住宅小區(qū)電力工程設(shè)計(jì)分析
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［摘要］社會(huì)的快速發(fā)展使人民對居住條件的要求變得越來越高；而土地的稀缺性使住宅樓越建越高；安全事故的頻發(fā)使國家對供電和消防驗(yàn)收要求越來越嚴(yán)，因此，安全可靠、節(jié)能降耗、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境優(yōu)美的住宅小區(qū)配電系統(tǒng)更顯重要，同時(shí)電力設(shè)計(jì)還必須根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合建筑功能、用電性質(zhì)、計(jì)量方式、負(fù)荷等級、供電半徑、安全距離等來綜合考慮設(shè)計(jì)的方案。在滿足用戶近期用電需求后，還應(yīng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展空間，使得近、遠(yuǎn)期相結(jié)合，統(tǒng)籌規(guī)劃。
［關(guān)鍵詞］10kV電力設(shè)計(jì)；溝通；經(jīng)驗(yàn)分享
1計(jì)算用電負(fù)荷、確定配電容量
用電負(fù)荷計(jì)算方法有：二項(xiàng)式系數(shù)法、利用系數(shù)法、需要系數(shù)法、單位面積功率計(jì)算法，單位產(chǎn)品功率計(jì)算法等。以上方法它們的應(yīng)用范圍各不一樣，而住宅小區(qū)類型、用途也是千差萬別的，所以不同的設(shè)計(jì)人用不同的方法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算與實(shí)際就存在很大出入。目前有許許多多的住宅小區(qū)變壓器容量配置偏大，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，就此增加了用戶投資和用地面積的浪費(fèi)，造成變壓器空載損耗和國家能源損失。
2電氣主接線方式
主接線方式有：單母線、單母線分段行、單母線分段帶旁路停電、雙母線、雙母線帶旁路、雙母線分段帶旁路。以上主接線方式中，單母線、單母線分段使用的較多。小規(guī)模的住宅區(qū)，因?yàn)榕潆娙萘啃 ⒃O(shè)備數(shù)量少，電網(wǎng)單回路供電，且主接線比較簡單。中、大規(guī)模住宅區(qū)一般需要配置開關(guān)站，電網(wǎng)進(jìn)線雙電源供電，配電層級多，必要時(shí)形成環(huán)形供電模式。多種電源切換需要電氣與機(jī)械防誤聯(lián)鎖，應(yīng)急負(fù)荷電源還具備配電房首端和用電現(xiàn)場末端切換。所以設(shè)計(jì)人員要對多個(gè)主接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。選擇可靠性高、操作靈活、技術(shù)先進(jìn)、檢修方便、容易擴(kuò)建、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的方案來實(shí)施。但是有很多工程存在過度設(shè)計(jì)，其中最典型的是回路配置過多，不必要用首端和末端切換的回路，均采用了首、末端切換回路，同時(shí)增加開關(guān)、電纜與電纜保護(hù)管等配套材料，造成殺雞用牛刀，重復(fù)投資。低壓配電線路可根據(jù)容量、配置、用途、距離分別選用放射式、樹干式、環(huán)式及鏈?zhǔn)浇泳€法。
3變電所的設(shè)計(jì)
