住宅小区供电系统设计

1住宅小区供电系统设计1、引言社会经济的快速发展使人们对居住条件的要求越来越高,各式各样的住宅小区层出不穷,在了解了小区的位置、环境、交通及户型等外观后,人们开始更加注重供配电等内在条件的质量。因此,安全可靠、技术先进、经济合理的小区供配电系统显得日趋重要。住宅小区供电方案设计质量直接影响小区可靠用电、节能运行。对新建住宅小区供电方案进行研究分析,在常规方案基础上对10kV电源进线方案、配电变压器配置及布点、低压配电网进行优化设计,提高了供电可靠率,降低了变压器损耗。近几年，全国各地新建住宅小区发展迅速，新建住宅小区以其优美、舒适的居住环境深受广大居民青睐。但是，住宅小区配套电力设施建设由于标准不统一、供电方案不规范等原因，使小区用电可靠性不高、设备运行损耗偏大等问题，在全国各地均有不同程度体现，这影响和谐、节约型社会的构建。在保障住宅小区居民今后用电需求增长前提下，如何提高供电可靠性，降低配电运行损耗，需对供电方案进行深入分析研究。本文从提高小区供电可靠性、提高能效利用水平的思路出发，对住宅小区电力建设供电方案进行优化设计。2、小区的供电2.1负荷等级按我国现有的有关规范规定，凡多层住宅用电均按三级负荷供电，而小区的配套设施如面积较大或带有空调系统的会所、商铺及地下停车库等则应根据《建筑防火设计规范》（GBJ16-87）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50057-97）设置相应的消防设施，且上述消防设备应按二级负荷供电。为小区服务的保安系统、远程集中收费系统、电视、信息网络系统的负荷等级不应低于二级，即宜由二回线供电或地区供电条件困难时，二级负荷可由一路专用10kV架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回路架空线供电。当采用电缆线路时应采用二根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受百分之百的二级负荷。对末端消防设备应采用单独的供电回路，并当发生火灾而切断生活用电时，应仍能保证消防用电，其配电设备应有明显标志。22.2配电房（箱式变电站）的设置配电房由配电室和变压器室组成，高、低压进出线均采用电缆并敷设于电缆沟或电缆保护管内。配电房宜靠近用电负荷中心设置。从小区物业管理方面考虑，小区变配电所应设置在小区会所或专用管理用房内。从小区的建筑特点方面考虑，即住宅群、楼栋之间间距较大，分布分散。可在小区中心会所设高压总配电房，分区、分片设低压配电房。当条件不允许时亦可设置户外箱式变电站，但应注意对小区整体环境的影响和电力变压器躁声对小区住户的影响[1]。如果一些住宅小区公用面积较小，也可以采用预装式变电站(箱式变压器)，这样可以节约用电，但投资比前者大些。2.3高压供电型式杆上变压器形式已逐渐被淘汰，住宅小区户外宜采用带负荷开关的箱式变压器和环网开关柜，低压侧宜采用电缆线路供电，增加供电的可靠性。2.4电能计量电能计量装置应按《中华人民共和国电力法》、《电力供应与使用条例》有关规定进行设计、安装，高层建筑及小区住宅的用电，按一户一表安装电能计量装置，多层建筑电能表应在首层集中安装，高层建筑电能表宜3~5层集中安装。在有条件时宜将住宅用电和其它用电分别独立设置供电变压器，并采取高压总计量，这样可减少供电部门电费收取的工作量。2.5无功补偿小区配电网无功补偿应采用就地平衡方式，可采用分散补偿和集中补偿相结合的方式，分散补偿在用户低压侧装设自动投切电容器，集中补偿在配电变压器的低压侧安装。2.6保护装置配变容量在800kVA及以上的油浸式变压器的高压侧应采用断路器开关柜，应装设电流速断、过负荷、温度、瓦斯、低压零序等保护。配变容量在800kVA以下的油浸式变压器的高压侧可采用高压负荷开关一熔断器组合电器作为保护。配变容量在1.25MVA及以上的干式变压器的高压侧应采用断路器开关柜，容量在1.25MVA以下的干式变压器可采用高压负荷开关一熔断器组合电器作为保护。