1、滨江世纪城住宅小区供电工程设计探讨滨江世纪城住宅小区供电工程设计探讨 1、 概述：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
2、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（GBJ 16-87）、
3、火灾自动报警系统设计规范（GB 50116-98）、汽车库、修车库、停车场设计防火规范（GB 50057-97）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10 kV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。2.2配电房（箱式变电站）的设置配
4、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
5、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35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800 kVA及以上的
6、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800 kVA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1.25 MVA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1.25 MVA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600 W、冰箱200W、空调2500W、微波炉
7、或电饭煲1800W、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810kW。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
8、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
9、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
10、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10kV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
11、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。3.1.1 10kV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
12、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
13、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612kW，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35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
14、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
15、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
16、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
17、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26kV31kV。氧化锌避雷器（MOA）的标称电压为195kV21kV，对于10kV油浸变压器绝缘通常是按35kV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1min，显然只有选用MOA作为过电压保护才是合理的。箱式变电站开环点要求：环网在运行中，通常在某点用负荷开关断开网络形成两个独立的链状树干式供电
18、系统，此断开点称开环点。开环点分为正常开环点和故障开环点。开环点的设置能保证单电源网络两端断路器不会同时断开（提高供电的可靠性）。双电源网络，因两路电源电压的数值和相位不可能完全一致，闭环运行将引起环流，增加供电线路能耗，故环网供电系统一般都是开环运行。选择开环点应使断口两端电压的数值和相位相差最小。具体实现此原则最通常的方法是：首先假设环网为闭环运行，通过计算找出由两端电源供电的变电所，求出功率分界点的位置，此功率分界点即为环网的正常开环点。如果出现有功功率与无功功率分界点不一致时，多因在高压线路中的电压损耗主要是由无功功率所引起，故此时应选择无功功率分界点作为正常开环点。一般功率分界点不会
