高校電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

葉新旺

摘要：該文以AB大學(xué)為例，闡述了以工科和科研為主、以農(nóng)林學(xué)科為輔的大學(xué)校園的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。在通過(guò)用電負(fù)荷等級(jí)劃分，用電負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算和分析，并結(jié)合校園建筑使用功能和用電需要系數(shù)的基礎(chǔ)上提出了10kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

[關(guān)鍵詞]新校區(qū)負(fù)荷計(jì)算配電規(guī)劃開(kāi)閉所配電站自動(dòng)化

黨的十九大報(bào)告提出“加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)（雙一流）”，中國(guó)高等教育進(jìn)入了新的發(fā)展階段。根據(jù)國(guó)家高等教育政策的調(diào)整，擬在東南沿海地區(qū)新建一所“雙一流”大學(xué)，命名為AB大學(xué)。如何在校園建設(shè)前期優(yōu)化用電規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保在校園投入使用后具備安全、可靠、合理、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的用電環(huán)境是本文要解決的問(wèn)題。

1用電負(fù)荷預(yù)測(cè)

AB大學(xué)校園占地850畝，建筑面積約38萬(wàn)m2，計(jì)劃容納學(xué)生總數(shù)為12000人。

1.1用電負(fù)荷等級(jí)劃分

用電負(fù)荷等級(jí)是根據(jù)《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》和《電網(wǎng)建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)條款的規(guī)定，按用電性質(zhì)和重要程度進(jìn)行劃分的，分為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)負(fù)荷。AB大學(xué)校園建設(shè)包含綜合樓、圖書(shū)館、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、科研樓、國(guó)家級(jí)科研大樓、文化中心、室內(nèi)體育館、專(zhuān)家公寓、學(xué)生公寓、食堂、醫(yī)療服務(wù)站和其他附屬用房等，圖書(shū)館藏書(shū)量按100萬(wàn)冊(cè)以上設(shè)計(jì)。

一級(jí)負(fù)荷為：高層建筑的消防、給排水、走道照明、應(yīng)急照明、電梯、安防系統(tǒng)、電子通訊等用電，圖書(shū)館的安防系統(tǒng)和圖書(shū)檢索系統(tǒng)用電，科研大樓超低溫培養(yǎng)室用電，國(guó)家級(jí)科研大樓用電。

二級(jí)負(fù)荷為：二類(lèi)高層建筑的消防用電，給排水、通道照明、應(yīng)急照明、電梯等用電，食堂大樓的主要設(shè)備和應(yīng)急照明用電，公共教室和圖書(shū)館閱覽室及主要通道照明用電，圖書(shū)館珍惜書(shū)本庫(kù)照明及空調(diào)用電。

三級(jí)負(fù)荷為：一、二級(jí)負(fù)荷以下的其他負(fù)荷。

1.2用電負(fù)荷指標(biāo)確定

根據(jù)AB大學(xué)校園設(shè)計(jì)總平圖和有關(guān)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，并考慮到用電規(guī)劃的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)型、可靠性和可持續(xù)性以及用電負(fù)荷等級(jí)劃分等情況，在用電負(fù)荷計(jì)算的方法上應(yīng)準(zhǔn)確合理的選用單位面積功率（或負(fù)荷密度）和需要系數(shù)相結(jié)合的方法對(duì)校園用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)參照各類(lèi)用電手冊(cè)和圖集的相關(guān)數(shù)據(jù)以及AB大學(xué)各學(xué)院和各科研院所等所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定用電負(fù)荷指標(biāo)如表1所列。

1.3用電負(fù)荷計(jì)算及分析

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，結(jié)合AB大學(xué)校園建設(shè)規(guī)模，同時(shí)考慮預(yù)留未來(lái)5-10年對(duì)電力負(fù)荷的發(fā)展預(yù)期（變壓器容量預(yù)留30%的欲度），進(jìn)行用電負(fù)荷計(jì)算。

