變配電所設(shè)計存在問題綜述

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【摘　要】本文針對筆者多年來在審查10?6?KV配電所及10?6?/0.4KV變電所設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的一些問題，依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要分析，并提出具體的改進(jìn)意見。

【關(guān)鍵詞】變電所  配電所 存在問題 規(guī)范
            10?6?KV配電所及10?6?/0.4KV變電所設(shè)計，是工程建設(shè)中非常普通又非常重要的一項工作，其規(guī)范性和技術(shù)性都很強，許多方面涉及到國家強制性條文的貫徹落實。要做好變配電所設(shè)計既要執(zhí)行國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范和規(guī)程，又要滿足當(dāng)?shù)毓╇姴块T的具體要求，否則會出現(xiàn)種種問題，影響設(shè)計質(zhì)量和工程進(jìn)度。為了做好變配電所的設(shè)計，現(xiàn)將本人在審查我院變配電所設(shè)計圖紙時發(fā)現(xiàn)各種問題中的一部分整理出來，進(jìn)行簡要的分析，與大家相互交流，以便共同提高。
            1.變電所和配電所的名稱
            工程設(shè)計在使用名詞術(shù)語時要力求準(zhǔn)確，不能隨意。在具體項目的設(shè)計文件中不宜籠統(tǒng)使用“變配電所”這一名稱。“變配電所”是變電所和配電所的統(tǒng)稱，僅用于泛指。具體談到某種類別或某一個體時，應(yīng)分別稱為“變電所”或“配電所”。在GB50053－94《10KV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》中，“變電所”的解釋是“10KV及以下交流電源經(jīng)電力變壓器變壓后對用電設(shè)備供電”；“配電所”的解釋是“所內(nèi)只有起開閉和分配電能作用的高壓配電裝置，母線上無主變壓器”。在變電裝置與配電裝置均有時，以升降壓為主要功能?包括附有高、中壓配電裝置?者，稱為“變電所””以中壓配電為主要功能?包括附有3～10/0.4KV變壓器?者，稱為“配電所”。一項工程具有多個變電所時，應(yīng)以所在建筑物的名稱或用流水號對各變電所分別命名。
            2.帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式和系統(tǒng)接地的型式
            根據(jù)國際電工委員會IEC－TC64第312條，配電系統(tǒng)的型式有兩個特征，即帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式?如三相四線制?和系統(tǒng)接地的型式?如TN－C－S系統(tǒng)?。在正式文件中不得把三相四線制的TN－S系統(tǒng)稱為“三相五線制”。在GB50054－95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》?第37頁“名詞解釋”?中已明確指出，“三相四線制是帶電導(dǎo)體配電系統(tǒng)的型式之一，三相指L1、L2、L3三相，四線指通過正常工作電流的三根相線和一根N線，不包括不通過正常工作電流的PE線”。它并進(jìn)一步闡明“TN－C、TN－C－S、TN－S、TT等接地型式的配電系統(tǒng)均屬三相四線制”。在我國低壓配電電壓應(yīng)采用220V/380V。帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式宜采用單相二線制、兩相三線制、三相三線制和三相四線制。
            在設(shè)計文件中，對TN－S與TN－C－S接地型式的劃定有時混淆不清。系統(tǒng)的接地型式一般是就一個變電所或一臺變壓器的供電范圍而言。中性線?N線?和保護線?PE線?僅在局部范圍內(nèi)?如一棟樓或一層樓?分開時，應(yīng)稱TN－C－S系統(tǒng)。TN系統(tǒng)中某一剩余電流保護器負(fù)荷側(cè)電氣裝置的外露導(dǎo)電體單獨接地時，可稱為局部TT系統(tǒng)。
            3.分級分類術(shù)語和標(biāo)準(zhǔn)計量單位
