基于建筑變配電所設計與分析

摘 要：本文結合各民用建筑配電設計的調查與研究，以某綜合辦公樓為對象，根據給定原材料對供電要求及負荷分級、計算負荷、短路電流、無功功率補償、系統方式和變配電站主接線、設備選型、系統保護等相關方面進行了分析、計算或設計。

關鍵詞：負荷計算；配電設計；短路電流；設備選型

中圖分類號：TU852 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

基于該綜合辦公樓的設計要求和環境，綜合考慮變壓器、供電電源以及主接線方式的選擇，可設計如下幾種比較可行的主接線方案：方案I：裝設一臺變壓器，變配電所高壓側由單電源供電，并由高壓側電源線路引出聯絡線至備用電源，或是自備一臺柴油發電機組作為應急備用電源。正常運行時，該臺變壓器負責承擔該綜合辦公樓總的負荷。方案II：裝設兩臺變壓器，變配電所高壓側由單電源供電，采用單母線不分段方式，并由單母線引出聯絡線至備用電源，或是自備一臺柴油發電機組作為應急備用電源，變配電所低壓側采用單母線分段方式接線。正常運行時，兩臺變壓器同時運行，母聯斷路器斷開，兩臺變壓器各承擔一部分負荷。方案III：裝設兩臺變壓器，變配電所高壓側由雙電源供電，采用單母線分段方式，變配電所低壓側也采用單母線分段方式接線。正常運行時，兩路電源可以同時工作，也可以一路電源工作，一路電源備用。兩路電源同時工作時，變配電所高壓側母線斷路器斷開，兩個電源各承擔一部分負荷，變配電所低壓側母聯斷路器也斷開，兩臺變壓器同時運行，各承擔一部分負荷，此時相當于兩路“線路-變壓器”接線形式的配電線路同時運行。兩路電源不同時工作時，高壓側只有一個供電并承擔全部負荷，此時的供電形式類同于方案II，只不過多了一路電源用于應急備用。

該綜合辦公樓帶有少量一級負荷，其余大部分電氣設備均屬二級和三級負荷，以上三種方案理論上均能滿足主接線要求。

采用方案I時經濟性最佳，當變壓器發生故障或檢修時，所有負荷全部停電，此時可以啟用由單母線引出的備用電源或以柴油發電機組為應急電源裝置的備用電源繼續供電。但當線路發生故障或檢修時，變壓器停止工作，所有負荷全部停電，此時就只能啟用以柴油發電機組為應急電源裝置的備用電源。其供電可靠性和靈活性相比其他兩種方案都比較低。

采用方案II時，因為裝設了兩臺變壓器，正常運行時兩臺變壓器互為備用。當任一臺變壓器故障或檢修時，切除部分三級負荷后，閉合母聯斷路器，由另一臺變壓器承擔全部一級和二級負荷，繼續供電。但是一旦供電電源線路發生故障或檢修時，兩變壓器均停止工作，所有負荷全部停電，此時仍需要啟用以柴油發電機組為應急電源裝置的備用電源。采用方案II需要的斷路器數量多，接線比方案I復雜，經濟性能較差，但其可靠性和靈活性相比方案I都有所提高。

采用方案III時，設計中的兩個10kV供電電源相對獨立可靠，可互為備用，也可一用一備。可以滿足供電要求中一級負荷應有雙重電源供電且不能同時損壞的條件，且本工程中沒有特別重要和太多的一級負荷，多為二級及三級負荷，此時供電可靠性已經很高，因此無需再由單母線引出聯絡線至備用電源，也無需再自備柴油發電機組或其他集中式應急電源裝置，省去了備用電源

變壓器容量的選擇。變壓器正常運行時，其負荷率應控制在額定容量的70%～?80%為宜，以提高其運行效率。根據本綜合辦公樓的負荷性質和電源情況，變配電所的變壓器可選擇下列兩種方案：

（1）選用一臺變壓器。若裝設一臺變壓器，型式采用SC9環氧樹脂澆注干式變壓器，而容量根據式推算可知，SNT=400kVA>S′30=330.21kVA，此時變壓器的負荷率約為82.6%，符合要求，即選用一臺SC9-400/10型環氧樹脂澆注干式變壓器。

（2）選用兩臺變壓器。當選用兩臺變壓器時，變壓器的運行方式有兩種。

1）明備用。變壓器的明備用方式即指正常運行時，兩臺變壓器中一臺工作，另一臺作為備用；工作變壓器故障或檢修時，備用變壓器投入運行，并要求承擔全部負荷。

若裝設兩臺主變壓器，型式同樣采用SC9，而容量根據式推算可知，SNT=400kVA>S′30=330.21kVA，任一臺變壓器正常工作時，其負荷率約為82.6%，符合要求，即選用兩臺SC9-400/10型環氧樹脂澆注干式變壓器。

2）暗備用。變壓器的暗備用方式即指正常運行時，兩臺變壓器同時工作，每臺變壓器各承擔一部分負荷量，每臺變壓器容量SNT不應小于（進行無功補償后）總的計算負荷S′30的60%，最好為總的計算負荷S′30的70%左右，若裝設兩臺變壓器型號亦采用SC9，而每臺容量按以上兩式選擇，初步計劃選擇兩臺SC9-200/10型環氧樹脂澆注干式變壓器，能夠滿足上述兩個條件。但是，考慮在本工程設計中，綜合辦公樓頂層的一臺空調室外機的設備容量為221kVA，功率補償后可能超過計劃選定的每個變壓器的額定容量，因此首先要對頂層功率補償后的視在功率進行計算再來選定向頂層供電變壓器的容量。

進行功率補償后，頂層最大計算負荷為 ，故至少應該有一臺變壓器的容量大于 。若設定變配電所低壓側為單母線分段接線，則一臺變壓器只負責向頂層供電，另一臺只負責向其余的樓層供電。故根據推算可選定向頂層供電變壓器的額定容量為250kVA，根據推算可知此時該臺變壓器容量SNT占總的計算負荷S′30的75.7%，正常運行時的負荷率約為81.6%，滿足各項供電要求。除頂層外其余樓層的總負荷量為126.115kVA，考慮到未來5～10年的負荷發展，且低壓電纜經變壓器后分多路埋地引入該建筑的低壓配電室為用電設備供電，電纜線路損耗不容忽視，則根據推算可選擇另一臺只負責向其余樓層供電的變壓器的額定容量為200kVA，根據推算可知此時該臺變壓器容量SNT占總的計算負荷S′30的60.6%，其負荷率約為63.1%，當前變壓器故障或檢修時，此變壓器可以完全承擔該大樓所有一級和二級負荷的電能供應，亦符合各項供電要求。即選用兩臺型號分別為SC9-200/10型和SC9-250/10型的環氧樹脂澆注干式變壓器。

參考文獻：

[1]魏明.建筑供配電與照明[M].重慶：重慶大學出版社，2007.

[2]江萍.建筑電氣數據選擇指南[M].北京：化學工業出版社，2010.