采用單位面積功率法計(jì)算用電負(fù)荷，并參照用電手冊(cè)中的需要系數(shù)取值（如表1），同時(shí)功率因素取值為cosψ=0.9，確保高壓側(cè)供電質(zhì)量滿足用電規(guī)范要求。在考慮預(yù)留遠(yuǎn)期電力負(fù)荷增長(zhǎng)的同時(shí)，也要兼顧目前投資節(jié)約的經(jīng)濟(jì)性，因此變壓器的負(fù)載率確定為β=70%為宜。另外為保證重要負(fù)荷供電，按主供負(fù)荷變壓器容量25%左右的比例設(shè)置保障負(fù)荷變壓器容量。根據(jù)公式（1）（2）（3）計(jì)算結(jié)果如表2所示。

Pc—計(jì)算負(fù)荷（有功功率），kw;

Pe—單位面積功率（負(fù)荷密度），W/r';

A—建筑面積，m2

Kx—需要系數(shù)

S—變壓器的計(jì)算容量，KVA

COSψ—功率因數(shù)，COSψ=0.9

Se—變壓器裝機(jī)容量，KVA

β—變壓器負(fù)載率，β=70%

2電網(wǎng)規(guī)劃

由于高校用電的可靠性安全性的要求相對(duì)較高，同時(shí)還需兼顧投資的經(jīng)濟(jì)性和后期的維護(hù)成本。因此，本用電規(guī)劃以雙回路10kV高壓電源供電為宜，通過(guò)環(huán)網(wǎng)柜機(jī)械電氣閉鎖開(kāi)關(guān)調(diào)整10kV母線I段和母線II段同時(shí)工作，互為備用。設(shè)置一座10kV開(kāi)閉所，六座10/0.4kV配電站，總裝機(jī)容量為45800kVA，其中包含保障負(fù)荷裝機(jī)容量8800kVA，共計(jì)29臺(tái)變壓器。10kV雙回路主接線圖如圖1所示。

2.110kV開(kāi)閉所設(shè)置

根據(jù)AB大學(xué)校園占地面積、總體規(guī)劃、供電半徑以及本文中計(jì)算出的用電負(fù)荷、裝機(jī)容量等，考慮由市電二個(gè)不同的110kV變電站同時(shí)向AB大學(xué)校園開(kāi)閉所提供10kV電源。10kV電源分別接入開(kāi)閉所母線I段和II段，母線I段和II段獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)I段或II段母線停電或故障檢修時(shí)，可通過(guò)開(kāi)閉所開(kāi)關(guān)調(diào)整互為備用。開(kāi)閉所按無(wú)人值班有人值守和配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，選用的開(kāi)關(guān)設(shè)備配置智能接口、配置直流電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和直流電源。

AB大學(xué)校園配電網(wǎng)的建設(shè)以安全可靠為原則，以開(kāi)閉所為中心采取放射式的供電方式向校內(nèi)六個(gè)10/0.4kV配電站供電。各配電站采用完全雙電源供電，每個(gè)配電站設(shè)置保障負(fù)荷變壓器，10kV高壓回路進(jìn)線設(shè)置機(jī)械電氣閉鎖開(kāi)關(guān)。

2.210/0.4kV配電站設(shè)置

10/0.4kV配電站位置的設(shè)置，應(yīng)按校園內(nèi)建筑組團(tuán)和建筑功能分區(qū)來(lái)確定，并控制供電半徑不應(yīng)大于500米，以有效控制壓降，提高供電質(zhì)量。對(duì)變壓器裝機(jī)容量較小的3#、4#配電站考慮將配電站附設(shè)于建筑物內(nèi)，不另外建設(shè)配電站建筑物，這樣可接近負(fù)荷中心，方便電源進(jìn)出線和設(shè)備的運(yùn)輸。對(duì)變壓器裝機(jī)容量較大的1#、2#、5#、6#配電站，宜采用設(shè)置獨(dú)立配電站，配電站與周邊建筑物的間距要符合防火間距要求和電磁輻射間距要求。

2.3電纜選擇及敷設(shè)

根據(jù)本規(guī)劃的計(jì)算負(fù)荷和變壓器配置容量，同時(shí)參照《中國(guó)南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》和《10kV及以下業(yè)擴(kuò)受電工程技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中的規(guī)定，本規(guī)劃10kV主干電纜選用型號(hào)為YJV22-8.7/15KV-3x400mm'，電纜載流量約為610A。為確保高壓電纜的運(yùn)行安全，市電變電站10kV高壓出線端應(yīng)安裝負(fù)控裝量，該二回路負(fù)控裝量的整定電流均暫定為300A。

