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城市10kV配电网建设研究

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!Q Science and Technology Innovation Herald Q: 工程技术 城市1 O k V配电网建设研究 林振晓 (佛山南海供电局大沥配网部 广东佛山 52824 7) 摘要:1 OkV中压配电网在城市电网中具有重要地位。为了进一步提高和完善配电网络质量,文章针对城市1 OkV配电网工程建设中出 现的一些问题进行研究,涉及到供电可靠性、电气设计,优化规划等方面,最后讨论了工程设计中的解决方案。 关键词:配电网 供电可靠性 电气设计 优化规划 、 中图分类号:TM726 文献标识码:A 文章编号:1674—098X(2008)lO(a)一0096—04 1引言 1OkV配电网主干线为闭环接线,开环运行 选用了过载长延时和短路瞬时保护,母线 配电系统是电网的重要组成部分,其 的结构;做到lOkV线路的供电半径不超过 作用是以合适的电压等级将电能输送到用 3km,低压供电半径不超过250m,繁华地区 户端[1】。lOkV配电网是目前我国大部分 不超过150m 。)主干线的导线线径选择为 城市电网的主骨架,在城市电网中占有重 240mm 绝缘导线或者300mm 电缆,并把每 要地位。为了进一步提高配电网络质量, 路出线负荷控制在400A之内。3)每回线路 实现配电网的安全、经济运行,本文研究 配置一定数量(至少2台)的分段开关,对分 了lOkV配电网建设中的供电可靠性、电气 支线路与主干线的联络装设分支开关,并 设计和优化规划等问题,以改善城市电网 且调整好每级开关的保护使之不越级跳 的运行条件,增强地区电网的供电能力,并 闸,做到主干分段、分支隔离的格局。4)每 在最后讨论了工程设计中的解决方案。 个ll0RV变电站都具备3~4条联络线路 (每条转供300A左右),提高转供能力,从而 2城市1 0kV配电网的供电可靠性 达到少停电以提高供电可靠性。市区各变 供电可靠性是衡量配电系统对用户持 电站之间、线路之间实现联络,能相互转 续供电能力的主要指标,体现了配网技术、 移负荷,尽可能压缩故障和检修的停电面 装备水平和企业管理水平。近年来大规模 积,提高供电可靠性。达到变电站一台主 城网改造在一定程度上提高了城市供电可 变停运,而配电线路不停电的目的,从而可 靠性,但受资金等因素限制,多数城市的配 减少约1/3的停电时户数。5)增加线路“手 电系统增长水平仍远低于用户需求增长。 拉手”的网架建设,将现有的线路通过缩 如何预见配电系统常见故障并分析原因从 短供电半径、增加出线等改造,使得线路 而缩短停电检修作业时间,是人们密切关 有充分的裕度,以便当l0kV线路发生故障 注的问题。 和计划停电检修时,可以将负荷转移出去, 2.1 影响用户供电可靠性的因素 最大限度地减少停电面积。6)对电容电流 影响配电网可靠性的因素较多。首先 超过10A的配电网在变电站侧加装自动跟 是城市配电网架结构薄弱,设施老化落后、 踪补偿消弧装置,从而有效降低瞬时接地 电源点建设滞后。其次,因外力破坏、用户 故障的建弧率,防止瞬时性接地故障转化 干预、树木及气候等因素导致的故障性停 为永久性接地故障,极大降低配电网的故 电也是一个主要因素。再次,系统和设备 障跳闸率。7)提高配电自动化水平,缩小 的计划性检修也会影响供电可靠率。此 停电范围。采用配电线路自动化,当配电 外,为了提高供电可靠率而进行的配电网 线路故障时,配电线路上的自动化装置将 建设与改造以及为了满足对客户优质服务 故障隔离和恢复供电。 的承诺要求而安排的接引停电,都会影响 供电可靠率。最后,由于系统电源的供电 3城市1OkV配电网的电气设计 能力不足而要求限电,也会影响供电可靠 目前,配电网已从传统的架空线路为 率。 主的局面向电缆线路发展『3]。