            設(shè)計文件中的各種分級、分類等名詞術(shù)語，應(yīng)與國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，不得混淆。如經(jīng)常使用的術(shù)語：電力負(fù)荷應(yīng)稱為一、二、三級負(fù)荷，這里用“級”不用“類”；防雷建筑稱為一、二、三類防雷建筑物，這里用“類”不用“級”?新的防雷規(guī)范不再分工業(yè)、民用，屋面避雷網(wǎng)的網(wǎng)格大小也應(yīng)以新規(guī)范為準(zhǔn)?；爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域分為0、1、2區(qū)，爆炸性粉塵環(huán)境危險區(qū)域分為10、11區(qū)，火災(zāi)危險區(qū)域分為21、22、23區(qū)，這里均用“區(qū)”不用“級”或“類”；而火藥、炸藥、彈藥及火工品危險場所電氣分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類危險場所，這里用“類”不用“區(qū)”。其他的名詞術(shù)語也應(yīng)正確使用，如在正式文件中應(yīng)使用“斷路器”、“變電所”，而不宜使用“自動開關(guān)”、“變電站”等等，不一一列舉。
            計量單位的標(biāo)準(zhǔn)符號要正確，字母的大小寫不能隨意。如A、V、W、kV、kW、kVA、kvar、lx、km等應(yīng)一律使用法定計量單位，特別要注意單位符號字母的大小寫要正確，凡由人名轉(zhuǎn)化來的單位符號?如A、V、W、N、Pa?和兆以上的詞頭符號?如M、G?均應(yīng)大寫；除此之外，則一律小寫，如kV、MW、kvar、km等。有關(guān)計量單位的資料，可參閱“工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊”第十六章第773～783頁。
            4.對土建的要求
            在GB50053－94《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定了變電所所址選擇和對建筑等有關(guān)專業(yè)的要求，在執(zhí)行中我們還存在不少具體問題，現(xiàn)僅列舉以下幾例略加分析，今后設(shè)計時應(yīng)予以重視。
            1?防火挑檐：車間附設(shè)變電所選用油浸電力變壓器時，有的未在變壓器室大門的上方設(shè)置防火挑檐。在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強制性條文GB50053－94的第6.1.8條，規(guī)定“在多層和高層主體建筑物的底層布置有可燃性油的電氣設(shè)備時，其底層外墻開口部位的上方應(yīng)設(shè)置寬度不小于1.0m的防火挑檐”。
            2?安全出口：有的設(shè)計在長度大于7m的配電室僅設(shè)一個出口或設(shè)兩個出口但靠近同一端。這不符合GB50053－94第6.2.6條的規(guī)定，規(guī)范要求“長度大于7m的配電室應(yīng)設(shè)兩個出口，并宜布置在配電室的兩端”。
            3?梁高：有的設(shè)計在考慮室內(nèi)凈高時未計及梁的高度。由于變配電所的跨度較大，有時梁的高度可達(dá)800mm左右，故在提土建條件層高時應(yīng)考慮梁的高度。
            4?值班室：有的設(shè)計將值班室設(shè)在交通不便的里角。這不符合GB50053－94的第4.1.6條規(guī)定，該條規(guī)定“有人值班的配電所，應(yīng)設(shè)單獨的值班室。高壓配電室與值班室應(yīng)直通或經(jīng)過通道相通，值班室應(yīng)有直接通向戶外或通向走道的門。”
            5?電纜溝：有的變電所內(nèi)雙排布置的低壓配電屏僅在屏底和后側(cè)設(shè)置地溝，兩排屏的溝之間互不連通。為了方便電纜的進(jìn)出和今后線路的調(diào)整，宜將所內(nèi)所有主電纜溝和控制電纜溝均連通。
            6?電纜分界室：有的分界室不滿足供電部門的要求。北京供電局規(guī)定北京地區(qū)的10kV用戶必須設(shè)置電纜分界室作為工程的電源總進(jìn)線室。電纜分界室的位置應(yīng)接近電源進(jìn)線方向，并靠近建筑物的外墻。其面積一般為6m×3.5m即20mm2左右，凈高應(yīng)不小于2.7m，下設(shè)凈高不小于1.8m的電纜夾層，并設(shè)600mm×600mm的人孔和爬梯。電纜分界室在無地下室的建筑物中一般設(shè)在一層；而在有地下室的建筑物中，則不論地下有幾層，電纜分界室均要求設(shè)在地下一層。根據(jù)北京市供電局的規(guī)定，電纜分界室歸北京市供電局管理，故電纜分界室的門應(yīng)向外開向公共走道。
