陈星
（比亚迪通信信号有限公司）
摘要：随着社会经济的快速发展，我国对于电力的需求不断增大。因此，对于供电系统的安全性有了非常高的要求，10KV供电设计具有很强的规范性，一定要根据国家以及相关地区的条文进行执行设计。供电设计是电力工程建设中非常重要的一项工作，不仅需要满足供电部门的要求，确保用电的安全，还需要和施工工程进行有效配合，对设计工作中的相关事宜合理安排，给日后的用户管理等工作带来方便。
关键词：10k供电设计；常见问题；对策
一、供电设计基本要点
1.1不同工程环境下的电力装置的选择和要求
首先要对工程的所在地的天气情况进行摸底工作。知道最热月的最高平均气温、日最高平均气温和最冷月最高的平均气温、日最低平均气温，然后根据得到的数据进行裸导体和电器的选择。一般情况下要在月最高平均气温上加5摄氏度进行设定，在较为寒冷的地方加装保温防护措施。要对当地的湿度进行有效地测量工作，对于湿热的地方要选用湿热带型电器产品，如果选用一般的电器产品，应该对电器产品采取有效地湿热保护措施。在设计安装调试装置时要对风速进行测量，取30年一遇10分钟内的平均最大风速进行计算，一般架设线路是离地十米。如果风速超过35米/每秒的话可以选择降低架设的高度等安全措施进行架设工作。
1.2电力装置的设计选用
在进行电力装置绝缘设计的时候要符合国家制定的《电力装置的过电压保护设计规范》的要求，并严格按照规定的技术进行设备安装。电力装置设计的时候选用的导体电器必须能够承受的最高工作电压不能够低于该回路的最高运行电压，且长期允许的电流不能小于该回路的最大持续工作电流。主要开断元器件的设计选择要求其开断电流、多用短路电流、导体和电器的热稳定和动稳定进行详细的计算和验证。考虑到电力系统的长远运行情况，在进行计算验证的时候，可以按照三相短路的思路进行验算工作。如果用熔断器保护电压互感器回路时，可以不用验算热稳定和动稳定，在用高压限流熔断器对电器和导体进行保护的时候可以根据这个装置的特性进行热稳定和动稳定的计算工作。在电力系统正常运行的情况下或者短路的情况下对于电器引线的最大作用力应该小于电器端子允许的荷载，在屋外的安装调试装置要根据当地的天气情况和受力的情况进行动态的分析工作，来保证导体绝缘子、金具和套管等物件的正确选用。
1.3输电线路路径的选择
输电路径选择的好坏将会直接影响到供电线路的效率。在设计时的好与坏也将会影响到后续的维护和抢修工作，因此对于设计人员来说，设计一条好的输送路径是必要的。这也就要求设计人员在进行设计时必须是团队作业，包括设计人员、技术人员、当地政府有关人员和测量人员等多个机构和部门人员的参与，这样可以对设计的路线进行详细的考察并制定出详细的技术参数，碰到问题可以及时进行修改。在施工过程中可以有效避免与居民发生冲突，有利于节约时间成本和资金成本。
二、10KV供电设计中常见问题
2.1住宅建筑的电气配电室位置选择不符合规范
我国《10kV及以下变电所涉及规范》中明确做出规定：配电房不能设置在浴室、经常积水的地下室、厕所等地方，并且也不能与这些场所相毗邻。一般而言，建筑小区住宅楼在设计时通常将电气配电室设计在一层，楼上的卫生间位置设置局部夹层。但是这种设计方案通常会由于屏蔽性能差、降噪处理措施不到位等原因而导致楼上住户的频繁投诉。我国于2011年最新颁布并实施的《住宅建筑电气设计规范》规定：当配电室设在住宅建筑内时，配电室不应设在住户的正上方、正下方、贴邻和住宅建筑疏散出口的两侧，不应该设置在住宅建筑低下的最底层。这些规定都比较明确的要求住宅楼下不能设置配电室。
2.2电缆的选型不满足要求
一般情况下，10kV安装调试线路负荷路数相对较多，其涉及到的电缆数量以及规格也相对较多。所以，在电缆负荷统计工作中常常存在一些问题。如果此项工作在设计人员这一关出现差错，那么在校核、审核、预算中就很难被发现，给公司带来隐形的经济损失。电缆的质量将直接影响到整个安装调试系统设备的运行效果。因此安装调试设计中电缆的选型要考虑周全。工程建设中电缆的选型也要根据实际情况，分VV型或YJV型，材质多为交联聚乙烯电缆和聚氯乙烯电缆，其价格、规格、载流量等都有不同。常用的电缆为ZR阻燃性及NH耐火性，耐火性电缆中矿物绝缘耐火性电缆造价高、施工比较困难，同时有易被破坏的缺点，不建议采用。电缆套管选择也要根据情况具体选择，如室外电缆套管和穿墙电缆套管，应尽量避免出现产生涡流、管外壁渗水等现象，减少安全隐患。目前国内的安装调试设计在选择室外电缆套管时多用镀锌钢管，但此电缆套管非常容易被腐蚀，损坏电缆，存在很大安全隐患。