同时,一些结 2.2 提高城市配电系统供电可靠性的措施 构紧凑的封闭式设备、聚氯乙烯电缆及氧 提高城市配网系统供电可靠性需要根 化锌避雷器的广泛应用,使原有的一些电 据实际情况,既要考虑技术上的必要性和 气设计尺度不能适应当前电力事业的发展 可靠性,又要考虑经济上的可行性和实用 需求。电网技术的发展要求进一步加大 性,使其达到合理水平[21。可采取如下措施 10kV配电电气设计深度。 优化配电网结构以提高配电可靠性:1)改 3.1 保护电器级间配合的选择和分析 变不合理的电网结构,采用“网格式”网络 在目前的10 kV配电电气设计中,变 结构,实行分区供电以减少交叉跨越。 压器低压侧出线总开关(第一级保护电器) 9 6科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 联络开关选用了过载长延时和短路瞬时保 护,例如采用MW或MT开关配Micrologic 2.0控制单元。低压馈线开关(第二级保护 电器)选用了过载长延时、短路短延时和 短路瞬时保护,例如采用NS型开关。根据 对保护电器选择性动作的基本要求,这样 的保护配置不能完全满足上下级保护的选 择性要求。这是因为变压器低压侧总开 关、母联开关和低压馈线开关间的距离很 近,预期短路电流差别很小,当有此类故障 发生时,3个开关的瞬动保护都将动作,造 成全部低压母线停电,没有实现上下级的 选择性,也不能发挥尽量减小停电面积的 作用,这将严重降低供电的可靠性和安全 性。 为实现变压器低压侧总开关、母联开 关和低压馈线开关之间上下级的选择性, 应满足如下要求:1)变压器低压侧出线总 开关(第一级保护电器)选用过载长延时和 短路短延时保护,母线联络开关选用过载 长延时和短路短延时保护;2)低压馈线开关 (第二级保护电器)选用过载长延时、短路 短延时和短路瞬时保护;3)第一级和第二级 短路短延时,应有一个级差时间,应不小于 0.1~0.2s。这样就很好地避免了上述问 题,不会出现3个开关同时跳开,而是只有 低压馈线开关动作跳开,从而实现了保护 级间配合。 3.2 变压器低压侧出线总开关定值的选择 变压器低压侧出线总开关的作用是保 证低压母线和变压器在允许的运行范围内 工作,在非工况下保护变压器和低压母线 安全。变压器允许过负荷的倍数和时间如 表1所示。定义 为断路器长延时整定值, ,n为额定电流, 为长延时整定时间,乞为 长延时整定值。当变压器在过负荷的状况 下运行时,必须在其允许运行时间内脱扣 器可靠脱扣,跳开断路器。设变压器低压 侧额定电流为 ,断路器长延时整定值为 = ,其中 为可靠系数,变压器低压 侧实际电流为仁 ,其中尉为变压器过 负荷倍数,则z/4= / 。当I/L<t.05时, 鱼: Science and Tech九ology Innovation Herald 工程技术 脱扣器不会可靠脱扣,所以要脱扣器可靠 . 10o 脱扣,必须有Z/4>t.05,即 / >1.o5,其 表2长延时整定值 £ 赢,通过该式可获得常用的变压 脱扣时间随电流,的增大而减小,同时可推 l 变藤辫容 、 长延时熬定值/A 器低压出口处短路电流,如表3所示。 出 < /t.05。 表1变压器允许过 荷的倍数和时间 l 400 630 500 800 * 表3变压器低压侧短路电流计算值 >1 {r:  l 予式变艇器 }l{={没变 器 630 l000 燮£{i器额定 短路阻抗 低眶 搋黪 过负荷 允许持续 过负赫待 允询:持续 800 1250 容壁 kvA 分数 电 ̄IL/kA 倍数 时间,min 数 时闷/min 1000 l600 400 4 14 4 1.2O 60 1.3O l2O 【 3O 45 i 45 80 ] 500 4 {8.O 3.3 变压器低压出口处短路电流计算 l 40 32 1.60 45 可视高压侧为无限大容量计算,则变 630 4 22.7 j.50 l8 i.75 20 压器低压出口处短路电流的计算公式为: 800 6 19.2 I.6O 5 2,∞ jO T S{ 1000 6 24.0 将表1中的过负荷数据 代入 < / 。