            5.設(shè)備布置 在變配電所的設(shè)備布置方面，我們也存在種種問題，甚至違反強制性條文的規(guī)定，現(xiàn)僅舉列如下：
            1?高、低壓配電系統(tǒng)圖與平面圖不一致。其表現(xiàn)形式有兩種：其一是系統(tǒng)圖與平面圖中柜?屏?的排列順序相反?？聪到y(tǒng)圖時是面向柜?屏?的正面，將其從左至右排列為1、2、3……n；而在平面圖上卻是面向屏的背面，將其從左至右排列為1、2、、3……n，必然弄反了。要避免這一錯誤的關(guān)鍵是在系統(tǒng)圖和平面圖上都應(yīng)面向柜?屏?的正面從左至右按順序排列。
            其二是平面圖上雙排面對面布置的配電屏之間有母線橋，而在系統(tǒng)圖卻未畫出。
            2?低壓配電屏屏前、屏后通道寬度不滿足新規(guī)范要求。如屏后有時僅距墻700mm，抽屜式低壓屏雙排面對面布置時僅相距1800mm。根據(jù)規(guī)范GB50053－94第4.2.9條規(guī)定，低壓配電室內(nèi)成排布置配電屏的屏前、屏后的通道最小寬度為：其屏后通道，固定式和抽屜式均為1000mm；其屏前通道，固定式單排布置為1500mm，抽屜式單排布置為1800mm，固定式雙排面對面布置為2000mm，抽屜式雙排面對面布置為2300mm。只有當(dāng)建筑物墻面遇有柱類局部凸出時，凸出部分的通道寬度可減少200mm。
            3?配電柜?屏?后通道的出口數(shù)量不滿足規(guī)范要求。作為規(guī)范強制性條文，GB50053－94第4.2.6條規(guī)定“配電裝置長度大于6m時，其柜?屏?后通道應(yīng)設(shè)兩個出口，低壓配電裝置兩個出口間的距離超過15m時，尚應(yīng)增加出口。”這一條要強制執(zhí)行的理由，是為了當(dāng)高壓柜、低壓屏內(nèi)電氣設(shè)備有突發(fā)性故障時，在屏后的巡視或維修人員能及時離開事故點。
            4?配電室內(nèi)燈具采用線吊、鏈吊，且安裝在配電裝置的正上方不符合安全要求。GB50053－94第6.4.3條規(guī)定，“在配電室內(nèi)裸導(dǎo)體的正上方，不應(yīng)布置燈具和明敷線路，當(dāng)在配電室內(nèi)裸導(dǎo)體上方布置燈具時，燈具與裸導(dǎo)體的水平凈距不應(yīng)小于1.0m，燈具不得采用吊鏈和軟線吊裝”。因低壓屏頂部布置有母線銅排通常又不封閉，故要執(zhí)行此條規(guī)定。配電室內(nèi)可采用線槽型熒光燈用吊桿安裝。
            5?變配電所內(nèi)設(shè)有接地扁鋼沿墻敷設(shè)，但未設(shè)置臨時接地接線柱。為了方便試驗和維修時臨時接地，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置臨時接地接線柱。接地接線柱的做法可參見國家標(biāo)準(zhǔn)圖集86D563《接地裝置安裝》第25頁。
            6.推薦選用D，yn11結(jié)線變壓器
            最近十年，在TN系統(tǒng)中采用D，yn11結(jié)線組別的變壓器已很普遍，但還有不少工程仍選用Y，ynO結(jié)線組別的變壓器，其原因主要是不清楚前者的優(yōu)點。在GB50052－95《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中第6.0.7條規(guī)定：“在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中，宜選用D，yn11結(jié)線組別的三相變壓器作為配電變壓器”。這里“宜選用”的理由，主要基于D，yn11結(jié)線比Y，ynO結(jié)線的變壓器具有以下優(yōu)點：
            1?有利于抑制高次諧波電流。三次及以上高次諧波激磁電流在原邊接成△形條件下，可在原邊形成環(huán)流，有利于抑制高次諧波電流，保證供電波形的質(zhì)量。
            2?有利于單位相接地短路故障的切除。因D，yn11結(jié)線比Y，ynO結(jié)線的零序阻抗小得多，使變壓器配電系統(tǒng)的單相短路電流擴大3倍以上，故有利于單相接地短路故障的切除。
