淺析中低壓配電網設計的幾個關鍵問題

廖彬

（廣東南海電力設計院工程有限公司，廣東 佛山 528253）

淺析中低壓配電網設計的幾個關鍵問題

廖彬

（廣東南海電力設計院工程有限公司，廣東 佛山 528253）

中低壓配電網設計是涉及多方面、技術性與規范性要求較高的復雜工作。本文圍繞著配電網設計原則、配電網接線方式、配電線路短路電流計算、選擇并聯低壓電容補償裝置等幾個關鍵問題展開討論，并得出結論。

配電網；配電網原則；接線方式；短路電流；電容補償裝置

隨著社會經濟發展，人們生活水平的提高，對電能質量要求越來越高。供電可靠以及節能降損與配電網設計密切相關。城市配電網設計是電力系統設計中的一種，主要內容包含有網架結構、電壓選擇、系統電氣主接線方案、配電方式、配電裝置和系統保護、接地方式、所址選擇、電力負荷種類及供電要求、負荷的分布變化及預測、短路計算、負荷轉移及計算等，具有規范性和技術性強的特點，要求做到經濟與安全統一，為用戶提供優質的電能。

1 中低壓配電網設計原則及其接線方式問題

作為電力系統的末端，配電網直接與用戶連接，是實現和保障對用戶供電能力與供電質量的終端。因此，在設計時需要根據配電網接線的特點，根據設計原則因地制宜選擇合適接線方式進行規劃設計。接線方式需要遵循適應配電自動化需要的原則；便于運行與維護檢修的原則；為用戶提供優質電能和供電可靠性原則；投資合理、運行成本低的原則。在此基礎上，根據不同場合選擇不同的接線方式。

電源接線方式由單電源輻射式接線和環網接線兩組方式所組成。單電源輻射式接線方式是通過主干路線將單一電源的電能傳輸到多個配電變壓器，實現對配電變壓器供電，這種接線方式呈樹狀，具有結構清晰、投資少、運行方便等特點。每條線路一般都是滿載運行，不存在負荷轉移問題，一旦發生故障就會全部跳閘，供電可靠性較差，主要用于城郊配電網格。

環網接線方式分為單環網接線和雙環網接線兩種。單環網的主干線路在其首末兩端都接有電源，任何的負荷都可以從這兩路電源獲得電能，從而實現環網接線。單環網的主干線路可以是架空線也可以是電纜，一般分為多段，正常情況下一般是從主干線路中間解環運行。但一旦有一側發生故障時，分段開頭迅速運作以恢復非故障段供電。這種具有結構簡單、運行方便可靠、建設周期短的接線方式適用于負荷密度較低、供電可靠性要求高的配電網絡。

盡管單環網有它獨特的優點，但如果配電變壓器出現故障，會損失相當的一部分負荷。而雙環網接線方式配置了兩回主干路線，各個負荷點配有兩臺變壓器，帶有母聯開關，而且還與不同的電源系統連接。一旦某一段主干線發生故障，低壓母線開關就會合上，確保用戶連續供電。雙環網接線一般要求是電纜，與單環網接線方式相比，同樣接線完善、運行靈活，還具有更高的供電可靠性，但投資較高，主干線路和配電變壓器負載率小，適用于市中心的繁華地區和一些對供電可靠性要求極高的用戶配電網絡[1]。

還有一種雙電源雙T形接線，其主干線路分別接入不同的電源和配電變壓器，這種接線方式供電中斷的可能性只會發生在配電變壓器故障，不會出現在主干線路故障。相對而言，雙電源雙T形接線比單電源輻射式接線供電可靠性要高。如果增加配電變壓器及低壓母線配置母聯開關，變成雙電源雙T形兩變壓器接線方式，供電中斷只能當兩臺配電變壓器同時故障才會發生，其供電可靠性不亞于雙環網接線方式。

2 配電線路短路電流計算問題

在供電系統中短路故障往往造成的危害是最大的、也是配電網設計需要重點考慮的問題。對配電網進行短路電流計算，有助于在設計過程中正確選擇和校驗電氣設備，降低短路電流對電力設備造成的損壞程度。但在實際的工程設計中，并不需要十分精確的短路電流計算結果，只需要采用滿足工程設計的要求，取近似值便可以解決問題。

以廣州某一110kV變電站為例，進行短路電流計算。假設配電系統接線圖如圖1所示，其中變電站系統阻抗為0.1833，采用1km的電纜連接，變壓器選用的型號為S9-M-800kVA/ 10.5,10.5/0.4kV,D,Yn11,Uk=4.5%。

