基于建筑变配电所设计与分析

摘 要：本文结合各民用建筑配电设计的调查与研究，以某综合办公楼为对象，根据给定原材料对供电要求及负荷分级、计算负荷、短路电流、无功功率补偿、系统方式和变配电站主接线、设备选型、系统保护等相关方面进行了分析、计算或设计。

关键词：负荷计算；配电设计；短路电流；设备选型

中图分类号：TU852 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

基于该综合办公楼的设计要求和环境，综合考虑变压器、供电电源以及主接线方式的选择，可设计如下几种比较可行的主接线方案：方案I：装设一台变压器，变配电所高压侧由单电源供电，并由高压侧电源线路引出联络线至备用电源，或是自备一台柴油发电机组作为应急备用电源。正常运行时，该台变压器负责承担该综合办公楼总的负荷。方案II：装设两台变压器，变配电所高压侧由单电源供电，采用单母线不分段方式，并由单母线引出联络线至备用电源，或是自备一台柴油发电机组作为应急备用电源，变配电所低压侧采用单母线分段方式接线。正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器各承担一部分负荷。方案III：装设两台变压器，变配电所高压侧由双电源供电，采用单母线分段方式，变配电所低压侧也采用单母线分段方式接线。正常运行时，两路电源可以同时工作，也可以一路电源工作，一路电源备用。两路电源同时工作时，变配电所高压侧母线断路器断开，两个电源各承担一部分负荷，变配电所低压侧母联断路器也断开，两台变压器同时运行，各承担一部分负荷，此时相当于两路“线路-变压器”接线形式的配电线路同时运行。两路电源不同时工作时，高压侧只有一个供电并承担全部负荷，此时的供电形式类同于方案II，只不过多了一路电源用于应急备用。

该综合办公楼带有少量一级负荷，其余大部分电气设备均属二级和三级负荷，以上三种方案理论上均能满足主接线要求。

采用方案I时经济性最佳，当变压器发生故障或检修时，所有负荷全部停电，此时可以启用由单母线引出的备用电源或以柴油发电机组为应急电源装置的备用电源继续供电。但当线路发生故障或检修时，变压器停止工作，所有负荷全部停电，此时就只能启用以柴油发电机组为应急电源装置的备用电源。其供电可靠性和灵活性相比其他两种方案都比较低。

采用方案II时，因为装设了两台变压器，正常运行时两台变压器互为备用。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由另一台变压器承担全部一级和二级负荷，继续供电。但是一旦供电电源线路发生故障或检修时，两变压器均停止工作，所有负荷全部停电，此时仍需要启用以柴油发电机组为应急电源装置的备用电源。采用方案II需要的断路器数量多，接线比方案I复杂，经济性能较差，但其可靠性和灵活性相比方案I都有所提高。

采用方案III时，设计中的两个10kV供电电源相对独立可靠，可互为备用，也可一用一备。可以满足供电要求中一级负荷应有双重电源供电且不能同时损坏的条件，且本工程中没有特别重要和太多的一级负荷，多为二级及三级负荷，此时供电可靠性已经很高，因此无需再由单母线引出联络线至备用电源，也无需再自备柴油发电机组或其他集中式应急电源装置，省去了备用电源

变压器容量的选择。变压器正常运行时，其负荷率应控制在额定容量的70%～?80%为宜，以提高其运行效率。根据本综合办公楼的负荷性质和电源情况，变配电所的变压器可选择下列两种方案：

（1）选用一台变压器。若装设一台变压器，型式采用SC9环氧树脂浇注干式变压器，而容量根据式推算可知，SNT=400kVA>S?30=330.21kVA，此时变压器的负荷率约为82.6%，符合要求，即选用一台SC9-400/10型环氧树脂浇注干式变压器。

（2）选用两台变压器。当选用两台变压器时，变压器的运行方式有两种。

1）明备用。变压器的明备用方式即指正常运行时，两台变压器中一台工作，另一台作为备用；工作变压器故障或检修时，备用变压器投入运行，并要求承担全部负荷。

若装设两台主变压器，型式同样采用SC9，而容量根据式推算可知，SNT=400kVA>S?30=330.21kVA，任一台变压器正常工作时，其负荷率约为82.6%，符合要求，即选用两台SC9-400/10型环氧树脂浇注干式变压器。

2）暗备用。变压器的暗备用方式即指正常运行时，两台变压器同时工作，每台变压器各承担一部分负荷量，每台变压器容量SNT不应小于（进行无功补偿后）总的计算负荷S?30的60%，最好为总的计算负荷S?30的70%左右，若装设两台变压器型号亦采用SC9，而每台容量按以上两式选择，初步计划选择两台SC9-200/10型环氧树脂浇注干式变压器，能够满足上述两个条件。但是，考虑在本工程设计中，综合办公楼顶层的一台空调室外机的设备容量为221kVA，功率补偿后可能超过计划选定的每个变压器的额定容量，因此首先要对顶层功率补偿后的视在功率进行计算再来选定向顶层供电变压器的容量。

进行功率补偿后，顶层最大计算负荷为 ，故至少应该有一台变压器的容量大于 。若设定变配电所低压侧为单母线分段接线，则一台变压器只负责向顶层供电，另一台只负责向其余的楼层供电。故根据推算可选定向顶层供电变压器的额定容量为250kVA，根据推算可知此时该台变压器容量SNT占总的计算负荷S?30的75.7%，正常运行时的负荷率约为81.6%，满足各项供电要求。除顶层外其余楼层的总负荷量为126.115kVA，考虑到未来5～10年的负荷发展，且低压电缆经变压器后分多路埋地引入该建筑的低压配电室为用电设备供电，电缆线路损耗不容忽视，则根据推算可选择另一台只负责向其余楼层供电的变压器的额定容量为200kVA，根据推算可知此时该台变压器容量SNT占总的计算负荷S?30的60.6%，其负荷率约为63.1%，当前变压器故障或检修时，此变压器可以完全承担该大楼所有一级和二级负荷的电能供应，亦符合各项供电要求。即选用两台型号分别为SC9-200/10型和SC9-250/10型的环氧树脂浇注干式变压器。

参考文献：

[1]魏明.建筑供配电与照明[M].重庆：重庆大学出版社，2007.

[2]江萍.建筑电气数据选择指南[M].北京：化学工业出版社，2010.