用户供配电系统设计合理性的某些现状与思考.docx
《用户供配电系统设计合理性的某些现状与思考.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《用户供配电系统设计合理性的某些现状与思考.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
用户供配电系统设计合理性的某些现状与思考
本文由whwhisee贡献
用户供配电系统设计合理性的某些现状与思考
杨天义(信息产业电子第十一设计研究院有限公司,成都市610021)
TheStatus
Quoand
ThinkingoftheDesignRationalityofUserPowerSupply
andDistribution
System
YangTianyi(TheEleventhDesign&ResearchInstituteofITCo.,Ltd.,Chengdu610021,China)
Abstract
Taking
the
are
specifications
on
into
条件好的地方.供电部门会发布一些对用户供电的企业标准或内部规定文件。
至于供电电源及系统的相关参数等资料往往不会“免费提供”。
而许多当地供电部门的内部规定或审图要求往往因地区、因人而异,所以。
即使你拥有多年的设计经验。
也同样会面临各种“新问题”.而不得不按当地供电部门的审图意见修改设计。
有时一个符合规范要求的合理方案会被改成一个明显欠合理的方案.此时即使你搬出国家标准条文或行业标准亦无济于事。
有的业主甚至不得不“舍弃”甲级设计院的设计.而另行委托当地供电部门的乙、丙级设计单位“重新设计”。
在此就供配电系统设计中某些技术问题简述如下。
consideration,suggestionsissuesrelated
to
made
some
practical
the
design
rationalityofthepowersupply
anddistributionsystemforusers,includingtheselectionof
power
powerpower
voltages,the“independence’’ofsources,thedesignofincominglinesfor
supplysupply,theswitching-in
on
two
user
the
ring
network
powersupply,andtheinfluenceofelectricitymetering
andfeeeharging
on
thereliability
design
ofpowersupply
anddistributionsystem.KeywordsRationalityPowersupplyanddistributionsystem
Statusquo
摘
耍
就用户供配电系统设计合理性的某些
现实问题,包括用户供电电源电压的选择、双电源的“独立性”、用户供电电源进线设计、环网供电用户的“环网接入”、用电计量及收费对用户供配电系统可靠性设计的影响等问题.结合规范提出了作者
的看法。
2关于供电电源及供电电压选择问题
2.1
用户供电电源电压别无选择《供配电系统设计规范》第4.O.1条要求“用
电单位的供电电压应根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及其发展规划等因素,经技术经济比较确定”。
然而.一些地方的用户供电电源电压实际上却别无
关键词供配电系统合理性现状
1
引言
供配电设计工程师都知道:
按照《供配电系统设
选择。
按照《标准电压》计规范》(GB50052—95)的要求,一项工程设计在了解了项目用电的“负荷性质、用电容量、工程特点”及用户(业主)的相关要求后,还必须了解“地区供电条件”,才能“合理确定供电方案”。
笔者认为.不仅要了解当地供电条件.还要了解当地供电公司的相关企业标准或内部规定的要求。
否则你就是“入乡”而未能“随俗”.所作的用户供配电系统设计就免不了修改。
而要了解当地公用电网的相关资料及当地供电部门的地方性规定却并不容易。
(GB/T156—2007)的规
kV、6kV、
定.我国的高压“标准电压”配置有:
3
10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV等级
别。
其中。
3
kV、6
kV级一般用于企业内部的“配电
电压”:
220kV级以上则为各电网公司超高压电网之
间的“送电电压”。
而供电公司对用户供电的公共电网之中压/高压“供电电压”则一般仅为10kV、35
kV、
110kV、220kV4级;其中220kV级仅适用于用电负荷量很大的钢铁、冶金、石化等少数特大型企业用户。
因此,绝大多数工业与民用用户的“供电电压”
只有10kV、35kV、110kV3级可供选择。
万方数据
旦皇垡曼皇墨墼塑堕鱼矍焦塑墨些墼堡是墨耋!
塑墨墨)-
建藐电乞。
___——_—l_I—■BUILDfNG2n1口年第3期IELECTRICITY
各地供电部门对公用配电网的“供电电压”配置架构各不相同。
例如华东某大城市的公用配电网电压
主推10kV、35kV;而华南某地区主推10kV、110kV;
出“无论从电网取几回电源进线.也无法得到严格意义上的两个独立电源”。
供电部门也只承诺“主供、备供电源尽可能相对独立”(深圳供电局业扩工作制
近悉华东某省的公用中压配电网又主推20kV.要限
制10kV。
上述“一刀切”的作法.导致量大面广的
度GPG一2006)。
因此,从公用电网的不同电源点(变电所/开闭所)。
或同一电源点的不同母线段引出的两路主供、备供电源至用户.即认为满足“一级负荷”的供电“独立性”要求.只要在一般情况下两路电源不会冈故障而同时断电即可.按七述要求,当前各地供电部门对中、小容量用
户广泛采用的环网供电.是否满足“一级负荷”的供
某些中压供电用户实际上面临供电电压别无选择的不合理结果.