            3?能充分利用變壓器的設(shè)備能力。Y，ynO結(jié)線變壓器要求中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25％?見GB50052－95第6.0.8條?，嚴(yán)重地限制了接用單相負(fù)荷的容量，影響了變壓器設(shè)備能力的充分利用；而D，yn11結(jié)線變壓器的中性線電流允許達(dá)到相電流的75％以上，甚至可達(dá)到相電流的100％，使變壓器的容量得到充分的利用，這對單相負(fù)荷容量大的系統(tǒng)是十分必要的。
            因此在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中，推薦采用D，yn11結(jié)線組別的配電變壓器。 7.電纜型號與截面的選擇
            1?電纜選型：YJV型交聯(lián)聚乙烯電纜和VV型聚氯乙烯電纜，是工程建設(shè)中普遍選用的兩種電纜。YJV型交聯(lián)電纜與VV型電纜相比，雖然價格略貴，但具有外徑小、重量輕、載流量大、壽命長?YJV型電纜壽命可長達(dá)40年，而VV型電纜僅為20年?等顯著優(yōu)點，因此在工程設(shè)計中應(yīng)盡量選用YJV型交聯(lián)聚乙烯電纜，逐步淘汰VV型聚氯乙烯電纜。
            2?電纜截面選擇：電纜作為導(dǎo)體的一種，其截面選擇應(yīng)滿足規(guī)范強制性條文GB50054－95第2.2.2條，有關(guān)選擇導(dǎo)體截面應(yīng)符合的四點要求，而我們設(shè)計選用的電纜截面有時卻不符合該條規(guī)范中第一、第二點的要求。
            第一點：“線路電壓損失應(yīng)滿足用電設(shè)備正常工作及起動時端電壓的要求”。電纜截面的選擇除了載流量要滿足計算電流要求外，還應(yīng)按電壓損失進(jìn)行校驗。由于未進(jìn)行電壓損失校驗，我們多次發(fā)現(xiàn)因選用6mm2、10mm2截面的電纜作遠(yuǎn)距離配電干線而不能滿足用電設(shè)備端電壓要求的錯誤，因此應(yīng)進(jìn)行電壓損失計算，用以校驗所選用的電纜截面是否滿足用電設(shè)備端電壓的要求。規(guī)范GB50052－95第4.0.4條，對用電設(shè)備端電壓偏差允許值有下列要求：電機機為±5％；在一般工作場所的照明為±5％，遠(yuǎn)離變電所的小面積一般工作場所照明、應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明為＋5％、－10％；其它用電設(shè)備當(dāng)無特殊規(guī)定時為±5％。
            第二點：“按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計算電流。”在執(zhí)行本條時應(yīng)考慮環(huán)境溫度、導(dǎo)體工作溫度，并列系數(shù)等對電纜載流量的影響，尤其是電纜敷設(shè)時并列數(shù)對載流量的影響。如電纜在橋架上無間距配置2層并列時持續(xù)載流量的校正系數(shù)，梯架水平排列為0.65，托盤水平排列為0.55?見92DQ1－77?。有關(guān)電線電纜載流量的各種修正系數(shù)可參見華北標(biāo)《建筑電氣通用圖集》92DQ1－75～77頁。此外，電纜截面的選擇還須適當(dāng)考慮備用設(shè)備的用電和新增設(shè)備的用電。
            8.斷路器選擇與短路電流計算
            在低壓配電系統(tǒng)中用作保護電器的有斷路器和熔斷器兩種。目前我們使用最多的是斷路器，用它來作配電線路的短路保護和過載保護。但是，在選用低壓斷路器時存在不少問題，其中突出的問題是沒有進(jìn)行短路電流計算。
            配電線路短路保護電器的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于安裝處的預(yù)期短路電流。選擇斷路器應(yīng)先計算其出口端的短路電流，但有的設(shè)計者卻沒有進(jìn)行短路電流計算，所選短路器的極限短路分?jǐn)嗄芰Σ粔?，不能切斷短路故障電流。要確定斷路器安裝處的短路電流，可按設(shè)計手冊進(jìn)行計算，但比較煩雜；也可以采用“短路電流查曲線法”來確定計算電流，比較簡便?，F(xiàn)將由上海電器科學(xué)研究所設(shè)計、浙江瑞安萬松電子電器有限公司斷路器產(chǎn)品資料中提供的一種“短路電流查曲線法”附在后面。通過查此曲線，可以較方便地求得任意安裝位置的短路電流近似值。所舉例子的短路點僅為假設(shè)，實際工程設(shè)計中最常用的短路點是選在保護電器的出口端。
            9.斷路器與斷路器的級聯(lián)配合
