一體劃供電方案主接線與繼電保護(hù)有關(guān)問題分析
一體劃供電方案是將10kV供電線路、220/380V供電線路與10/0.4kV變壓器統(tǒng)一規(guī)劃與設(shè)計的一種供配電方案。它將10kV電纜、環(huán)網(wǎng)柜、與箱式變相結(jié)合起來統(tǒng)一考慮，統(tǒng)一設(shè)計與訂貨。由于它可以節(jié)省掉電纜π接箱，體積小于相同容量的箱式變，可以使10kV更加深入負(fù)荷中心。民用建筑的住宅小區(qū)可以將一體劃箱式變安裝在住宅樓附近，超高層建筑可以將變壓器容量適當(dāng)減小，將一體劃箱式變安裝在設(shè)備層。工業(yè)建筑可以將一體劃環(huán)網(wǎng)柜與箱式變安裝在車間內(nèi)或車間附近。
1 一體劃供電方案主接線
一體劃供電方案主接線有樹干式與環(huán)網(wǎng)式兩種。樹干式供電方案工程造價低，但供電可靠性也低，無備用干線時只能夠用于對三級負(fù)荷的供電。環(huán)網(wǎng)式供電方案可以取得兩個電源，供電可靠性有所提高，可以用于對二三級負(fù)荷的供電。環(huán)網(wǎng)式供電方案分為單側(cè)環(huán)網(wǎng)式供電與雙側(cè)環(huán)網(wǎng)式供電兩種。環(huán)網(wǎng)式供電方案運(yùn)行方式可以根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的規(guī)定、用戶供電可靠性要求與繼電保護(hù)情況采用開環(huán)運(yùn)行與閉環(huán)運(yùn)行兩種方式。
2 樹干式一體劃供電方案有關(guān)問分析
樹干式供電方案在某一段線路發(fā)生故障后，就會造成所有用戶停電，所以樹干式供電方案一般采用架空線，較少采用電纜。因為架空線路發(fā)生故障后容易尋找與處理。在“民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范（2008版）”第3.2.10條中也提出，二級負(fù)荷可由一路專用電源供電，如果采用電纜時應(yīng)采用兩個電纜組成的線路供電，其每根電纜應(yīng)能承受全部二級負(fù)荷。
一體劃供電方案進(jìn)行一些改進(jìn)后，就可以采用電纜線路。每個箱式變的進(jìn)出電纜均采用插拔式電纜頭，而且在每個箱式變的出線處安裝高壓熔斷器保護(hù)。當(dāng)只有一路電源時，就可以采用樹干式一體劃供電方案。圖一為樹干式一體劃供電方案的主接線單線系統(tǒng)圖。
當(dāng)某一段線路發(fā)生事故后，由高壓熔斷器進(jìn)行保護(hù)斷開故障電纜，此時只能夠造成故障點(diǎn)以后的用戶停電，從而減少了停電范圍。故障點(diǎn)一般發(fā)生在熔斷與未熔斷的高壓熔斷器之間，很快就可以尋找出發(fā)生故障的電纜。此時拔出發(fā)生故障的電纜兩端的電纜頭，故障電纜以前的用戶就可以很快恢復(fù)供電。
故障電纜以后的用戶需要在故障電纜修復(fù)后才能恢復(fù)供電，時間比較長。負(fù)荷及供電范圍不大時，可以設(shè)計低壓聯(lián)絡(luò)線，發(fā)生事故后可采用手動方式，適當(dāng)切除一部分不重要負(fù)荷，及時恢復(fù)對部分重要負(fù)荷的供電。
3環(huán)網(wǎng)式一體劃供電方案有關(guān)問分析
圖二為一側(cè)環(huán)網(wǎng)式一體劃供電方案的主接線單線系統(tǒng)圖。當(dāng)用戶有兩路電源時，環(huán)網(wǎng)的兩路電源分別引此兩段母線。用戶總變電站兩路電源一路運(yùn)行一路備用時，母聯(lián)斷路器或隔離柜常合。有條件時也可以采用雙側(cè)環(huán)網(wǎng)式
一體劃供電方案，用戶變電站的兩路電源分別引此上一級兩個不同變電站，同樣可以采用兩路電源一路供電、一路備用的開環(huán)運(yùn)行。
圖二所示一側(cè)環(huán)網(wǎng)式一體劃供電方案，各環(huán)網(wǎng)室采用高壓熔斷器保護(hù)與開環(huán)運(yùn)行。環(huán)網(wǎng)距離短時可以將變電站某一段母線上的隔離柜拉開作為斷開點(diǎn)。當(dāng)某一段電纜發(fā)生故障時，只能夠由人工操作將故障電纜兩端的電纜插頭拔出后，再將斷開點(diǎn)隔離柜合上恢復(fù)供電。此方案一般用于對二三負(fù)荷的供電。采用一體劃后，高壓電纜減少，各環(huán)網(wǎng)室可以更加深入負(fù)荷中心，縮短了低壓電纜供電半徑，不僅節(jié)省了大量低壓電纜，還減了少電纜電能損耗與與電壓損失。