如华东某大城市的一些用电负荷量较大的企业只
能从公用220/35kV配电网引出3路及以上35kV线路供电。
如某超大规模集成电路芯片厂计算负荷约
24000kVA,主变为3
X
16
MVA干式变压器.配电变
电要求呢?
例如某i级甲等医院的设计中要求采用
10
压器16台总容最27400kVA.为保证可靠性.考虑Ⅳ一1原则.采用从3个电源点引来3路35kV线路同时供电。
另一更大产能的集成电路芯片厂则采用4路
35
kV双路电源供电(或~路专线加另一路公共备用
线供电).而当地供电公司却批复采用“双电源单环网”方式供电.将该医院置于环网第一用户。
并将开环点置于医院的10kV母联开关处.如图1所示。
kV线路同时供电。
而华南某地区的一些用电负荷量较
大的用户则只能从当地公用110/10
kV
变电所引出3路及以上10kV线路供电.如位于某高新产业同区的某电子厂.配
某三甲医院用户4
电变压器共17台总容量34300kVA.只
开闭所
能从园区llO/lOkV变电所引来4路
10
kV专线供电(三用一备);位于另一
o负荷开关(闭合)
高新产业园区的某通讯设备厂.配电变压器共24台总容量达44
960kVA.用户
-断路器(断开)
口断路器(闭合)
图1
Fig.1
用户2
用户3
某三甲医院市电环网供电方案示意图
宁愿从园区110/10kV变电所引出4路
10
kV专线同时供电.也不愿花数千万元
SchematicdiagramoftheelectricsupplyringnetworkpowersupplyprograminagradeAclassIIIhospital
建110kV用户变电所。
这种多回路、大截面电缆、大电流的供电方式无疑增大了网损和有色金属消耗.是否也是我国电网损耗居高不下的原因之一呢?
至于华东某省供电部门要限制更为量大面广的10kV供电电压.则又可能导致许多中/小容量用户增大供电设备及站房投资。
上述各地供电部门对公用配电网本就不多的“供电电压”配置还要“一刀切”的作法是否合适.笔者以为有待商酌。
2.2双路供电电源的“独立性”问题《供配电系统设计规范》要求“一级负荷应由两个电源供电;当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏”。
对“一级负荷”采用的两个电源供电亦有一定的“独立性”要求。
该规范条文说明指
4
该医院对所有要求断电时间不超过15s的医疗设施已配置有应急电源(自启动柴油发电机及UPS)。
而对于断电时间可超过15s的重要医疗设施.采用上述环网供电方式似已满足其供电的可靠性要求.但是
否满足规范对两个电源供电的“独立性”要求呢?
设
计手册…中亦说明图l环网供电方式只适用于二、三级负荷配电。
但供电公司认为:
在正常情况下.其公用电网的可靠率达99.99%.上述环网供电方式已满足两个电源的供电要求:
仅在非正常情况下(因故
需通过该医院对下一用户供电.开环点外移至其它用
户处时)。
此时如再发生故障,才可能导致医院全部停电;此种“重复故障”概率较小,规范亦允许不予考虑。
笔者对此虽表理解,然而.是否满足规范“强
条”
(《供配电系统设计规范》第2.O.2条)关于双
——■●M—at.—2010vd.垫堕i万方数据
(重)电源供电的“独立性”要求呢,笔者认为有待商酌。
后经笔者会同业主方与供电公司协商,供电公司最后同意从不同电源点(变电所及配电所)各引来一路电源供电.从而满足了规范“强条”关于两路电源供电的“独立性”要求。
顺便指出.当地供电公司并不像其它供电公司那样.要求用户另设“环网室”及环网开关设备。
而是直接将环网接入用户高压配电系统.减少了配电层次。
降低了故障率并节约了投资,笔者对此深表赞同(见本文第4节所述)。
2.3关于双(重)电源供电系统的运行方式问题对于双(重)电源供电的用户,其供电系统的运行方式有两种:
①两路电源“同时供电、互为备用”;②两路电源“一用一备”。
前者在正常情况下不会全部停电.供电可靠性高于后者。
然而.供电公司可能m于避免供电容量及供电设施资源闲置“浪费”的考虑.批复用户的供电运行方式为:
“主供电源、备供电源一般采取一主一
越好.