低压配电线路，应装设短路保护、过负荷保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号。用户用电负荷的确定，根据配网技术导则的要求，负荷计算标准。依据人们的生活习惯，可能同时使用的电器设备有：灯具300W、音响600W、冰箱200W、空调2500W、微波炉或电饭煲1800W、3电视机400W、饮水机(台式制冷)100W、抽油烟机200W、洗衣机200W，其它未知设备（我们假定一个“功率因子”）500W，根据所列设备容量可知，一般单户住宅的设备容量约为7kW，对于高级公寓和别墅的容量应根据情况适当增加，宜取8~10kW。根据人们生活水平的现状，该容量在10年内不会突破。如果偶尔遇到过大的负荷，只要切除一部分用电设备就可以了，况且该种情况并不多见。单元低压配电干线的敷设住宅电气线路的敷设几乎要求暗敷。多层住宅小区一般以单元式、一梯二户设计且多为砖混构成，而现代住宅电气系统多、线路复杂，如照明线路、有线电视线路、电话线路、安防系统等等，因此在进行干线设计时应充分利用楼梯间的有效空间，且强、弱电缆线路宜在楼梯间两侧分开设置，并与建筑、结构专业密切配合。必要时还可以采取一定的土建技术措施如局部墙体增厚抹灰层或局部梁、柱采取加固措施。接地及安全，住宅供电应采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式，但同一低压网不允许采用两种运行系统。TN系统在有些情况下，如线路较长、导线截面较小的情况下，接地故障电流也随之减小，过电流保护电器常常不能满足切断故障回路的时间要求，因此必需采用剩余电流动作保护器和专用PE线作接地故障保护。TT接地系统的电源端中性点直接接地，用电设备金属外壳用保护接地线（PE线）接至与电源接地点无关的接地极。TT系统正常运行时，用电设备金属外壳电位为零。但与TN系统相比，TT系统故障回路阻抗大，故障电流小，过电流保护更难以满足动作灵敏度的要求。在TT系统内每栋住宅楼有其各自分开的接地线和PE线，所以外部危险故障电压不会沿着PE线进入建筑引起电击事故。住宅楼应采用二级等电位保护，整栋住宅楼的总等电位联结，即在建筑物内应将下列导电体作总等电位联结，电气装置接地极的接地干线；建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道；建筑物金属构件等导电体，并接至进入建筑物处的总等电位端子箱。3、供电设计随着人民生活水平的提高，居民家用电器的种类和数量也迅速增加，使生活用电量增长较快，以前住宅电气设计的容量选择及布线等方法已不能适应当前的实际情况，因此有必要就当前住宅小区的电气设计提出一些新的看法。3.1供电可靠性方面旧的住宅小区供电方式一般都在附近10kV变压器台低压侧直接引电源至小区，而且一个变压器台所带的负荷也比较大，大多数变压器台同时供应几个小区和一些零散的住宅群的生活用电，造成变压器台经常过载，在夏季用电高峰期更加严重，经常造成10kV4线路过载跳闸，甚至有时造成变压器过载烧坏。另外，人们对供电可靠性(这里指停电时间)要求也不断提高。因此，我们对新建住宅小区的供电方式应该有所改变[2]。在保障住宅小区居民今后用电需求增长前提下，如何提高供电可靠性，降低配电运行损耗，需对供电方案进行深入分析研究。从提高小区供电可靠性、提高能效利用水平的思路出发，对住宅小区电力建设供电方案进行优化设计，并在小区电力建设实践中应用，取得明显效果。新建住宅小区供电方案包括10kV电源进线、配电变压器配置及布点、低压配电网设计三大部分。供电方案优化设计应在配电设施布置与小区整体规划协调的基础上，在满足小区居民20年负荷发展需求前提下，本着安全、经济、适度超前的原则，提高小区供电可靠性，降低运行损耗。3.1.110kV电源进线方案优化住宅小区外部10kV配电线路应根据当地城市规划或配网规划选用电缆或架空方式供电；对住宅小区内具有高层建筑电梯等一级负荷的，应用双电源方式供电；小区内部使用电缆线路，宜采用开闭所（环网柜）和配电所方式实行环网供电。