其中, 为变压器低压侧短路 ’ 1.O5中。在可靠脱扣的情况下,对于干式 电流(ka); 为变压器短路容量(MVA); 3.4变压器低压侧开关分断能力选择 根据变压器低压侧短路电流值,以开 变压器,其低压侧断路器的长延时整定值 为变压器低压侧额定电压(kV)。变压器高 关使用分断能力 不小于短路电流值为原 的可靠系数 应小于1.14,一般取1.1;对 1()o 于油浸变压器,其低压侧断路器的长延时 压侧为无限大系统,可得: ■ 。其 则。同时,充分考虑隔离故障的可靠性和 开关的使用寿命,在实际选择中推荐使用 整定值的可靠系数 应小于1.23,通常取 中,s 为变压器额定容 ̄(MVA);c 为变压 1.2。表2所示为经计算得出的干式变压器 器短路阻抗百分数。根据以上两式可得: 1.25倍短路电流值为基准点, ≥31. 低压侧断路器长延时整定值。 25IK,即只利用开关分断能力的8O%,以减 小开关触点的损耗,延长开关的使用寿命。 3.5并联低压电容补偿装置的选择 低压电容补偿装置是对变压器及以前 的设备和线路上的功率因数进行补偿,其 作用十分重要,对其选型主要考虑可靠性 和经济性这两个因素。从可靠性的角度分 析,对于三角形接法,当出现某相断线时, 断相仍能得到补偿,而星形接法则不行。 从经济性的角度分析,采用电容量 相同 的电容器,三角形接法可提供的补偿容量 为印 =3U2NWC;星形接法可提供的补偿容 图1不同母线出线的环式接线模式 图2不同母线三回馈线的环式接线模式 量为 =U2NWC,其中U 为低压网络额定 电压。可见并联低压电容补偿装置应选择 三角形接法。 3 6并联低压电容补偿装置的保护 母凌 根据施耐德公司在2005年提出的规范 培缝l 《低压空气断路器和负荷开关》,电容器补 { 技 偿装置的开关及导线的长期允许电流不应 罄穗2 坶线 小于电容器额定电流的1.5倍,则,≥1. ’…_… 5Qc/(√3x0.4),其中国 为电容器的无功补 汗雕黏 偿量。经计算得到电容器补偿装置的开关 图3开闭所典型接线模式 图4开闭所公共备用线路接线模式 及导线的长期允许电流值如表4所示。 表4 电容器补偿装置的开关及导线 蹲袋 的长期允许电流值 簿缓 鸳缝 变压器容 电容器 长期允许 艇逡开芙撼 虢mvA Qc/kvar 电流僚,A 架电流 400 i2O 26o 40o 500 】5O 325 400 630 l 8O 390 630 8∞ 240 520 630 图5开闭所扩展接线模式 l000 300 651) 800 图6小规模开闭所 科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 97 2008 N0 28 互 d Technology Innovation Herald 工程技术 4城市1 OkV配电网络优化规划 城市配电网规划主要采用科学的方法  扩展的接线模式如图5所示,开闭所由2个 量设计;电气主接线为lOkV采用单母线、上级变电站分别提供两路电源,采用双侧 单母线分段或线路变压器组接线,380/ 无功 电源双环接线形式。供电容量可以在 220V采用单母线或单母线分段接线;确定规划区何时何地新建或改建何种电力 设施,使得未来的电网能够满足负荷的发 lO000kVA以上。开闭所为箱体结构,也可 补偿采用低压电容器自动补偿方式,按配 展和各种电网技术要求,安全可靠地为电 为土建结构,内部主接线为单母线分段形 变容量的7%~30%选取,保证用电高峰时 力用户提供所需质量的电能,并能满足城 式。采用此种接线模式开闭所,宜建于2座 功率因数达到0.95以上;电气二次部分采 市规划的要求以及环保、美观等其它公众 上级变电站供电范围交界处,可在2座变 用微机型保护,按无人值班设计,预留配网 要求。文章重点探讨lOkV配电网优化规划 中的网络接线模式问题。 