提高某大型電視工程項目供電可靠性的措施分析

朱飛劍

（中央電視臺，北京 100020）

0 引 言

隨著經濟的發展和人們生活條件的改善，電力作為城市發展的重要支柱，供電可靠性越來越重要。供電可靠性是指供電系統持續供電的能力，是考核供電系統電能質量的重要指標，反映了電力工業對國民經濟電能需求的滿足程度[1]。電力工業水平已經成為衡量一個國家經濟發達程度的標準之一。

近些年，大型民用建筑項目如雨后春筍般生長，這些建筑對提高城市的整體形象、促進國民經濟的健康發展發揮了極大的作用。因此提高項目的供電可靠性尤為重要，這不僅需要電力系統供給可靠的電源，也需要項目工程的配電系統配置合理可靠，以期更好地發揮這些項目的經濟效益和社會效益[2]。本文結合某大型電視工程項目，對提高大型民用建筑項目供電可靠性的措施進行了論述和分析。

1 工程項目概述

某大型電視工程總占地面積約20萬m2，為1個獨立的園區，內有4個單體工程，總建筑面積約63萬m2，其中一個是服務樓。該體量很大、政治地位很高，對國計民生影響大。如果中斷供電，將嚴重影響肩負了重大政治任務的正常工作，因此該工程的電力負荷確定為一級負荷。

為了確保該工程的供電可靠性，在供電部門的支持和配合下，在服務樓專設了一座室內110/10 kV兩級電壓用戶變電站為該工程供電。市政提供的供電電源共有3路，其中2路常用電的電壓等級為110 kV，另一路備用電的電壓等級為10 kV，3路電源由不同的市網引入。根據用電負荷統計和計算，考慮到用電負荷等級高，主變額定容量的選擇應有較大的冗余度，確定內設2臺110/10.5 kV、63 MkV主變壓器，平時2臺主變分列運行，各承擔50%的用電負荷；當一路常用電故障時，另一臺主變能承擔100%的負荷；當2路110 kV常用供電線路均故障時，第3路10 kV備用電源將自動投入，為該工程的供電。

此外，還設有柴油發電機組，作為工程中重要的工藝負荷和為其服務的DFU空調機組2級備用電源，因此設2臺2 000 kVA的柴油發電機組作為自備電站，發電機的輸出電壓等級為10 kV。

2 工程項目電氣主接線

該110/10 kV用戶變電站的主接線示意如圖1所示。

圖1 主接線示意

常用110 kV市電線路較長，2臺主變也不需要經常切換，為了增加供電可靠性，故110 kV采用內橋單母線分段接線形式；10 kV采用單母線分段接線形式，3分段，中間為10 kV備用電源母線。

110 kV系統電源側直接接地，主變110 kV中性點設放電間隙及主變投切用接地刀閘，10 kV系統采用經接地變接10 Ω低電阻的接地方式。

該工程主變壓器低壓10 kV側為三角形接法，沒有可以接地的中性點。當中性點不接地系統發生單相接地故障時，線電壓三角形仍然保持對稱，供電系統可以持續對用戶供電1～2 h，并且電容電流比較?。ㄐ∮?0 A），不會引起間歇性電弧，一些瞬時性接地故障能夠自行消失，這樣可以提高供電可靠性，減少停電事故。但隨著城市電網的不斷擴大以及電纜出線的不斷增多，系統對地電容、電流亟劇增加，當單相接地后流經故障點的電容電流較大（超過10 A）時，電弧不易熄滅、容易激發鐵磁諧振過電壓，產生間隙性弧光接地過電壓，可能導致絕緣損壞，使線路跳閘，事故擴大[3]。接地變壓器的作用是為10 kV系統提供一個人為的中性點，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，以減小配電網發生接地短路故障時對地電容、電流的大小，提高配電系統的供電可靠性。

10 kV系統采用放射式，共設有72回饋線，為該項目的4個子項工程供電。其特點是深入負荷中心，線損、壓降?。划敼╇娤到y下級故障發生后，切換操作方便、保護簡單、便于自動化，提高了其供電可靠性。

3 設備參數的選擇

市供電部門提供的110 kV側短路計算值為10.89 kA，故該變電站110 kV側選用耐受短路電流31.5 kA的設備，10 kV側選用耐受短路電流大于20 kA的設備[2]。

主變壓器阻抗電壓取20%。主變壓器10 kV側的額定電流計算公式為

考慮到10 kV母聯開關自投，一個開關柜最多需承擔變壓器容量的110%，即最大電流=3 464 A×1.1=3 810.6 A。按照現有10 kV開關的規格，10 kV進線、母線分段開關均選擇額定電流4 000 A。

所選設備均需滿足短路情況下動、熱穩定的校驗要求。

4 主要設備選擇

4.1 主變壓器

采用容量為63 MVA、電壓為110±8×1.25%/10.5 kV進口的SF6氣體絕緣三相有載調壓電力變壓器。變壓器、冷卻器與本體分體布置，高壓側采用電纜進線方式，低壓側采用母線筒出線方式。

