10k V供配电设计,是工程建设中普通又重要的一项工作,其规范性和技术性都很强,许多方面涉及到国家强制性条文。要做好10k V供配电设计既要执行国家现行的有关规范和规程,又要满足当地供电部门的具体要求,否则会出现种种问题,设计考虑不周除影响设计质量外,对工程进度、施工质量乃至竣工移交后的物业管理都会带来很大的影响。为做好10k V供配电的设计及施工管理,现笔者将在施工管理过程中常见的10k V供配电设计问题整理出来,进行简要的分析,与大家共勉。
这主要影响的是电房的数量及平面布置。如住宅用电,需要明确10k V供电电源后再进行相关的供配电设计,电房的布置才会准确。因为不明确电源点,电气设计师和建设单位就不会知道供电部门在拟建的住宅楼内是否设置开关房,设置的电房是综合房还是公变房。否则将会对施工造成不必要的返工,如曾有一住宅工程,原设计为公变房,但建设单位在电房施工完后才进行用电报装,结果供电部门要求设置综合房,导致已完成的墙体要推倒重做,因为电房要加宽。
在工程设计时要不准确,经常混淆。这主要没有区分好供电部门习惯叫法的用房如开关房(或称开闭所)、专变房、公变房、综合房的含义,开关房只是供电部门调配电源的一类用房,不存在变电的含义,房内都为10k V环网配电柜,一般大少为4m×6m;专变房只是对公共项目来说的电房,如体育馆、医院、酒店等的高压配电房;公变房、综合房一般为住宅类的变配电房,区别就是综合房有分配10k V电源的作用,而公变房没有。上述这些房间的功能不但电气工程师要清楚知道,而且建筑师也应了解,不然往往会造成电气用房的遗漏。如有一房地产项目,电气专业和建筑专业没有沟通好,漏设开关房,造成发展商预留作铺位的首层位置也要拿出来作开关房,但发现时,该铺位已出售,发展商损失惨重(要赔偿给客户)。
这不合理包括多设、漏设、设置位置不对等。电表的设置一般有2类:(1)对供电部门的计费表;(2)物业管理用的内部计费表。而表计设置不合理的地方通常发生在对供电部门的计费表,表现在住宅类的用电和有复合用电性质的综合楼明显一点。如住宅类,对供电部门来说一般只有一户一表住户用电、电梯用电、生活水泵用电、梯灯及公共照明用电按住宅电价收费,其余的用电按非普工业收费;又如一栋综合楼,既有群楼的商业楼层又有塔楼的办公楼层,若办公性质的用电负荷较大,则总的电表就应按办公性质的用电进行报装,另外再报装商业性质用电的子表,否则整栋楼都按商业性质收取电费的话,办公的用户就难以承受。还有就是物业内部计费的分表,物业管理公司和建设单位(或者项目竣工后的接管单位)应在施工图设计时就应提出相应的需求,如楼层分表、较大房间的分表、营业性用房的分表等,以免竣工后再增设。
(1)高压柜的选型,主要问题是开关柜跟变压器的配合问题,现很多设计师动不动就上马真空断路器开关柜,其实当变压器的容量小于等于800k VA时,用负荷开关柜加熔断器的组合,保护既简单,造价也节省。因负荷开关可用于分合额定负荷电流,且具有结构简单、价格便宜等特点,加上熔断器作为附加的保护元件,又可开断短路电流,功能相当于断路器。负荷开关柜好用、价格低,但也不能用过头,特别在双电源进线的切换就不提倡使用。有的设计人员就不信邪,双电源进线也设计成电动型的负荷开关柜进行切换,虽能达到切换的目的,但安全性就比真空开关柜就差多啦!