电站之间起到转移负荷和增强联络的作 自动化接口,二次电源采用交流220V或直 用,同时应保证较高的供电可靠性。小规 流22OV(110V),直流系统电源应满足全站 模开闭所如图6所示,其主接线采用单母 2h事故放电要求。 4.1 1 0kV网络接线模式 l0kV网络接线模式包括不同母线出线 线形式。这种接线模式的规模较小,一般 的环式接线模式、不同母线三回馈线的环 采用箱体结构,相互串联形成环网。在很 式接线模式、二供一备接线模式和三供一 多情况下,10kV配电室的建设中也包含开 备接线模式。图1所示为不同母线的环式 闭所功能,可以形成环网。 接线模式,该模式的最大优点是可靠性比 单电源线辐射接线模式高、运行较灵活, 5城市IOkV配电工程典型设计方案 适用于负荷密度较大且对供电可靠率要求 5.1 1 OkV开关站设计 较高的地区。线路故障或电源故障时,在 开关站设计分两大系列:一种为配置 线路负荷允许的条件下,通过切换操作可 继电保护装置的lOkV开关站。其中,电气 使故障段恢复供电。但由于考虑了线路的 主接线采用单母线分段接线,2回进线,4~ 备用容量,线路投资将比单电源线辐射接 l2回出线;设备短路电流水平为l6kA、 线有所增加。不同母线三回馈线的环式接 20kA、25kA或31.5kA;主要设备选择为 线模式如图2。从经济的角度分析时,该接 采用真空或SF6断路器(或负荷开关);电气 线模式和不同母线出线的环式接线一样, 二次部分采用微机型保护,按无人值班设 其优点是三条线可以形成互为备用的网架 计,预留配网自动化接口,二次电源采用交 结构。二供一备:陵线模式是将图2中的一 流220V或直流220V(110V),直流系统电源 条线路作为纯备用,其他两条线路的负载 应满足全站2h事故放电要求。另一种为不 率提高到100%,从而提高了线路的供电能 配置继电保护装置的l0kV开关站。其中, 力。三供一备接线模式与两供一备接线模 电气主接线采用单母线或单母线分段接 式类似,即一条线路为三条线路作纯备用, 线;设备短路电流水平为l6kA、20RA或 这三条线路满载运行,4条线路的乎均负载 25kA;主要设备选择为采用负荷开关或负 率为75%。该模式能够充分发挥线路的有 荷开关一熔断器组合设备。 效负载能力,从而减少出线数量并有效利 本文所给的典型设计最多需要20个工 用设备资源。同时,该模式能够保证主干 作日。位于某市城西区的建材市场,其 网络满足N一1安全准则要求,为用户提 10kV区域开关站和10kV用户专用开关站 供可靠性更高的电能。 应用了本典型设计。1OkV区域开关站属网 4.2 1OkV开闭所接线模式 内开关站,可采用中置式KYN28—12型 一般开闭所的典型接线模式如图3所 i0kV开关柜,用户专用开关站10kV侧采用 示。开闭所由上一级变电站提供两路电 断路器和负荷开关混合型的HXGN一12型 源,采用单侧电源放射状接线供电。开闭 开关柜,两开关站均为单母线分段接线方 所可以采用箱体结构,内部主接线为单母 式。地下一层双列布置。两站均按无人值 线分段形式,每段母线设置1回进线,3~4 班考虑,采用测控、保护一体化装置,交流 回出线。在负荷水平相对较高的区域应用 操作,网内开关站二进八出,建筑面积仅为 开闭所,为了增大开闭所的供电容量可以 ll7.26m 。二次电源取自站用变,安装了 采用如图4所示的公共备用供电线路接线 后台机及UPS电源;用户开关站二进十二 模式。每座lOkV开闭所由上一级变电站送 出,建筑面积仅为73.5m ,布置规范合理, 来3路电源,10kV主接线为单母线分段,其 节约空间。该工程于2006年7月开始设计, 中l路进线分别进入10kV一段和二段,是 lO月1 El即投运,运行状况良好。 开闭所的公用备用线路,正常不带负荷,还 5.2 1 0kV配电站设计 有两路进线负荷率可达l00%,总供电容量 在1OkV配电站典型设计中,变压器采 可达到lO000kVA以上,每段lOkV母线‘出 用低损耗变压器,单台容量宜在630kVA及 线可达6至8路,为10kV用户和配电站供 以下,负荷密度大的地区,单台容量不宜超 电。