對于供電可靠性要求高的用戶，可以將各環(huán)網(wǎng)室的高壓熔斷器改為高壓斷路器，并采用數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，主接線單線系統(tǒng)圖見圖三。運(yùn)行時可將某一環(huán)網(wǎng)室的高壓斷路器打開作為環(huán)網(wǎng)斷開點(diǎn)。
由斷路器代替高壓熔斷器后，就可以采用數(shù)字式繼電保護(hù)裝置與安全自動裝置。數(shù)字式繼電保護(hù)裝置與安全自動裝置又稱為微機(jī)保護(hù)裝置與微機(jī)安全自動裝置。數(shù)字式繼電保護(hù)裝置與安全自動裝置通過計算機(jī)通信接聯(lián)網(wǎng)后，就可以組成變電站綜合自動化系統(tǒng)。
環(huán)網(wǎng)斷開點(diǎn)的斷路器可選用帶有備自投功能的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，實現(xiàn)備用電源互投。
各環(huán)網(wǎng)室的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置可選用具有方向保護(hù)、線路縱差保護(hù)與保護(hù)選擇性連鎖等功能的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)的選擇性可以得到保證，事故后恢復(fù)供電時間可以縮短，供電可靠性就可以得到提高。
4雙回路環(huán)網(wǎng)式供電方案
北京市電力設(shè)計院針對北京市金融街地區(qū)供電可靠性要求高的原則，本著一次系統(tǒng)主接線簡單，采用先進(jìn)技術(shù)與節(jié)約投資的精神，采用雙回路環(huán)網(wǎng)式供電方案，一次系統(tǒng)主接線見圖四。此方案還可以用于工礦企業(yè)供電系統(tǒng)。
雙回路環(huán)網(wǎng)式供電方案采用開環(huán)運(yùn)行時，各用戶可以實現(xiàn)兩路電源同時供電，但用戶變壓器二次側(cè)應(yīng)分列運(yùn)行。可采用變壓器二次側(cè)低壓備自投保證供電的可靠性。如果雙回路環(huán)網(wǎng)式供電方案采用閉環(huán)運(yùn)行，各用戶就可以得到四路電源同時供電，供電可靠性更高。
圖四所示雙回路環(huán)網(wǎng)式供電方案中，各用戶選用兩臺變壓器，當(dāng)用戶負(fù)荷比較大時，單臺變壓器容量就比較大。低壓開關(guān)柜與低壓出線就非常多；變壓器速斷保護(hù)保護(hù)靈敏系數(shù)有時就會滿足不了要求，需要采用差動保護(hù)。此時如果采用環(huán)網(wǎng)式一體劃供電方案，將變壓器分為四臺以上，變壓器單臺容量減小，就可以深入到負(fù)荷中心。主接線圖見圖五與圖四下半部分。
5 數(shù)字式繼電保護(hù)裝置用于環(huán)網(wǎng)式供電繼電保護(hù)功能的改進(jìn)
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（GB/T14285－2006）”第4.4.2.2與4.4.2.3條規(guī)定：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的線路，不宜出現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（即閉環(huán)）的運(yùn)行方式，應(yīng)開環(huán)運(yùn)行。當(dāng)必須以環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（即閉環(huán)）的方式運(yùn)行時，為簡化保護(hù)，可以采用故障時將環(huán)網(wǎng)解列而后恢復(fù)的方法。第5.2.4.3條還規(guī)定：由幾段串聯(lián)線路構(gòu)成的電力網(wǎng)，為了補(bǔ)救速斷保護(hù)無選擇性動作，可采用帶前加速的重合閘或順序重合閘方式。此條用于樹干式供電。
數(shù)字式繼電保護(hù)裝置具有方向保護(hù)功能，環(huán)網(wǎng)式供電繼電保護(hù)的選擇性會得到更大的改善，運(yùn)行方式也可以改變。環(huán)網(wǎng)式供電兩側(cè)電源短路容量不同，以及電纜線路距離不同時，短路電流大小就不同。用于環(huán)網(wǎng)式供電的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，可以設(shè)置兩套保護(hù)定值，發(fā)生事故后可根據(jù)短路電流方向不同，起動不同的繼電保護(hù)動作電流。這樣繼電保護(hù)的選擇性就可以提高。