4.2 110 kV配電裝置

采用SF6氣體絕緣全封閉三相共筒式組合電器（Gas Insulated metal-enclosed Switchaear，GIS），設備抗短路水平取40 kA，共7個間隔。全套設備包括2個帶電纜分支的進線開關間隔、2個電壓互感器間隔、2個計量電流互感器（Current Transformer，CT）主變出線間隔、1個母聯開關間隔。

4.3 10 kV配電裝置

采用金屬鎧裝全封閉中置式手車開關柜，柜內安裝VD4型真空斷路器，設備抗短路水平受電及分段回路取31.5 kA，饋電回路取25 kA。其中受電及分段柜內真空斷路器的額定電流為4 000 A，其他柜內真空斷路器的額定電流為1 250 A。

4.4 10 kV無功補償

采用干式并聯電容器成套裝置，每臺主變安裝單相容量6 000 kVA的電容器2組，單星接線，中性點側分別串12%、6%的鐵芯干式電抗器，開口三角電壓保護。電容器組采用干式自愈式高壓并聯電容器，其特點是具有自愈性能，當介質擊穿時，短路電流會使擊穿部位周圍的金屬膜熔化蒸發，從而恢復絕緣，因此具有較高的運行可靠性。

10 kV接地變壓器采用Z型接線干式鐵芯變壓器，當供電系統發生接地故障時，此接地變對正序、負序電流呈現高阻抗性，對零序電流呈現低阻抗性，使接地保護可靠動作。

5 主設備部分

本站按照全戶內式變電站進行設計，地上一層為設備層，地下一層為電纜夾層，主要配電裝置廠房由以下幾部分組成[4]。

5.1 變壓器室、散熱器室及GIS室

變壓器室和散熱器室一字排列，中間110 kV的GIS室安裝電纜進線開關、母聯開關、計量PT及CT、主變電纜出線間隔設備，并留有檢修空間。GIS室、變壓器室及散熱器室廠房層高11.15 m，每間變壓器室及散熱器室之間均設隔墻，主變間上方設置進排風通道。散熱器底部設置進風百葉，頂部設風機。廠房內設置檢修用電動葫蘆，起吊重量3 t。

5.2 10kV配電裝置室

與變壓器相鄰的廠房一層是10 kV配電裝置室。廠房層高11.15 m，安裝10 kV中置式開關柜，開關柜雙列布置，受電柜與變壓器低壓側套管采用封閉母線筒方式聯絡。母線筒上方相應位置設埋件，焊接角鋼，對母線筒進行固定，下部局部加鋼柱支撐，側面局部加鋼架固定。

5.3 電纜隧道及電纜夾層

該變電站廠房設置了層高3.1 m的電纜夾層，在其2側預留電纜隧道口2個：1個與市政電纜隧道相接，用于110 kV常用電電源電纜及10 kV備用保安電源電纜的進入；1個與項目內部電纜隧道相接，作為變電站至各負荷中心的10 kV饋電電纜的出口。110 kV電源電纜在電纜夾層內與GIS組合電器進線電纜終端相連。

6 防雷保護及接地

為了保證變電站正常運行，為該工程提供安全可靠的電源，在站內需按一類建筑配置防雷、接地裝置。

變電站為全戶內型，全部是電纜進出線，10 kV母線上設置防雷電波侵入裝置，在廠房屋頂按規范設置環形避雷帶。

在建筑基礎下水平敷設-50×5銅帶作為接地體，加上部分垂直地級組成復合環形封閉式接地網。因系統短路電流為10 890 A＞4 000 A，故接地電阻值滿足規程要求R≤0.5 Ω。在接地網敷設完成后，施工方應向甲方和設計方出具實測的地網接地電阻值報告。

為進一步提高工程供電系統的安全性和可靠性，土建樓板結構鋼筋應焊接成網，柱內2根鋼筋貫通焊接，并與樓板結構鋼筋及環形接地網可靠連接，且與基礎下的接地網連接。在一層各設備間隔沿墻敷設接地扁鋼，埋件基礎、網欄、電纜支架、電纜橋架等通過接地干線與總接地網連接。

7 設備間的通風

為保證主變、110 kV開關、10 kV配電柜等重要設備的正?？煽窟\行和檢修維護人員的安全，各設備間需要有通風設計特別是GIS室有SF6氣體外溢的可能性[5]。SF6是常態下無色、無臭、無毒、不燃、無腐蝕性的氣態物質，是比空氣和油更好的下一代超高壓絕緣介質材料。發生泄漏時，迅速達到空氣中該氣體的有害濃度，通過電弧的激發，生成了SF4、S2F10、S2F6等有害氣體，這些對人體呼吸系統具有較強的刺激作用，吸入后會出現呼吸困難、喘息、皮膚和粘膜變藍、全身抽搐等窒息癥狀，危害人身安全。SF6氣體的比重是空氣的6倍，容易沉積在地面，故設置低機位排風機排除SF6氣體，排風口盡量貼近地面。內部充有SF6氣體的主變室內也應設排SF6氣體的設施。所有充SF6氣體的電氣設備下的電纜夾層內也應有兼顧事故排煙和排SF6的排風裝置[6]。

8 結 論

該項目已投入使用數年，未發生過供配電故障和事故，實現了安全供電的預期目標。工程應用實踐表明，文中所提及的提高供電可靠性的措施方法切實可行。