            低壓配電線路采用斷路器作短路保護時，斷路器的分?jǐn)嗄芰Ρ仨毚笥诎惭b處可能出現(xiàn)的短路電流。但是有時不能滿足此要求。例如：C45N、C65N/H微型斷路器的分?jǐn)嗄芰H分別為6kA、10kA，但其安裝處出口端的短路電流有時可達(dá)15kA甚至更高。這時可用兩路辦法來解決此問題，第一是改用短路分?jǐn)嗄芰Ω叩乃軞嗦菲?；第二是仍選用微型斷路器，利用其與上級斷路的級聯(lián)配合來實現(xiàn)短路保護。但是，進(jìn)行級聯(lián)配合的上下級斷路器的選擇須滿足下列條件：
            1?先決條件是上級斷路器的固有分?jǐn)鄷r間比下級斷路器的全分?jǐn)鄷r間短。也就是說下級斷器出口端短路時，下級未來得及切斷短路電流，上一級先行切斷了短路電流。
            2?下級斷路器雖不能切斷短路電流，但下級斷路器及其被保護的線路應(yīng)能承受短路電流的通過。
            3?越級切斷電路不應(yīng)引起故障線路以外的一、二級負(fù)荷的供電中斷。
            4?上下級斷路器宜采用同一系列的產(chǎn)品，其額定電流等級最好相差1～2級，或根據(jù)生產(chǎn)廠提供的級聯(lián)配合表來選擇。
            現(xiàn)將施耐德電氣公司提供的級聯(lián)配合表附后。
            由此表可見，C65N/H型斷路器可與NS100、NS160、NS250型斷路器進(jìn)行級聯(lián)配合，不能與更大的NS400、N630及以上的斷路器進(jìn)行配合，更不能直接接在變壓器低壓側(cè)框架式主開關(guān)后的母線低壓屏上。
            10.斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)
            GB50054－95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》實施以來，由于設(shè)計人員對規(guī)范的理解和認(rèn)識不一致，因此在設(shè)計低壓配電系統(tǒng)時對斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)的做法也就很難統(tǒng)一。針對這一情況，《電氣工程應(yīng)用》雜志從1999年第一期起，陸續(xù)發(fā)表了多篇國內(nèi)知名專家的專題論文。專家們就國內(nèi)外規(guī)范和IEC標(biāo)準(zhǔn)對斷開中性線及應(yīng)用四極開關(guān)的有關(guān)規(guī)定和做法闡明了各自觀點，使我們獲益不少?，F(xiàn)僅將專家們普遍認(rèn)同，又與我們設(shè)計工作密切相關(guān)的一些觀點整理如下。盡管這些觀點尚未納入國家規(guī)范中，但對我們的設(shè)計工作頗具現(xiàn)實指導(dǎo)意義。
            1?當(dāng)兩個電源間需進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換時，如果兩電源系統(tǒng)的接地型式不同，或者供電變壓器繞組的接線組別不同，則應(yīng)斷開中性線，并采用四極開關(guān)。
            2?IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)隔離中性線。TN－C系統(tǒng)中禁止斷開PEN線。
            3?TN－S系統(tǒng)中，不需要斷開中性線；變壓器低壓側(cè)出口總開關(guān)與母聯(lián)開關(guān)不必斷開中性線；由外部低壓電網(wǎng)向民用建筑物供電的進(jìn)線處，宜隔離中性線?可采用四極隔離開關(guān)等隔離電器，也可采用在中性線上設(shè)置連接片、接線端子或連接匯流排等措施?；每戶住家的入戶線處應(yīng)隔離中性線?大多居民用戶為單相負(fù)荷，采用雙極開關(guān)即可解決問題?。
            4?正常供電電源與應(yīng)急備用發(fā)電機電源間的轉(zhuǎn)換開關(guān)需采用能斷開中性線的四極開關(guān)，并使二者不能并聯(lián)。
            5?在有氣體爆炸危險的1區(qū)及有粉塵爆炸危險的10區(qū)場所，游泳池、浴池等特別潮濕場所，應(yīng)裝設(shè)將中性線和相線一起斷開的隔離電器。
            6?為了在檢修維護時，保護人身安全，必須裝設(shè)隔離電器把帶有危及人身安全的中性線電位隔離。
            綜上所述，我們在變配電所設(shè)計中還存在各種各樣的問題，有待今后改進(jìn)。本人的簡單分析和點滴看法，僅供參考。不當(dāng)之處，請予以指正。