另外.供电部门还明确指出:
“备用电源原则上
只能作为客户生产的备用电源,而一般不能作为客户的保安电源。
如客户的保安电源由供电单位提供不能满足要求时,必须由客户自备解决”
(出处同上)。
因此,对某些安全负荷,我国规范要求除双(重)电源供电外。
“尚应增设应急电源”。
3用户供电电源进线设计问题
用户供电电源进线设计应首先了解当地供电部门的下列许多地方性规定:
a.专用计量柜是“必须”位于进线断路器之前.还是“必须”位于进线断路器之后?
各地供电部门对此规定并不一致。
各地供电部门对用户的审查意见常有许多条“必须……”.显示其不容质疑的强势地位。
但笔者对此条“必须”却存质疑:
此问题似与地域无关,国家标准(GB)和电力行业标准(DL)能否有一个统一的指导意见。
b.如专用计量柜“必须位于进线断路器之前.其两端必须要有明显的断开点”(摘自华南某电子厂供电公司审图要求)。
那么笔者疑惑:
如专用计量柜位于进线断路器之前.断路器手车能否算是后端的
“明显的断开点”?
备供电方式。
原则上不采用同时供电、互为备用的
方式”
(深圳供电局业扩工作制度GPG一2006)。
因
此就不宜采用单母线分段系统。
同时还要求“主供电源、备供电源必须加装可靠的电气闭锁装置。
有条件时需加装机械闭锁装置”
(出处同上)。
因机械
闭锁装置一般只允许手动转换.这就排除了在主供电源和备供电源之间装设自动转换装置的可能性。
对用户而言又进一步降低了供电的连续性.但对供电公司而言可以通过人工手动转换来临时调配“备供电源”容量.避免了供电容量及线路资源闲置的
“浪费”。
c.高压专用计量柜是否“必须”为当地供电部门的某指定产品?
为此,“该柜与其它高压柜的连
接必须是高压电缆连接.故lOkV高压系统图中与高压计量柜的连接部分必须加母线提升柜”(出处同上)。
笔者疑惑:
这几个“必须”是真的合法和“必
须”的吗’
因此.对双(重)电源供电的重要用户,其供电可靠性设计已经不是一个技术上的问题了.而是供电部门的一种“管理规章”。
当然.在发、供电容量紧张时期。
这种控制措施也是必要的。
此外,供电部门对采用两路电源“同时供电、互为备用”方式供电的用户将按全部供电变压器容量的100%加收高可靠性供电费的规定(见本文第5节),也迫使一些用户权衡利弊而放弃其高可靠性供电要求,不采用“单母线分段系统”。
所以.用户的高压供配电系统设计还应考虑上述运行方式及经济性的制约.供电可靠性并非越高
d.如专用计量柜“必须”位于进线断路器之后.则在进线断路器手车柜之前是否还“必须”加设进线隔离手车以形成“明显的断开点”。
各地供电部门对此规定亦不一致。
笔者疑惑:
进线断路器手车柜的手车触头如不能算是“明显的断开点”。
隔离手车的触头就能算是明显的断开点吗?
且不说另加的进线隔离手车柜增加了占地和投资.其与进线断路器之问的五防联锁/闭锁还增加了故障率.e.对专用计量柜内电流互感器(CT)、电压互感器(PT)和计量仪表的各种特殊要求。
如华东某市某小型机械加工厂仅设一台配变l000kVA.按相关
万方数据
曼皇堡堡皇墨竺塑生垒望垡堕苎肇理壁皇墨苎!
塑墨兰!
‘
建虢电乞。
__—__I—I—_I■BUILDINGZ口1r3年第3期IELECTRICITY
DL标准应为Ⅲ类计量用户.CT和PT为0.5级已符合要求。
但当地供电公司却要求提高配置为O.2S及O.2级,并要求“CT、PT均为双次级、三元件”。
凡此种种提高标准。
乃至多重“主、副计量”配置的不合理要求。
在各地供电部门大有推广之势(见本文
第6节所述)。
变的10kV高压侧经过了4~5个开关.两段电缆.