電力工程設(shè)計(jì)屬于專項(xiàng)設(shè)計(jì)，建設(shè)單位委托工作往往滯后，因此很多大樓結(jié)頂后還未明確配電房的位置和尺寸，經(jīng)常造成返工或工期延誤。所以設(shè)計(jì)人除了有充分的基礎(chǔ)資料以外，還應(yīng)該及時(shí)與建設(shè)單位、建筑設(shè)計(jì)單位、建筑安裝單位進(jìn)行有效的技術(shù)溝通和現(xiàn)場了解。特別要注重設(shè)備安裝空間、安全距離、電纜孔預(yù)留、設(shè)備運(yùn)輸通道、接地網(wǎng)敷設(shè)等情況的檢查。變電所的選址和位置至關(guān)重要，應(yīng)盡量選擇靠近負(fù)荷中心的地方，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗，并能有效減少一次投入，提高電能質(zhì)量。住宅小區(qū)內(nèi)的變電所應(yīng)遵循小容量、密布點(diǎn)、進(jìn)出線方便，考慮電源的進(jìn)線方向，偏向電源側(cè)，且變電所地面必須高出往年最高進(jìn)水位。由于地價(jià)和房價(jià)的不斷攀升，許多建設(shè)單位要求把配電設(shè)施放在地下室，留出更多的銷售面積。我們南方雨水季節(jié)多，所以地下室配電設(shè)備進(jìn)水經(jīng)常發(fā)生，造成長時(shí)間大面積停電。同時(shí)變電所靠居民墻設(shè)計(jì)，下半夜電磁聲干擾投訴的也不少。因此變電所選地址前，一方面要了解氣象部門的歷史最高水位，另一方面要保持居民的電磁干擾距離。盡可能設(shè)置戶外獨(dú)立變電所。同時(shí)不要片面聽取建設(shè)單位的不合理要求。
4主要設(shè)備選擇
4.1高壓開關(guān)柜的分類
4.1.1按照絕緣形式分四種類型第一種采用空氣絕緣的高壓開關(guān)柜，這種高壓開關(guān)柜母線裸露在空氣中，斷路器通常選用瓷柱式或罐式，其特點(diǎn)是外絕緣距離大，占地面積大，造價(jià)成本低，安裝簡單，可以看到明顯斷口，目前大多數(shù)電力用戶均采用這種類型的高壓開關(guān)柜。第二種是混合式高壓開關(guān)柜，也稱為半絕緣開關(guān)柜，這種10kV高壓開關(guān)柜母線裸露在空氣中，開關(guān)選用SF6氣體絕緣介質(zhì)絕緣，因此稱為半絕緣開關(guān)柜。其占地面積較小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。第三種是全絕緣全封閉的10kV高壓開關(guān)柜，簡稱GIS柜。這種高壓開關(guān)柜母線、開關(guān)等高壓帶電部分全部密封在SF6絕緣介質(zhì)中，進(jìn)出線電纜接口采用T型電纜頭連接，真正做到全絕緣全封閉。優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、可靠性高、安全性強(qiáng)、終身免維護(hù)。第四種是新研發(fā)的新一代固體絕緣環(huán)網(wǎng)。該柜主開關(guān)將用環(huán)氧樹脂固體絕緣包覆封裝，開關(guān)一回或者多個(gè)回路組合在柜體內(nèi)，可以選配隔離開關(guān)、接地開關(guān)等配套元器件。該產(chǎn)品國外有35kV和10kV電壓等級，而我國目前開發(fā)的電壓等級在10kV。本產(chǎn)品與氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜相比較，還是有許多優(yōu)點(diǎn)：無氣體泄漏及溫室效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)；對配電室空氣無污染；絕緣性能可靠；免維護(hù)；適應(yīng)地下室較為潮濕的工作環(huán)境；模塊化設(shè)計(jì)占地面積小；產(chǎn)品的組合靈活性強(qiáng)更加有利于拼裝、擴(kuò)展、運(yùn)輸；安裝方式多樣化。
4.1.2按照結(jié)構(gòu)形式分兩種類型固定式和移開式。兩者在柜體結(jié)構(gòu)、使用性質(zhì)、應(yīng)用范圍上均不同。固定式是柜內(nèi)所有的電器元件（如：斷路器或負(fù)荷開關(guān)等）均為固定式安裝的。該柜型較為簡單經(jīng)濟(jì)，柜內(nèi)設(shè)“五防”聯(lián)鎖，檢修時(shí)需要停電，主要用于電源分配。移開式或手車式是柜內(nèi)的主要電器元件（如：斷路器）是安裝在可抽出的手車上的，由于手車柜有很好的互換性，因此可以大大提高供電的可靠性。常用的手車類型有：斷路器手車、計(jì)量手車、隔離手車、PT手車、電容器手車和所用變手車等。主要用于線路、負(fù)載的保護(hù)。供電可靠性要求高的開關(guān)站、大容量電機(jī)、大容量變壓器控制選移開式柜，而住小宅區(qū)配電一般選用固定柜環(huán)網(wǎng)柜配負(fù)荷開關(guān)，但每個(gè)地方性規(guī)定有差異，設(shè)計(jì)時(shí)必須參照當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求。