環(huán)網(wǎng)式一體劃供電方案用于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部供電系統(tǒng)時，可以采用閉環(huán)運(yùn)行方式。選用具有光纖縱差保護(hù)功能的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)的可靠性與選擇性都可以提高。繼電保護(hù)整定也比較簡單。
用于環(huán)網(wǎng)式供電數(shù)字式繼電保護(hù)裝置應(yīng)增加保護(hù)選擇性連鎖功能。發(fā)生短路事故后及時發(fā)出短路信號，并及時接收和處理短路信號。當(dāng)接收不到短路信號時，說明下一級繼電保護(hù)沒有動作，事故發(fā)生于本段線路，速斷保護(hù)動作跳閘。當(dāng)接收到短路信號時，說明下一級繼電保護(hù)動作，事故發(fā)生于本段線路以后的線路，速斷保護(hù)自動增加延時，作為下一級繼電保護(hù)的后備保護(hù)。這樣也可以提高繼電保護(hù)的選擇性。
6環(huán)網(wǎng)式供電的單相接地保護(hù)
目前我國10kV供電系統(tǒng)為電源中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)對地電容電流不超過規(guī)程規(guī)定值10A時，可以繼續(xù)運(yùn)行一定時間。此時需要設(shè)計Y/Y/△（開口三角形）型電壓互感器，選用數(shù)字式電壓互感器監(jiān)測裝置，進(jìn)行單相接地故障報警。然后采用依次斷開線路的方法尋找故障線路。
發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)對地電容電流大于過規(guī)程規(guī)定值10A時，為了保證人身與設(shè)備的安全，單相接地保護(hù)應(yīng)動作于跳閘。此時需要設(shè)計Y/Y/△（開口三角形）型電壓互感器與零序電流互感器。選用具有單相接地保護(hù)功能的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，根據(jù)零序電壓與零序電流兩個判據(jù)進(jìn)行單相接地保護(hù)，并動作于跳閘。
隨著城市供電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對地電容電流也越來越大。單相接地保護(hù)必須動作于跳閘。為保證單相接地保護(hù)跳閘的可靠性，供電電源中性點(diǎn)可采用串聯(lián)電阻后再接地的接地方式。這樣發(fā)生單相接地故障后，故障電流可達(dá)數(shù)百安倍。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（GB/T14285－2006）”第4.4.6.1條規(guī)定：單相接地保護(hù)的零序電流構(gòu)成方式，可用三相電流互感器二次側(cè)組成的零序電流濾過器，也可加裝獨(dú)立的零序電流互感器，視接地電阻值、接地電流和整定值大小而定。設(shè)計中需要選用具有單相接地保護(hù)功能的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置進(jìn)行單相接地保護(hù)，并動作于跳閘。
7環(huán)網(wǎng)式供電的備用電源自投
開環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)式供電系統(tǒng)，選用斷路器后與數(shù)字式自動裝置配合，就可以實現(xiàn)備用電源自投，這樣就可以提高供電的可靠性�，F(xiàn)在有專門用于備用電源自投的數(shù)字式備用電源自投裝置；有些數(shù)字式繼電保護(hù)裝置具有備用電源自投功能，由于不需要再另外單獨(dú)設(shè)計二次電路設(shè)，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用。
8結(jié)束語
一體劃供電方案有許多優(yōu)越性，也存在一些具體問題，如安裝于高層建筑時的體積與重量問題，以及如何確定一次系統(tǒng)主接線與繼電保護(hù)方案問題等，都需要進(jìn)行討論。隨著電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字式繼電保護(hù)裝置的功能也在不斷加強(qiáng)。如果根據(jù)一體劃供電方案電的特點(diǎn)與具體要求，對數(shù)字式繼電保護(hù)裝置的功能進(jìn)行改進(jìn)，就可以簡化一體劃供電方案的電氣設(shè)計，提高一體劃供電方案的供電可靠性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