显然有违《供配电系统设计规范》“供电系统应简单可靠.同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级”的原则。
笔者认为:
某些要求在用户电源进线上另设“环网(开关)室”,特别是如上例中环网室与用户高压配电室仅一墙之隔的重叠的环网接入系统.虽然方便了供电部门的“单独管理”要求,但却加大了用户的站房及环网设备投资。
增加了配电级数并降低了用户的供电可靠性。
上述作法始见于上个世纪90年代.而今已为许多地方供电部门所采用.有的已作为对用户要求的部门规章之一。
然而.也有个别供电部门并不作如此要求。
如前例某三甲医院原供电方案就不要求设置重叠的“环
网(开关)室”接入系统,而是将环网电缆直接接入
f.供电部门对高压进线电缆的电压等级、规格截面的要求。
如,公用lOkv系统中性点接地即使采用低电阻接地系统.仍要求高压电缆提高绝缘等级;额定电压‰/U必须采用8.7/15kV级,不能采
用8.7/10kV级.更不能采用6/lOkV级了。
至于
进线电缆的规格截面.不论用户的负荷大小.亦须符合当地供电部门的统一规定.故有的设计人员干脆在设计图纸上标注为“由供电部门确定”。
上述仅为用户供电电源进线段的设计就有这许多从技术上说不清、道不明的种种“必须”要求。
看似简单的用户10kV配电系统设计有多“复杂”.由此可见一斑。
用户高压配电室:
只需在用户的供电协议中规定其两路进线开关和母联开关须受供电公司调度控制即可:
4环网供电用户的“环网接入一问题
近年来。
公用电网对中、小容量用户大力推广环网供电方式.一些地方的供电部门对用户提出了必须单独设置公用“环网(开关)室”的要求.并规定了面积尺寸和位置要求(有的地方还不允许附设于用户总配变电站旁.必须在靠近公用配电网线路路径的厂区红线内位置
另建)。
所以.用户内就出现了“公用环网配电系统一用户环网(开关)室一用户高压配电系统一终端变配电系统”的多重配电接线系统.以某一级负荷用户(某病毒技术研究中心)为例.其系统接线如图2所示.在其用户高压配电室旁又另设一“环网(开关)室”。
显然.该用户供电系统是一个重叠复杂的环网供电系统.每台配
Fig.2
图2某病毒技术研究中心高压供电系统图
Systemdiagramofthehigh—voltagepowersupplysystemoftechnologicalresearchcenter
a
virus
万方数据●一IVh—'.—2011型:
垫堕!
6
且其控制操作可由用户值班电T按供电公司调度指令进行.不需供电公司人员亲自去用户现场操控环网开关。
从而加快了环网供电的恢复时间。
因此.笔者认为,如能将公用环网开关直接与用户高压配电系统相融合。
则可以大大简化系统接线,如将图2的用户供配电系统改为图3所示。
很明显.
负荷开关+熔断器控制及保护配电变压器比采用断路器的保护特性更好也更经济。
有的负荷开关+熔断器组合电器产品资料表明已能保护1
变压器。
600kVA的配电
5用电计量及收费对用户供配电系统可靠性设计的影响
各地供电部f-JX于用户高压进线专用计量柜的各种要求在本文第3节已列出.不赘述。
对“常用+备用”电源供电的用户.供电部门要按用户的备用电源容量一次性加收约160元/kVA的高可靠性供电费(注:
早前就有对双路供电“互为备用”方式的供电“贴费”按变压器总容量加倍收取的
规定.
图3接线减少了配电“级数”。
降
低了故障率.并减少了用户的设备投资和站房面积。
唯一使供电部门“不方便”的是不能单独管理环网开关设备而已.但如按上述某三甲医院的调度管理办法来看.单独管理的要求似乎并非优点和“必须”。
顺便提出:
因用户的配电变压器容量未超过供电部门通常规定的l
250kVA.如将其高压侧断路器改
“贴费”停止收取后改为加收“高可靠性供电
为负荷开关+熔断器控制及保护的配置方案.还可以进一步优化设计。
降低投资。
但是各地供电部门对采用负荷开关+熔断器控制及保护配电变压器的容量限制又各不相同。
大多规定容量不超过l
250kVA。
也
费”):
如为两路电源“同时供电、互为备用”的方式.则按全部供电变压器容量的100%加收“高可靠性供电费”。
此种经济措施迫使一些用户权衡利弊而放弃高可靠性供电要求.有可能影响到用户供配电系统的可靠性设计。
如为两路电源供电的“一、二级负荷”用户。
为降低高可靠性供电费用.供电电源的运行方式可采用“一用一备”方式。
其供电可靠性虽比两路电源“同时供电、互为备用”的方式有所降低(前者在失电转换期间全部断电).但只要工艺,用电
有规定不超过800kVA甚至630kVA者.从相关技术资料及设计手册…看.只要负荷开关+熔断器组合电器的“转移电流”或“交接电流”参数校验合格.采用
设备允许.可采用适于‘L佣一备”方
式的“单母线不分段”接线.两路进线从母线一端接入并互为闭锁。
如用户用电负荷较大.宜采用“Ⅳ用一备”的供电方式.可大幅度降低高可靠性供电费用.而其供电可靠性与“互为备用”方式基本相同。
供电部门一般不允许设置“备
用电源自动投入装置”.市电常用电
源与备用电源的手动转换时间不能
满足断电时间为15s以下的应急安
全负荷的供电要求。
故此类市电备用电源一般不能作为应急电源。
图3环网电缆直接接入用户供配电系统示意图
Fig.3Schematicdiagramofdirectswitching-inofringnetworkcableswith
user
如为供电可靠性要求不高的“二、三级负荷”用户.为了免交高
powersupplyanddistributionsystem
万方数据
旦宝堡蔓皇墨堕堡丛鱼墨堡塑薹些堡堡皇墨查!