常规方案：选用一路10kV电源进线引入。优化方案：在具有一二级负荷或400户以上的小区，采用两路10kV电源引入设计；400户以下、规模较小且无一二级用电负荷的小区，可采用一路10kV电源进线设计。通过优化10kV电源进线方案，可达到如下效果：由于住宅小区两路10kV电源进线，提高了小区用电可靠性。是在今后用电负荷发展中，随着10kV线路负荷的增长、变化，可根据两条线路负载情况，调节小区用电至负荷较低线路，降低10kV线路损耗，实现降损节能。缺点是两路10kV电源进线相对一路10kV电源进线投资有所加大。3.1.2配电变压器配置及布点优化配电变压器配置首先要对配电变压器容量进行测算。参考安徽、福建、江苏、上海等地测算标准，居民每户负荷测算在6～12kW，其中沿海发达省份单户配备容量略大于内地省份。在测算时应充分考虑到今后小区用电需求，配电变压器总体配备容量较大，而小区居民用电3～5年内负荷率很低，相当一段时期内变压器“大马拉小车”，空载损耗大，造成能源的浪费。以湘潭地区2004年建设的“金侨世纪花园”高档住宅小区为例，其负荷容量当时测算标准为“90m2以下每户4.4kW，90m2以上每户8.8kW配置，配电变压器容量测算取同时率系数0.7”，现入住率80％左右。经对该小区2007年用电负荷实5测，小区配电变压器在夏季用电高峰期最高负载率在0.45，平常只有0.2左右，小区配变普遍处于“大马拉小车”状态。常规方案：依据负荷测算标准预测总体负荷，按变压器每台500kVA容量测算变压器台数，单台变压器辐射供电，低压不联络。优化方案：考虑小区用电设施建设中电缆线路埋设后难以改变，电缆按满负荷配置；考虑配电变压器多放置在配电房、箱式变电站内，一旦变电容量不足易于调换，在实践中适当缩小容量配置，实现低压联络。即在测算负荷基础上，电缆按满容量配备；配电变压器按单台配电变压器容量630kVA、500kVA进行初步设计，最终设计保持变压器台数不变，将容量下降一个档次配置（例如630kVA配变调换为500kVA配电变压器）；一个配电室（箱式变电站）配置两台变压器，实现低压互联。方案优化实施效果明显，一是配电变压器容量降低，减少了小区电力建设投资，开发商满意；二是通过一个配电室（箱式变电站）配置两台变压器，减少了配电变压器占地面积，美化了小区环境；三是在通过对两台配电变压器实行低压联络，做到“负荷较低运行一台、负荷较高运行两台”的灵活用电方式，变压器利用率提高，空载损耗下降，给供电公司带来直接经济效益；四是提高了供电可靠性，当其中一台配电变压器损坏、检修时，可考虑用一台配电变压器暂代两台配电变压器的居民负荷，缩短了停电时间。配电变压器的技术要求：箱式变电站供电可节省建筑面积、节约投资、安装方便、无人值班。小区是采用箱变的环网供电方式较为合理。开关站加箱变的环网供电方式。开关站为双电源单母线分段系统，两个供电环网起止于两段母线上。平时，联络开关断开运行，当一个电源故障时，联络开关闭合，另一电源带全部负荷运行。此种供电方式，兼有双回路供电与环网供电的优点，大大提高了供电的可靠性，而投资却低于双回路幅射型供电。箱式变电站的过电流保护要求：箱式变电站高压受电设备采用高压负荷开关串接熔断器的环网柜。此种环网柜，用负荷开关投切电路和隔离故障点，用熔断器完成短路保护功能。此种环网柜能在10ms之内迅速切除故障，此时线路和设备所承受的故障电流远未达到故障电流峰值，故对于供电线路和设备无须进行短路电流校验。如何合理选配负荷开关、熔断器与变压器的参数，将是涉及到能否发挥熔断器和负荷开关的使用，以及提高组合电器技术经济指标的重要问题。箱式变电站的过电压保护要求：作为站内变压器和其它高压受电设备的过电压（雷电波或操作过电压）保护，箱变内应设避雷器。因10kV阀型避雷器FZ、FS系列工频放电电压有效值为26kV－31kV。氧化锌避雷器（MOA）的标称电压为19．5kV－21kV，对于10kV油浸变压器绝缘通常是按635kV工频耐压Imin。因此，阀型避雷器和MOA都能有效地进行保护。若采用环氧树脂干式变压器时，由于其绝缘是按28kV工频耐压