19、恰好落在某两个变电所之间。因此，只能通过计算，选择两端累计功率差值较小的点作为正常开环点。当然，在实际运行中，若发现实际运行功率与设备功率之间有差异，就应将正常开环点的位置加以调整，使环网运行于最佳状态。为了防止误操作形成闭环，在环网柜中设有闭锁装置。由物业管理人员负责控制，禁止其它人员随意操作。3.1.3低压配电网设计优化该部分设计较为简单，要求新建居住小区低压供电半径不应超过250m；居住区内公共用电设备总容量在250kW或变压器容量在160kVA以下者采用低压方式供电，超此容量，原则上按高压供电方式；实施一户一表等3。常规方案：在符合基本要求的同时，满足正常人工抄表功能即可。优化方案：考
20、虑配网自动化发展，预留配网自动化通讯管孔、配网自动化设备装设位置及通讯线路位置。即居住小区内设置配电变压器，装设配电信息综合采集装置；集中表箱装设远程抄表装置，包括具有通讯接口的电能表、数据采集终端等，配网自动化系统与居住小区供配电设施同步建设投运。 3.2变压器容量和台数的选择要确定合适的变压器容量和台数也是件困难的事情。容量选择大了，台数选择多了将造成浪费；而相反，则造成变压器的过载，供电可靠性和安全性又得不到保证。那么，怎样才能做到选择合理？下面以一个实例来探讨这个问题。假设有一个小区有20幢8层楼房，每幢楼有2个单元，每个单元每层有2套住户，即该小区共有住户640户，每套住宅面积从90
21、150m2不等。下面用两种方法来确定该小区的总用电量。3.2.1单位住户负荷预测法根据资料统计，我国住宅电气设计每户计算负荷大概为：近期每户4kW，远期每户为10kW。则该住宅小区总负荷P为：P近期=4kW/户640户=2560kWP远期=10kW/户640户=6400kW3.2.2单位面积法根据资料介绍的经验值，我国住宅电气设计住户的单位面积计算负荷大概为：近期每m2为35W，远期每m2为90W。由于该小区各户的面积不等，为方便计算，这里取每套住宅面积为120m2作为平均值，则该住宅小区总负荷P为：P近期=35W/m2120m2/户640户=2688kWP远期=90W/m2120m2/户64
22、0户=6912kW根据以上两种计算方法得出的结果，现取P近期为2600kW，为6500kW。由于住宅小区内居民的作息时间不同，而取同时系数为0.4，则折算后该住宅小区的总负荷P为：P近期=26000.4=1040kWP远期=65000.4=2600kW考虑到变压器的经济运行及功率因数，取变压器最佳负荷率k为0.85，功率因数cos为0.75，则变压器容量S应为：S=P/(kcos)S近期=1040/（0.850.75）=1631kVAS远期=2600/（0.850.75）=4078kVA通过以上计算，加上考虑该小区总面积较大，因而在区内2个地方各建一座配电房，每座配电房各供10幢楼房，近期选用
23、2台1000kVA变压器，每座配电房各立1台，这样可以满足近期及近若干年负荷的增加，而远期再各增加1台1000kVA变压器就可以满足本小区居民的用电。3.3住宅进户线及室内电气设计为保证用电安全，住宅小区内应采用TNCS，TNS或TT系统；住户进户线必须采用三线制进线，即引至住户的电源线必须有火线、中性线和保护地线。根据GB500961999住宅设计规范中当前线路必须采用符合安全和防火要求的敷设方式配线，导线应采用铜芯导线，每套住宅进户线截面不应小于10mm2。因此，目前引至住户的电源线采用3根10mm2的铜芯导线，有条件或大面积的住户采用3根16mm2的铜芯导线，以后随着住户负荷的增长再考虑
24、更换截面积更大的导线。进户线大多是明敷设的，以后更换难度不高，费用也较低，而大部分住宅室内导线则是暗敷设，以后要更换难度较大，费用也较高，同时又影响美观。因此室内电气线路设计不能片面强调节约，而应该有一定的超前意识。我们可以借鉴国外经验并结合我国实际来合理设计室内住宅的电气线路。每套住宅电气线路的分支数不应少于5回；空调电源、插座电源和照明电源应分路设计；厨房及卫生间的插座电源宜设独立回路；空调电源回路导线截面积不应小于4mm2，其它回路不应小于2.5mm2。室内插座设计与室内电气线路设计一样要有超前意识，应考虑未来发展的需要，宜一次性安装完毕。要做到每间房、厅4面墙至少有一个插座，但客厅应适
25、当增加插座数量。室内电气设计的其它方面，如应有过载、过流和漏电保护等其它方面的内容在许多地方的论文有介绍，这里就不再赘述。总之，住宅室内电气设计应有超前意识，宜一次性投资，这样才能避免以后因更换导线或增加插座而产生麻烦、美观等问题，同时能够增大电气安全和防火安全系数。 4、电力监控在小区供配电设计中的应用4.1电力监控系统的设计及应用现有电力网络中设备的运行状态是由设备本身的工作指令来实现的，而与电网运行状态无关，此为被动配电网络；当设备的运行不仅由本身的工作指令来实现，还要由配电网络在自我诊断后，再根据电网能力，负荷重要性，发出设备运行指令，按负荷重要性等级顺序控制运行时为主动配电网络。把一