塑苎兰!
——一
7
l_I——-——_BUILDING
2口1口年第3期IELECTRICITY
建裁电乞。
可靠性供电费用.可不要求“备用”电源。
此时,供电公司不允许在两路及以上高压常用电源之间设置任何联络回路.故用户供配电系统只能取消高压母联或采用“线路一变压器组”接线.只能在两台变压器二次侧设置低压母联以提高供电的可靠性和灵活性.而供电公司可通过限制其二次侧总开关的规格或整定值以防止用户在低压侧自行转移负荷。
对供电可靠性要求较高的“一、二级负荷”用户.当用电负荷量较大时.其高可靠性供电费用将相当可观。
例如前述华东某市一些“一级负荷”的超大规模集成电路芯片厂引入3路或以上35kV线路同时供电时。
为了少交数千万元“高可靠性供电费”.其
35
c.
“高压柜中高压CT的精度为O.2S级.PT“在高压进线开关柜和变压器
的精度为O.2级”:
开关柜中.安装DSSD系列多功能电子式电能表
3×1.5(6)A、3×100V、1.0级”(摘自某特区
招商局供电公司对某三甲医院的审图意见)。
笔者注:
经咨询供电公司计量部门.此处的高压柜不仅是专用计量柜,而且包括所有高压柜(进线、出线、母联)均要求装设高精度CT和PT:
在高压进线柜和变压器出线柜中亦要求重复设置“参考计量”仪表.而其仪表精度要求仅为1.0级.CT变
比为一/5A。
笔者愚钝,对此精度高低及变比不匹配
的计量设备要求及重复设置的“参考计量”是否合理.实不理解,希供配电同行不吝赐教。
d.
kV侧供电系统采用“线路一变压器组”的接线.
虽然在主变二次侧设置了母联.但因其35kV系统供电可靠性不高.仍对这些“一级负荷”用户的供电可靠性有严重影响.任何一路35kV电源突然断电都会导致该用户产生“重大的”的经济损失。
“低压进线柜中.主计量采用DTSD系列
3×1.5(6)A、3×380/220V、1.0级多功能电子
式电能表,校核计量采用DTS(或者DT864)系列
3×1.5(6)A、3×380,220V、1.O级有功电能
6用电重复计量问题
近年来.一些地区供电部门对用户的用电计量装置除有第3节所述的各种高准确度的要求外.还要求有高压“主计量”、低压“副计量”。
甚至还有多重主、副计量的各种要求。
现摘录部分计量要求如下:
a.
表”:
“1
250
kVA变压器计量的用电流互感器采用
LMZJ一0.66、CT:
2000/5、0.2S级,共2组(6只),分别接到主计量和校核计量中”(出处同c款)。
笔者疑惑:
变压器低压侧的“主计量”和“参考计量”及其高精度CT的单独装设要求是否合理及
必要?
“对于lOkV专变客户.原则上在10kV用户
从上述例举的供电部门企业规范或审图意见可以看出.用户的用电计量点计有:
供电专线首端“主计量l”、用户高压进线处或产权分界点“主计量2”、用户每台配电变压器高压侧“参考(副)计量3”、每台配电变压器低压侧“主计量4”及“校核计量5”。
共约4~5处主、副计量点。
如此多重计量.是否合理和必须呢?
用户却需为供电公司的多重高精度的计量要求“买单”。
当然,这点投资相对于用户投资的某些供电设施无偿移交来说又算不得什么了。
侧安装电能计量装置作为主计费点.同时应在低压总进线侧安装电能计量装置作为副计费点.……计量装置原则上装在供电设备的产权分界点.……由专线供电的客户.计量装置应装在专线的首端。
如不在专线首端计量。
其线路损失由该客户负担”电局业扩工作制度GPG一2006)。
b.
(深圳供
“本工程的计量方式为:
每一回路作高压总
计量.每台变压