的电费标准，故补偿后功率因数取0.93，则无功补偿的计算容量为

选择在低压侧进行集中补偿，同时能够减少变压器的视在功率，从而减少变压器的容量.

以开闭所的无功功率补偿为例，补偿分为两组，每组6路共补和8路分补，共补补偿6×15 = 90 kvar，分补补偿8×5 = 40 kvar.同理可得另外两座变配电室的无功功率补偿.开闭所加变配电室共8组，合计实际补偿1 040 kvar.

（3）补偿后的计算数据

补偿后变压器低压侧计算负荷：

电容器的共补和分补如图1所示.

图1 电容器的共补和分补

（4）变压器容量的确定

由于该小区集中负荷较大，按照《20 kV及以下变电所设计规范》的要求，两条主供电源都采用2台变压器，即小区开闭所装载4台变压器，两座变配电室分别装载2台变压器，共8台变压器.根据负荷计算结果可知变压器容量选择800 kVA为宜，小区变压器台数共计8台.

综合变压器的性能、小区周边环境条件、连接组别和短路阻抗等多个方面进行考虑后，决定选用SCB干式变压器，连接组别D，yn11，变比10.5±2×2.5/0.4 kV，短路阻抗为6%.

2 琴鸣雅苑住宅小区电气主接线设计

由电源接入系统可知，该小区由两路10 kV电源进线，建设一个开闭所和两座变配电室.经技术比较确定开闭所、变配电室高低压侧均采用单母线分段接线的方式，主接线如图2所示.开闭所由2回进线、6回出线、4台主变、2台PT柜及2台分段柜组成.10 kV侧选用16台铠装移开式交流金属封闭开关柜.从开闭所的4条馈线各分两路作为电源引线到两个变配电室，分别给变配电室供电.每个变配电室也是两路电源进线、单母线分段的接线方式.

图2 琴鸣雅苑住宅小区主接线图

变压器低压侧也采用单母线分段的接线方式，通过断路器将线路分成多个独立的线段，以提高供电的稳定性和可靠性.此处以开闭所的1#变、2#变为例，在线路正常工作时母线分段断路器断开，当其中一台变压器出现故障时，就会立刻采用三锁两钥匙的方式，将故障变压器侧断开，母线分段断路器闭合，由正常的变压器带起两段母线的负荷[1]，主接线图如图3所示.

图3 开闭所低压侧接线图

由图2可知该住宅小区电源是由电缆引入的架空线路，在线路终端靠近电缆头的地方装设了避雷器.同时，在变配电所每段母线上都装设了一组避雷器.在变压器低压侧都装设有一组浪涌保护器，在遭遇雷击或者人为操作过电压时用来保护电器，同时还能避免涌流危害.

变压器出线柜采用的是负荷开关+熔断器组合形式.当变压器短路时熔断一相二相跳三相，直接在一次侧就完成了对变压器的保护，这样的保护方式是实际设计案例中比较经典的，相比断路器柜更加经济[2].到两所变配电室的出线柜，则安装了断路器进行线路保护.断路器柜有就地和远方两种模式，可以进行远端操作[3].

琴鸣雅苑住宅小区10 kV电气部分的设计中所涉及的高压电器主要有高压断路器、电压互感器、电流互感器等，选用铠装移开式金属封闭开关柜.高压侧主要设备的型号如表1所示.

表1 琴鸣雅苑住宅小区高压一次设备型号表

3 小区综合监控系统设计

小区还装载了DTU柜，完成对进出线路中电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集和运算，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电.同时开闭所或变配电室按照配网自动化设计，装设DTU柜一个，综合监控柜一个，开闭所或配电室内安装视频探头，按区域设置视频探头主机.开闭所或配电室的门设行程开关，其位置接入DTU.站内所有烟感探测器动作接点接入DTU，如图4所示.

图4 接入DTU的信息

小区设有综合监控系统，监控主机在开闭所、两个配电所各装一个，分别接入照明系统、防盗系统、网络摄像、空调、门禁系统，同时对水位、烟雾、SF6气体、开关位置状态信息进行监控.通过数据信息交换机经由专门的光纤网传输至供电公司小区系统监控后台服务器，从而实现无人监控，大大减少了对人力的需求.图5为小区综合监控系统.

图5 小区综合监控系统

4 结束语

现代经济的快速发展和用电量需求的急剧增加，使人们对现代住宅小区供电可靠性和安全性提出了新的要求[4].小区电气一次系统的计算系数以及配网自动化系统的监视、管理和控制，均纳入现代小区供配电设计质量范畴[5].本文通过琴鸣雅苑住宅小区供电设计实例，对小区用电负荷的计算、变压器容量选择、电气一次接线形式以及小区综合监控系统方案等方面进行设计探讨.阐明现代住宅小区供配电设计具有的特点：

（1）随着人们生活水平的提高，家庭用电负荷不断增加，特别是大功率家用电器的使用，对家用负荷用电标准提出新的要求.本设计中针对两种不同建筑面积的住户，分别按12 kW、16 kW的用电容量配置，以使每户负荷电流可达到50～70 A，满足民用负荷不断增容的要求.

（2）本住宅小区公共建筑部分负荷较原来老小区有所增加的部分有：监控中心、电信机房、广电机房、景观照明、亮化照明用电设备、电动汽车充电桩等.这些负荷类型差异大，供电要求高.在主接线设计中，对监控中心、电信机房、广电机房等按照两路电源供电方案设计.

（3）民用建筑负荷计算中需要系数的大小一直存在争议.不同地区、不同单位、不同设备、不同使用情况、不同工程规模等有较大的差异.本设计在确定变压器容量时，根据《江苏省电力公司新建居住区供配电设施规划设计导则》，住宅配置系数取0.5，公用配置系数取0.8，电动汽车充电桩配置系数取0.3.从设计结果看与实际情况接近，较为合理.

（4）本住宅小区建有一个开闭所、两个变配电室.无论是开闭所主接线还是变配电室主接线均采用两路电源进线、单母线分段的接线方式.这样的接线方式无论从电源端还是馈线端都提高了小区供电的可靠性.

（5）现代住宅小区主要以全封闭管理为主，大量运用技防手段，电子监控设备遍布整个社区.本小区在开闭所或变配电室装设DTU柜一个，综合监控柜一个，开闭所或配电室内安装视频探头.相关数据信息通过交换机经由专门的光纤网传输至小区系统监控后台服务器，从而实现了无人监控，大大减少了对人力的需求.