4.2高壓開關(guān)柜選擇考慮的因素
考慮的使用條件：周圍空氣的溫度；環(huán)境的相對濕度；海拔；地震烈度。選擇的要求：通用技術(shù)要求；對地接地要求；對斷路器要求；對殼體的要求；對“五防”的要求；對限制內(nèi)部電弧故障的要求；二次元器件配置的要求。
4.3變壓器的選擇
變壓器按照冷卻方式分三種，即：油浸變壓器、干式變壓器、充氣變壓器。新建的住宅小區(qū)一般選用干式變壓器。主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，可與高壓柜、低壓柜相鄰安裝在同一個(gè)房間內(nèi)。但是變壓器超負(fù)荷能力低、造價(jià)比油浸變壓器高。容量的確定：變壓器計(jì)算用電負(fù)荷方法參照本文第3點(diǎn)描述。變壓器的最高運(yùn)行效率為63%-67%，對于住宅區(qū)的平穩(wěn)負(fù)荷，變壓器單臺(tái)供電負(fù)荷宜選擇85%。為提高供電可靠性，住宅區(qū)一般設(shè)兩臺(tái)變壓器，低壓側(cè)手拉手通過母聯(lián)開關(guān)聯(lián)通，平時(shí)分列運(yùn)行，每臺(tái)變壓器容量的設(shè)置應(yīng)該要考慮另一臺(tái)停運(yùn)后，能保證一級負(fù)荷正常供電。低壓0.4kV變電室中單臺(tái)容量不宜大于1600kVA，個(gè)別地方供電部門規(guī)定不得大于1000kVA，同一個(gè)變電室不得設(shè)計(jì)2臺(tái)以上的變壓器，但有人設(shè)計(jì)一間安裝4臺(tái)變壓器，空間狹小夏季室內(nèi)溫度極高。干式變壓器常見型號：從絕緣介質(zhì)可分為SCB系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，絕緣材料為環(huán)氧樹脂。SGB系列H級絕緣非包封干式變壓器，絕緣材料為諾麥克紙杜邦漆。從鐵芯材質(zhì)分有硅鋼片鐵芯干式變壓器SCB，SGB系列。非晶合金鐵芯系列干式變壓器有SCBH、SGB系列。而SCB系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器是住宅區(qū)電力工程最常用最適用的選型。
4.4低壓開關(guān)柜的選擇
目前低壓開關(guān)柜常用的為兩種形式，即：固定柜和抽屜柜。固定柜（常用GGD型）比較經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡單、改造方便，但檢修時(shí)容易碰觸周圍帶電設(shè)備，且出線回路少。抽出式開關(guān)柜（常用GCS和MNS型）出線回路多、占用空間少、檢修和替換方便、供電可靠性高、可提供二次接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、有獨(dú)立操作和顯示面板、造價(jià)相對也高，但應(yīng)用廣泛。對于臨時(shí)配電或供電可靠性要求不高的場所，可以選用固定柜。對于高層建筑、多回路輸出、遠(yuǎn)程控制需要或配電室建筑面積有限制的，建議選用抽屜式柜。
5低壓無功功率補(bǔ)償
無功功率補(bǔ)償能提高供電效率，改善供電環(huán)境，降低變壓器及線路的損耗，在電網(wǎng)系統(tǒng)中無功功率補(bǔ)償裝置是一個(gè)非常重要的設(shè)備，所以要合理選用，盡可能做到性能可靠、經(jīng)濟(jì)可行。反之，可能造成無功功率過補(bǔ)或欠補(bǔ)、電壓波動(dòng)或諧波增大等諸多不利因素。無功補(bǔ)償分類：分傳統(tǒng)型和智能型。傳統(tǒng)型是由控制器、保險(xiǎn)器、電容切換繼電器、熱繼電器、電容器組合在一起，根據(jù)補(bǔ)償容量分多支路安裝到成套柜子內(nèi)，根據(jù)投運(yùn)的容量不同又分為等容補(bǔ)償和階梯補(bǔ)償。傳統(tǒng)型造價(jià)較低、維修簡單。