(2)低压柜的选型,现在低压柜的设计选型一般问题不大,需要注意的是框架开关的极数,如在TN-S系统中,不需要断开中性线;变压器低压侧出口总开关与母联开关应为3极,而正常供电电源与应急柴油发电机(或EPS)电源间的转换开关需采用能断开中性线的四极开关;还有就是要注意低压柜垂直母线的额定电流,因为柜厂生产的低压柜其垂直母线的额定电流一般为1000A,当低压柜供电的负荷大于500k W时,设计应注明要求低压柜垂直母线的额定电流为1600A。以免供电不上或存在发生火灾的隐患。
(3)干式变压器的选型主要是结线组别选的不对,推荐选用D,yn11的结线变压器,在工程上TN系统中采用D,yn11结线组别的变压器已很普遍,但仍有不少工程选用Y,yn0结线组别的变压器,其原因主要是设计人员不清楚前者的优点。推荐选用的理由,主要基于D,yn11结线比Y,yn0结线的变压器具有以下优点:
(1)有利于抑制高次谐波电流。3次及以上高次谐波激磁电流在原边接成△形条件下,可在原边形成环流,有利于抑制高次谐波电流,保证供电波形的质量。
(2)有利于单相接地短路故障的切除。因D,yn11结线比Y,yn0结线的零序阻抗小得多,使变压器配电系统的单相短路电流扩大3倍以上,故有利于单相接地短路故障的切除。
(3)能充分利用变压器的供电能力。Y,yn0结线变压器要求中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%,严重地限制了接用单相负荷的用电容量,影响了变压器供电能力的利用;而D,yn11结线变压器的中性线电流允许达到相电流的75%以上,甚至可达到相电流的100%,使变压器的容量得到充分的利用,这对单相负荷容量大的供电系统是十分必要的。
设备布置方面,也存在设计问题,现仅列举如下:
(1)高、低压配电系统图与平面图不一致。其表现形式有2种:(1)系统图与平面图中柜、屏的排列顺序相反。(2)平面图上双排面对面布置的配电屏之间有母线桥,而在系统图却未画出,或反之。
(2)低压配电屏屏前、屏后通道宽度不满足规范要求。如屏后有时仅距墙700mm,抽屉式低压屏双排面对面布置时仅相距1800mm,规范要求屏后1000mm,抽屉式低压屏双排面对面布置时距2300mm。
(1)电缆选型:YJV型交联聚乙烯电缆和VV型聚氯乙烯电缆,是工程建设中普遍选用的两种电缆。YJV型交联电缆与VV型电缆相比,虽然价格略贵,但具有外径小、重量轻、载流量大、寿命长(YJV型电缆寿命可长达40年,而VV型电缆仅为20年)等显著优点,因此建议在工程设计中应尽量选用YJV型交联聚乙烯电缆,逐步淘汰VV型聚氯乙烯电缆。
(2)电缆的其他特殊要求:一般电缆采用ZR阻燃型,消防类电缆采用NH耐火型,但是耐火型电缆建议不采用矿物绝缘电缆,因为存在造价高、施工困难和绝缘较容易破坏等缺点;还有就是在白蚁高发的广东地区建议增加采用防白蚁的FY型。
(1)室外电缆套管:现许多工程的室外电缆套管设计仍采用镀锌钢管,镀锌钢管主要存在易腐蚀、易拉伤电缆、易产生涡流等缺点。建议过马路电缆套管选用10k V用玻璃钢电力套管,综合考虑电缆的截面大少采用$150,厚度为8mm的规格;在人行道的电缆套管建议选用10k V用PE电力管,规格为$160×8。
(2)穿墙电缆套管:一般设计常见的是在电缆进出电房时预埋SC100或者SC150管,但都没有考虑选用钢性防水套管,往往造成了埋管位置的管外壁漏水,特别在混凝土连续墙,设计应注明采用防水套管(可引用国标号),且应该注明电缆穿过套管敷设完毕后的处理方法,如采用沥青油麻加防水油膏,以防套管外边不漏水而套管内壁和电缆间漏水。
(1)通风给排水专业的配合。通风专业主要是根据变压器的容量和规范的要求算出换气量和换气次数,这个一般的暖通设计问题不大,主要问题是很多设计师在变配电房设计了通风的管道,这既违反了《10k V及以下变配电所设计规范》中与配电无关的管线不能进入电房,又违反了供电部门的运行管理规定,供电部门在验收送电时肯定要求拆除后才给予通过。改进的办法是只设排风口或设轴流风机。排水专业若是干式变压器的话一般不用设施什么消防设施,主要问题是因为现在工程项目设计的时间短和各专业间没有会签,造成排水管的立管或埋地的横出排水管进入电房,加上现实中排水管和10k V供配电的施工是由不同的施工单位来完成,往往在图纸会审时也没有发现,等两家单位施工都差不多的时候才发现问题,这时改起来就比较麻烦。对策是只能做好校审和专业间的会签。
(2)土建专业的配合。土建专业中的结构专业一般问题不大,主要是一般的10k V设备的重量不大,荷载要求不高,主要是建筑专业的配合:
(1)门窗大大小和结构,很多建筑设计师设计的电房门只有1200mm,实际上不少的变压器的设备宽度已达1300~1500mm,到施工时候才发现装好的门不能进设备(土建和电气的施工单位不同),门的结构形式采用成品的不锈钢电房门就行。另外窗不应设计成普通的铝合金、钢塑或塑钢玻璃窗,这类窗当打开状态时电房就存在安全用电的隐患(万一有人爬进),当关闭状态时就造成电房通风效果不好,对设备的运行不利。建议电房只设高低位的铝合金通风百业窗即可,窗的大小要根据通风专业要求的面积进行设计。还有门窗要设置防止小动物进入电房的钢丝网,网孔规格为10mm×10mm。
(2)墙地面的结构和装饰,墙的结构最好采用240砖墙(供电部门的验收要求),墙的装饰采用普通批荡就可,地面最好用现浇混凝土,最好不用水泥砂抹光(易起尘),地面的面层应铺设抛光砖或地板漆,以防尘。天花在原混凝土天花上刷白就行。
(3)防水问题,这是一般设计单位在供配电设计时考虑最不周全的地方;除上文提到的防水套管外,最大的防水问题就是电房地面和电缆沟的防水,现在的电房一般设在建筑物的首层,电房设计一般的做法为挖土--砌筑电缆沟--回填土压实--电房地面施工,这样的做法一是没有考虑地板及电缆沟底层的防水,二就算考虑底层防水效果也一般。建议电房地面(含电缆沟)按地下室底板的做法进行设计和施工,先利用土做地摸,再做防水层,最后浇注钢筋混凝土(地板要和地梁或首层梁一起浇注)。这样整体成型的电房地面和电缆沟的防水效果就会得到大大加强,也不会再出现在很多实际工程的10k V高低设备和高低压电缆都在电缆沟有水的情况下运行,有利于供电的安全和设备使用寿命的沿长。
现在的配电自动化上马的项目越来越多,即俗称的电力监控,但很多的电气设计师仍把电力监控的后台设备和配电房设备放在一起,这不利于管理,建议把电力监控的后台设备和消防控制中心或弱电控制中心放在一起,以理于观察和统一管理。
有关电力系统接地网设计问题探讨
倪华
(佛山市顺德区汇盈电力工程有限公司)
摘
接触电压、跨步电压以及接地网水平导体最优的布置方案进行了分析。
关键词:接地网;优化设计;地表电位;跨步电压;布置方案
随着电力系统容量的不断增大,接地故障发生时流入地网的电流将随之增大。为使接地网的电位升高不超过某一允许值,接地网的面积可能很大,接地网最大对角线长度可达上千米。当变电站接地网面积较大时,接地网网内电位差将会很大,不再满足等电位数学模型。等间距的变电站接地网的地表电位梯度很大、散流不均匀,因此研究变电站不等电位模型接地网的优化布置具有重要的工程意义。国际上最早提出不等间距概念的是德国的Sverak教授。20世纪70年代末加拿大人Walibi开展了地网水平导体优化布置的探讨。1986年,重庆大学陈先禄教授提出了均匀土壤中采用不等间距布置接地网均压导体的规律。
1接地网的不等电位数学模型
计算接地网工频接地参数时,需要同时考虑导体向大地的漏电流,导体轴向电流在导体内电阻和自感上产生的压降以及在其它导体上产生的互感压降。如图l所示,以一个简单的田字形接地网为例。接地网的短路电流从一个边角节点入地,并假设每段导体的漏电流集中在导体中点入地。应用电路理论中的节点分析方法建立节点关联矩阵,利用接地网络可以求得阻抗矩阵z:
这建议跟供电部门有很大关系,也往往是一般电气设计师和建设单位较容易忽视的地方,就是供电部门与建设单位签订的供用电协议方案。现在很多工程都是在设计单位完成施工图后建设单位才进行用电报装,但往往造成修改的工作量较大,因为供电部门的要求较多,有些可能是颠覆性的修改,原设计的施工图跟本不能满足,如电房的设置、表计的设置等。建议在初步设计完成后就应进行用电的报装,因为初步设计后用电的容量
要:本文运用工程实例,对接地网工频参数进行计算,并对不同面积接地网在不同导体根数情况下的计算结果、地表电位分布、
对图1所示电路列出节点电压方程:
则总电位为:
采用点匹配矩量法将(3)式写成矩阵的形式,则有:
漏电流可表示为:
将式(4)代入式(2),并整理后可得:
若将以上方阵分成4块,可得:
由式(7)可得:
以上是不等电位的数学模型,本模型全面地考虑了导体电阻、自感和导体间的互感,故计算结果更符合实际。
2接地网优化布置方案
2.1接地网等电位数学模型下不等间距布置
普通接地网一般采用等间距布置,即接地网导体之间的间
已基本确定,此时建设单位进行用电报装并和供电部门达成初步意向或签订供用电协议方案,对于施工图的设计有很好的指导意义。如是否要设开关房、各类用电性质的划分、各表计的设置要求、电源点等。经过这样过程的设计施工图,无论是对以后减小返工量还是通过供电部门的验收送电,都会打下良好的基础。
以上就是笔者在施工管理过程中发现的10k V供配电设计的常见问题及一些改进的方法和建议,仅供各位同行参考,不当之处,请予以指正。
摘要：依据国家现行规范和标准对施工中常见的10/0.4kV供配电设计问题进行简要分析,并提出具体的改进建议。
关键词：10kV设计,常见问题,改进
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