26、个被动配电网络转变为主动配电网络：要合理地进行电力负荷分配；要把负荷按其重要性分为儿个等级（相对的动态的概念）；要使电力网有“自诊断”能力；要有负荷的控制和调节功能4。4.1.1正常工作状态 首先要使系统工作合理，负荷分配合理：充分地消峰填谷；充分利用变压器的过负荷能力；充分地采用各种技术措施节能。储能。4.1.2发生电力故障状态（如双路电源一路停电，某台变压器发生故障等）智能系统经过监测。分析，判断，确保一级负荷，有效的控制二，三级负荷。 4.2电力监控系统特点系统软、硬件全部模块化，硬件全部智能化。软、硬件设计选择工业级标准，可靠性非常高。整个系统的ICU（智能控制终端）、RTU（远程智能
27、通讯控制器）全部由16位微机组成，这样的集散型监控系统，速度快，实时性好，同机种通讯可靠。 ICU自带CPU，采集周期短，实时性强，系统冗余度高，通讯帧数少，可大大减少通讯误码率。 各系统都是独立工作，互不干扰，实现了控制的硬件系统模块化，采用总线方式可节省缆线和工程费用。 各子系统实现了模块化，进一步提高整个系统的安全及可靠性。 系统可带电插拔，维护、检修更加方便。 4.3系统构成 控制中心安装的设备： 操作台内有主控机、显示器、打印机、键盘、备用电源、抗干扰电源、UPS、接线端子、报警设备等。操作台上有电源开关、遥控开关、遥控按钮、模拟盘电源、开、关指示灯面板等。 本楼控制主机可在楼内值班
28、室，总控制室在变电所内。传感器信号通过总线传至本楼控制主机及总控制主机。对电量进行遥测、遥信、遥控。 现场数据采集和控制设备为ICU，电流变送器，电压变送器等传感器将信号送至ICU，ICU通过RTU与ZTK（智能通讯卡）相连，实现数据的双向传送。ICU通过设在配电系统内的接触器来实现预定程序中对电源的控制。 每套系统可容纳1024个ICU，使系统有极高的可扩展性。 4.4系统设置范围为保证整个小区供电数据采集的一致性。控制的灵活性及负荷的高可调性，宜在每个单体建筑内装设电力监控系统。4.4.1技术实施方面 1本系统在单体建筑的功能 a.监视整个大楼照明、空调及动力的电流模拟量及开关量状态，并与
29、以计录，便于对整个小区负荷予以统计、分析。 b.控制层照明与层空调配电箱间的互投： 楼内公寓的照明和空调采用1，600A封闭毋线供电，每一根封闭母线均负责楼内一半的照明和空调。 当一条封闭母线或进线电源等发生故障或检修时，为保证住户用电的可靠性就需将一条封闭母线的照明负荷投切至另一条封闭母线。由负荷计算表可看出，另一条封闭母线不可能承担起全楼照明和空调的供电任务。此时便可由本系统先将楼内空调负荷切除，然后再将照明负荷投切至正常之封闭母线，然后依据电力监控系统所测算的数值，有计划的将空调负荷重新投入。 c.当非故障状态电力不足时，切除部分空调负荷以保证整个大楼的用电安全，同时避免过负荷对上级变电
30、所出线开关乃至变压器的影响。空调负荷投，切时，可采用循环投、切的方式，避免用户长时间无法使用空调。以保证用户居住的舒适性。 当以上几类情况中供电系统恢复正常时，再由电力监控系统控制，将负荷恢复到正常供电方式，即保证供电可靠性及提高供电等级，也减小了物业管理部门的工作强度。 空调负荷的投，切，均由设在层照明与层空调配电箱内的接触器来实现，这就保证了事故面的减小、系统可调性的提高及操作的灵活性。 2.本系统在变电所的功能 a.根据厂家提供的技术参数，变压器本身在有强迫风冷的情况下，输出容量可提高4050。因此在以电力监控系统的调节作为可靠保证的情况下，可充分利用变压器的过负荷能力。 当一台变压器电
31、源发生故障或检修时，为保证住户用电的可靠性就需将一台变压器的负荷投切至另一台变压。在充分利用变压器的过负荷能力的前提下，电力监控系统对所测得数据进行分析判断，如变压器间互投将可能造成正常变压器过负荷及更大的事故面，便切除部分非重要负荷：如非消防的风机，水泵；如尚不能满足要求，视情况再由楼内电力监控系统将楼内的部分空调负荷切除。然后再将照明负荷投切至正常变压器，并依据电力监控系统所测算的数值，有计划的将空调负荷重新投入。 变压器的保护只有二级，即过流和速断保护，其功能为负荷达至断路器的这两个整定值时，断路器切断电源，由此会造成非预见性停电及较大事故面，给用户带来极大不便。5当采用本系统后，通过监
32、测元件可测算负荷趋势，在事故发生前采用有效调控手段(如以上步骤)予以避免。 当供电系统恢复正常时，再由电力监控系统控制，将负荷恢复到正常供电方式。 b.在小区建设初期，由于有可靠的调控手段作为保证，可有依据的降低变压器报装容量，节约大量初投资。相应带来变电所面积减小，设备投资减少等优点。 3.变压器增容可行报告 当一台变压器发生故障时，另一台变压器就要承担起它的负荷，若无可靠的调控手段作为保证(例如非重要负荷出线开关增设欠压脱扣装置)，在最不利的情况下需投入的负荷2,000A，单台变压器总负荷电流3,500A，有可能出现正常变压器过负荷跳闸的可能。如在各单体建筑内层空调配电箱增设欠压脱舞装置，也只能切除故障变压器中的空调负荷，在最不利的情况下单台变压器总负荷电流2,000A。若再切除正常变压器中的空调负荷会给楼内配电系统带来很多的麻烦，增加系统的复杂程度6。 若