電纜敷設(shè)前應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)。高壓電纜用2500V兆歐表?yè)u測(cè)絕緣電阻，阻值一般不應(yīng)低于400兆歐，低壓電纜用1000V兆歐表?yè)u測(cè)絕緣電阻，阻值一般不應(yīng)低于10兆歐，試驗(yàn)完成后才可進(jìn)行敷設(shè)。

電纜敷設(shè)不采用綜合管廊的方式敷設(shè)，擬采用排管直埋敷設(shè)或電纜溝敷設(shè)的方式，并與給排水，弱電、消防等其他需要敷設(shè)的管線同期進(jìn)行敷設(shè)。

電纜管道在穿越道路時(shí)應(yīng)選用鍍鋅鋼管，穿越非道路時(shí)可選用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維管;每一回路電纜預(yù)留通信管道和電纜備用管各一根;每隔50米至60米設(shè)電纜檢查井一座，同時(shí)在電纜接頭處、分支處、轉(zhuǎn)彎處、落差較大處、橫跨街道處也應(yīng)設(shè)置相應(yīng)電纜檢查井;電纜的彎曲半徑不應(yīng)大于15D（D為電纜半徑）。

3電網(wǎng)自動(dòng)化

3.110kV開(kāi)閉所自動(dòng)化

10kV開(kāi)閉所采用電腦監(jiān)控系統(tǒng)，按照無(wú)人值班有人值守設(shè)計(jì)。在開(kāi)閉所內(nèi)設(shè)置綜合自動(dòng)控制屏，通過(guò)集中控制自動(dòng)化系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)柜、配電站中的數(shù)據(jù)傳輸單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電站遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視的功能。開(kāi)閉所內(nèi)還設(shè)置一臺(tái)65Ah/220V高頻開(kāi)關(guān)電源充電裝置和具備數(shù)據(jù)接口的直流屏，為高壓開(kāi)關(guān)柜和自動(dòng)化機(jī)構(gòu)等提供操作電源。開(kāi)閉所內(nèi)二段母線中計(jì)量柜的計(jì)量裝置，按照市電計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)安裝調(diào)試，二回路還應(yīng)裝設(shè)負(fù)控裝置。

3.210kV環(huán)網(wǎng)柜和10/0.4kV配電站自動(dòng)化

根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)綜合自動(dòng)化的要求，10kV高壓設(shè)備選型上均應(yīng)滿足通信協(xié)議與南方電網(wǎng)入網(wǎng)許可的監(jiān)控保護(hù)裝置一致的通信協(xié)議，還應(yīng)滿足基于一致通信協(xié)議前提下相同接口的DTU裝置（數(shù)據(jù)傳輸單元）。在10/0.4kV各配電站中還應(yīng)設(shè)置電壓互感器柜，輸出電壓為交流200V，為高壓開(kāi)關(guān)柜操作提供電源。

3.3可視化傳輸

在開(kāi)閉所和各配電站安裝高清監(jiān)控探頭，在開(kāi)閉所值班室內(nèi)裝設(shè)視頻存儲(chǔ)和顯示設(shè)備。值守人員可通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)和可視化監(jiān)控對(duì)各配電站高壓設(shè)備遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電站的有效管理、負(fù)荷切換、整定電流調(diào)整等。

4結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)AB大學(xué)占地面積、總規(guī)劃設(shè)計(jì)和有關(guān)用電數(shù)據(jù)等，分析了各類(lèi)型建筑的用電負(fù)荷指標(biāo)，提出了用電負(fù)荷計(jì)算方法和計(jì)算過(guò)程。同時(shí)對(duì)完全雙電源10kV供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述，并畫(huà)出了主接線圖，提出了供配電網(wǎng)絡(luò)綜合自動(dòng)化的思路，為類(lèi)似新建大學(xué)在用電規(guī)劃設(shè)計(jì)中提供有益參考。

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