但由于投切速度比較慢、切換造成電流沖擊和噪聲、電容器壽命短等缺點(diǎn)所以逐漸被市場淘汰。智能型屬于模塊化，控制元件、保護(hù)元件與電容器融為一體。主要特點(diǎn)是占用空間少、沒有觸點(diǎn)、零電流投切、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)平滑、電容器使用壽命長。智能型又可分普通型和抗諧型。普通型適用無諧波干擾的場所，組合簡單?？怪C型是以△型或Y型低壓電力電容器及串聯(lián)電抗器為主體，配備智能開關(guān)，以簡單開放的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能化低壓無功補(bǔ)償功能，它具備過零投切、保護(hù)、測量、信號指示、聯(lián)機(jī)等系列功能，主要應(yīng)用于有諧波場合的無功補(bǔ)償，能夠可靠運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生諧振，對諧波無放大作用，并在一定程度上有吸收消除諧波的功能。其中串接7%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為5次及以上的電氣環(huán)境；串接14%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為3次的電氣環(huán)境。而隨著變頻器、感應(yīng)爐等電子設(shè)備的普及，諧波的干擾給電網(wǎng)和用電設(shè)備帶來一定影響，同時(shí)小區(qū)居民用電為單相負(fù)荷，三相功率不平衡為常態(tài)，在經(jīng)濟(jì)條件允許情況下智能抗諧型，應(yīng)該更適合住宅小區(qū)配電系統(tǒng)。
6電能計(jì)量方式
公變電能計(jì)量一般設(shè)在配電房變壓器出口端。各住戶計(jì)量分別在單元口或樓層強(qiáng)電井內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一戶一表。公共用電采取出線柜集中計(jì)量，用戶按建筑使用面積分?jǐn)傠娰M(fèi)。商業(yè)用電根據(jù)容量確定，由供電部門審批是否設(shè)獨(dú)立專變和電能計(jì)量表。計(jì)量互感器與表計(jì)均有供電部門提供，設(shè)計(jì)人必須預(yù)留表計(jì)和計(jì)量終端安裝位置。隨著智能小區(qū)的普及，目前大部分新老配電工程均未設(shè)計(jì)智能電能表計(jì)的遠(yuǎn)程抄表數(shù)據(jù)線預(yù)埋和汽車充電樁計(jì)量電路的預(yù)埋。所以只能采取明設(shè)線路來補(bǔ)救，就此線路的交叉布置不利于安全運(yùn)行，也影響住宅小區(qū)的整體環(huán)境。
7結(jié)論
作為設(shè)計(jì)工作者要努力學(xué)習(xí)，善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高設(shè)計(jì)的技術(shù)水平和綜合素質(zhì)。作為設(shè)計(jì)企業(yè)要完善制度建設(shè)。在如何提高施工圖設(shè)計(jì)質(zhì)量上進(jìn)行管理，制定不同的地區(qū)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書；規(guī)范和匯總通用設(shè)計(jì)圖集；促進(jìn)各專業(yè)間的工作配合和資料互享；完善設(shè)計(jì)成品校審制度和本職實(shí)名審簽制度、建立質(zhì)量終身責(zé)任制。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的上崗和在崗技術(shù)培訓(xùn)，以及對新技術(shù)、新材料、新工藝、新規(guī)范的了解把握。只有在設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)公司的共同努力下，才能設(shè)計(jì)出更好的、更完美的作品，來服務(wù)用戶、回饋社會(huì)。
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作者：周忠敏 單位：湖州正輝電力建設(shè)有限公司