在开闭所典型接线模式的基础上进行 过l00OkVA,变压器土建设施应按最终容 9 8 科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 某市地下二层的配电站采用了本典型 设计,l0kV侧采用中置式KYN28-l2型开 关柜,二进十二出,单母线分段接线;配电 变压器8台(4×1250+3×800+1000kVA), 干式带外罩;0.4kV侧采用单母线或单母 线分段接线,低压开关柜采用抽屉柜GCS 型。不设专门的二次设备间,二次设备与 10kV开关柜同室布置;l0kV开关柜采用双 列布置;低压开关柜与配电变压器采用单 列同室布置。l0kV侧采用微机保护,并装 设了计算机监控装置,二次电源为交流 220V,取自站用变间隔;低压侧采用短路和 过载保护。该工程2005年l2月设计,自2006 年5月投运到目前运行状况良好。 5.3 1 OkV柱上式变压器设计 l0kV配电变压器台主要包括1OkV柱 上变压器、l0kV屋顶变压器和1OkV落地 变压器。lOkV配电变压器台采用低损耗变 压器,选择无功补偿配置。对于10kV柱上 变压器台,变压器容量按400kVA及以下 考虑,分三相变压器和小型单相变压器。 低压配电箱应采用侧挂式或悬挂式安装, 变压器台架及二次接线宜按最终容量一次 建成。10kV落地变压器台应装设安全围 栏。在以前的设计中,完成一座l0kV柱上 变压器台的设计工作约需2个工作日,而 应用本典型设计的直接套用模块,仅需0.5 个工作日,设计工作效率约提高4倍。 5.4柱上开关台设计 柱上开关台可按断路器用途分为联络 开关台、分段开关台、分支开关台(电缆分 支和架空分支);按开关台结构分双杆开关 台和单杆开关台;按开关安装方式分吊装 式和坐装式;按所装杆塔回数分单回路和 双回路。分段开关台装在耐张杆上,分支 开关台装在直线杆上。 5 5 1 OkV电力电缆敷设设计 电缆敷设方式应根据不同电压等级的 电缆线路回路数、电缆截面、芯数和型式 进行选择,主要敷设方式有直埋敷设、排 管敷设、电缆沟敷设、电缆隧道敷设、电 缆过桥、电缆桥架敷设等。对于电缆沟敷 (下转10O页) 2008 N0.28 § 『_ d Technology Innovation Herald 工程技术 e。图形元素中具有要素标识和属性 关联,单位分布图形与电话号码的关联,设 的重要性和使用频率逐渐降低,在空间形 Oracl态分布上呈不均匀性。 标识。另外,由于整个城市的地下管线数 计管线图形与设计管线属性的关联等。数 据量大,数据按l:5000比例尺分区存放在 据集成为数据的有效利用提供了基础。 不同的设计文件中,对应地与不同的数据 (4)市政管线空间数据范围相对固定, 多在规划道路的下面。 (5)在同一空间位置上,依附的管线属 库表连接;在DGN图形文件中,其符号和 4结语 性信息多且复杂。不同的用户其关心的对 线型均按1:500比例尺存放,可按需要缩编 象各不相同。 困难。 (1)昆明市综合地下管线信息系统针对 为其他任意比例尺;文本注记放在点状要 管线的辅助设计、规划审批、竣工测量、数 述信息,通过一系列数据表来描述和管理 计,采用的软件和开发工具比较先进流行, 所有数据,系统用工程来组织数据集。 3.4数据入库和更新 (6)管线埋设于地下,具有隐蔽性,采集 素中处理。在数据库中保存所有数据的描 据入库与保存、数据维护等整个流程来设 (7)时间属性至关重要,是一个四维、 动态的空间信息源。 技术设计合理,同时建立了管线动态数据 库,很好地解决了昆明市管线普查数据的 (8)管线信息的连通关系要求特别高。 (1)地下管线数据一般来源于:以图纸 管理、使用问题,并在近年来各种管线规 (2)通过近几年的系统运行,今后还要  由于上述特点,城市地下管线数据的 和成果表形式保存的历史数据;通过外业 划、施工过程中发挥了积极作用。