圖1 廣州某變電站配電系統接線路

在中壓配電網設計中，計算短路電流就必須要了解如變電站的電壓等級；采用電纜還是架空線連接變電站與配變處、長度參數；主變的數、容量、阻抗電動運行方式及百分比；110kv系統阻抗標么值及系統是否與電廠連接等方面的情況。在圖1中，通過掌握10kV母線短路電流，即可能估算出d2及d3點的短路電流。

10kV母線阻抗標么值用X1表示，線路阻抗標幺值用X2表示，變壓器阻抗標幺值用X3表示，d2點的穩態短路電流用I2表示，d3點的穩態短路電流用I3表示，按基準容量Sj=100MVA，基準電壓Uj=10.5kV；10kV基準電流Ij=5.5kA；0.4kV基準電流，Ij=144.3Ka，電纜計算按0.08Ω/km電抗。通過計算可得：

以上計算非常簡單，可以利用計算結果來對電纜與開關進行校驗，有效地估算出d2、d3兩處的短路電流，有利于在設計中正確選用電力設備。通常情況下變電站10kV母線控制其穩態短路電流在27kA以下，選用高壓開關短路電流大于27kA動作的即可以滿足上述要求。

本工程選擇電纜ZRYJV22-8.7/15kV-3x240mm2，對其校驗：配電站總配變容量為800kVA，母線側最大運行方式下三相電流為21.5012kA，分別按工作電壓選擇、工作電流選擇、三相短路電流熱穩定選擇對該配電站進線進行校驗，預選ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜作為總進線電纜，令Iz=21.5012kA。

按電纜工作的額定電壓選擇可知，電纜額定電壓為8.7/ 15kV，線路額定電壓為6.3/10kV，顯然8.7/15kV≥6.3/10kV，符合要求；按工作電流條件選擇，要求達到電纜額定電流≥該回路最大持續工作電流條件。而配電站總進線回路的最大工作電流為：Imax=（1.05x800）/（√3x10.5）=46.1A,ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜在環境溫度25℃、土壤熱阻系數為2.0時，埋地敷設允許載流量為377A。在35℃環境溫度修正系數：Kt=0.92；當選擇雙電纜并軌，且間距為100mm時選擇修正系統為Kb=0.9；根據廣州的地區土壤條件，設熱阻系數為1.2，那么土壤熱阻修正系數Kp=1.15。根據以上條件可以求得電纜允許的最磊截流量In為：In=0.9x0.92x1.15x377=358.98A＞46.1A?In＞Imax，符合要求；按熱穩定進行校驗就要求所選電纜截面≥電纜最小截面積。由已知條件可知，電纜最大三相短路電流Iz=21.501 2kA，當短路切除時間t取值1.0s，熱穩定系數C取值137時要求電纜最小截面積:

而電源電纜選ZR-YJV22-8.7/15kV-3x240的截面為240mm2，顯然，240mm2＞152mm2。因此，經校驗，預選ZRYJV22-8.7/15kV-3x240電纜滿足相關規程規范要求，可以使用。

3 選擇并聯低壓電容補償裝置問題

配電網電氣設計中的并聯低壓電容補償裝置的選擇與保護也是比較突出的問題，變壓器和線路上的功率因素得到低壓電容補償裝置進行無功補償，作用是非常顯著的。一般情況下，選擇并聯低壓電容補償裝置應當從可靠性和經濟性兩個角度進行考慮。

從可靠性方面來看，三角形接法的優勢在于出現某相斷線時，斷相還可以得到補償，這是星形接法做不到的；從經濟性方面來看，選擇電容量C大小一致的電容器，三角形接法的補償容量是QC=3U2NωC（其中UN表示低壓網絡額定電壓），是星形接法補償量的3倍[2]。因此，無論從可靠性還是從經濟性來看，并聯低壓電容補償裝置采用三角形接法明顯是優于星形接法。

根據《10KV及以下變電所設計規范》（GB50053-94）的相關規范，要求電容器補償裝置的開關及導線的長期允許電流不應小于電容器額定電流的1.5倍。令電容器的無功補償量為QC，那么計算長期允許的電流I應當滿足：

在確定變壓器容量、電容器補償量后，由3-1式可以計算得到電容器補償裝置的開頭框架電流值以及導線長期允許的電流值。

4 結論

配電網設計是個系統的工程，涉及的問題遠不止以上幾點。從目前的趨勢來看，設計要求越來越細化，經濟實用原則越來越突出，這就需要廣大電氣工程師在設計實踐中不斷創新，為用戶提供更優質的電能。

[1]胡立新,張運貴.中壓配電網接線方式分析和組網原則[J].湖北電力，2005(12):5.

[2]李云.配電網無功優化補償的設計與實現[D].中南大學，2011.

廖彬（1986.9—），男，壯族，廣東清遠人，學士，助工，主要從事配網電力設計。

U665

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1003-5168(2014)03-0066-02