质量好坏和数据完整性一致是地下管线信 探测采集的数据;存在于其他管线信息系 个具有实用性、先进性、可靠性、安全性、 一是软件的功能还需不断 息系统的建立瓶颈问题之一;同时,开发一 统中的数据;其他形式的数据等。对上面 在两方面加强:各种形式的数据编写特定数据转换软件进 地优化和增加,特别是管线的辅助设计和 网络化的综合管线信息系统,也具有一定 行数据入库处理。 的难度。因此,许多城市管线信息系统建 立都和管线普查联在一起。 3 2管线数据的信息结构 (2)GIS的数据更新是一个复杂的问题, 审批功能;二是管线数据的深加工,包括地 上与地下管线的有机联结、市政管线与庭 地下管线系统同样如此,本系统数据更新 院管线的统一、设计管线数据的入库、管 主要采用:根据更新的范围半自动从数据 线权属单位对管线的专业属性信息要求  根据管线数据的内在特征,将管线实 库中裁剪数据,并定义特定的数据结构来 等。新的管线竣工测量数据与周 体划细分为计算机可以表达的点、线数据 保存此数据;类。 边数据通过人工编辑完全融合联成一体。 参考文献 东南大学出版社,1998. (1)管线点:包括管线附属设施点、特 历史数据与现状数据的替换过程可相互转 [1]区福邦.城市地下管线普查技术.南京: 征点、建(构)筑物中心点等,用一个坐标点 换,以便于历史资料的恢复与查询。 表示。 3 5系统集成 KMPTS系统集成包括数据集成、各子 【2】城市地下管线探测技术手册编写委员会. 城市地下管线探测技术手册.北京:中 国建筑工业出版社,1998. (2)管段:为两相邻管线点之间的连线; 用二个坐标点表示,为直线段。 的集合,多个坐标值构成。 点的集合,一种性质的管线只有一个管网, 有树状和网状两种结构。 3.3数据组织 系统内部功能模块的集成、各子系统间集 在数据集成中,将各子系统数据库的 信息、辅助设计数据、地名信息与电话号 务工作的需要,整合为一个相互关联信息 (3)管线串:若干具有同一属性的管段 成三个方面的内容。 [3]昆明市综合地下管线操作手册(内部资 料),2000. 术研讨交流会论文集(内部资料),2007. (4)管网:同一类性质的管线串及管线 数据,包括管线信息、地形信息、城市基础 [4]中国城市规划协会.全国城市勘测新技 且在同一层,具有有序的拓扑结构。管网 码信息等,按管线信息管理与管线工程业 库。数据集成的内容主要包括:一是建立 不同比例尺图形数据间的索引关系,包括 在KMPIS中,所有管线信息都为要素, 可有零至多项属性值。系统采用混合数据 建立1:500管线图与l:5000管线图,1:500 模型,将图形数据和属性数据分开保存。 地形图与l:25000城市基础地形图间的索 要素的图形数据存放在地图文件中,利用 引关系;二是建立属性数据与图形数据的 MicroStation的DGN图形文件;属性数据存 关联关系,包括管线要素属性数据与管线 放在数据库中,用大型关系型数据库 图的关联,城市基础图与道路名、地名的 (上接98页) 的解决方案,能够为今后城市中低压配电 司.全国民用建筑工程设计技术措施 (电气)【M].北京:中国计划出版社, 2003. 设和电缆隧道敷设方式,要考虑不同电压 网建设和改造提供具体的方法和依据。 等级的电缆同沟或同隧道敷设情况。敷设 方式断面设计应根据不同敷设方式列出常 参考文献 用断面型式和敷设说明。 [1]陈章潮,唐德光.城市电网规划与改造[M] 北京:中国电力出版社,1998. 6结语 本文针对城市lOkV配电网工程建设 [2】牛辉,程浩忠,张焰,等.电网扩展规划的 可靠性和经济性研究综述【J].电力系统 中的供电可靠性、电气设计和优化规划等 自动化,2000,24(1):51~56. 问题进行研究,并讨论了实际工程设计中 [3]建设部工程质量安全监督与行业发展 1 O0 科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 

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