2.3电梯井道的照明供电及检修插座设置不合理
在实际操作中，很多设计人员会在自己的供安装调试设计中说明，电梯的井道照明供电及检修用插座的设置由电梯厂家来成套设计完成，很显然这是不合理的，电梯厂家并不完全了解建筑中的供安装调试设置情况，不了解建筑中的电路分配情况，只能凭借经验或工程图纸来分析。设计人员的不负责任设计将给用户用电带来安全隐患。
三、部分10kV供电设计问题的解决建议
3.1组织各相关专业部门进行初步供电方案确认
供电设计遵循有关规定，目前我国大多数供电工程设计都是建筑工程施工图设计完成后进行的，供电设计要满足供电部门及当地规章制度的要求，设计中为保证安全性可以会对原施工图进行颠覆性的修改，耗费人力物力。建议加强沟通管理，建立初步供电协议方案，指导施工图的设计。
3.2加强对通用图图库的完善和管理工作
10kV供电设计人员应该在Excel表格中将设计工作中涉及到的计算电流、额定电流、铜排选型、CT选型、PT选型、电缆规格选型、开关选型等参数编成自动计算。这样能大大减少设计人员简单机械的计算工作，将主要精力放在设计方案上面，也能提高校核人员在校核时的准确度和效率。
3.3优化安装调试线路设计
输电线路的设计受到影响的因素非常多，好的线路设计可以有效的减短输电线路而且延长全部输电设备的使用年限。在实质的运用中应当首先对起止点和整个输电区域展开一个全面的认识，然后依据实际的输电设备、气象、地理等挑选几条较好的输送路径，接着再对各个方案展开经济比较，最后挑选出最为合适的方案。通常在展开输电路径选择时应当要注意下面几个方面：第一是应当尽可能不占用附近的农田，要挑选维护方便、运行和交通便利的地段；第二是光缆应当随着10kV架空线路走，光缆的配备通常为1-2km，太短或太长都会发生一定的弊端。太短输电的集中度较低。会发生信号误差，太长则不利于进行维修；第三是尽可能挑选在平地上栽种电线杆，每隔50―60米左右栽种一个，要尽可能维持每个电线杆的受力均衡，倘若电线杆间隔太长或高度相差太多，都会非常容易使电线杆由于受力不均而出现倒塌的状况。
四、供电线路设计中节能措施的对策
随着我国经济的不断发展和进步，我国的电力资源需求量也在不断增加，所以在一些地区也出现了电力资源无法满足用电需求的情况，针对这种情况有关部门及时采取了限电措施，这给人们的生活造成了诸多的不便，同时也给很多电力生产企业造成了一定的损失，但是在我国电力生产当中主要还是要依靠水力发电，在电力进行传送的过程当中会出现一些电能上的消耗和损失，所以在供电设计中加强对能源消耗的有效控制是十分关键的。
在设计工作当中首先应该采取相应的措施对供电半径进行合理的控制，同时还要采取适当的措施对降压量进行准确的计算，如果已经超过了降压标准，应该选择截面面积更大，或者是通过电压值更高的方式来开展供电工作，而对于长期要承受非常大的电荷电路一定要采用规定的方法进行计算，从而确定导线的规格，这样的方法既能提高供电质量，也能降低整个系统运行过程中所需要的成本。
在选择导线的过程当中可以选择架空绝缘导线，这种导线在很多方面都占据着非常大的优势，首先其绝缘的效果相对于其他的导线来说要好很多，所以也有效的保证了线路的安全和正常运行，在电路运行的过程中可以有效的减少电路发生故障的次数，同时也减少了不必要的浪费。同时这种导线还简化了供电设备的构建方式，大大节约了相关材料的使用，另外这种导线也在很大程度上加强了对相关资源的使用，能够有效的提高电力资源的使用效率和供应质量，还减少了对环境的污染和破坏，这种导线所占用的空间和其他类型的导线相比也是非常占有优势的。除此之外需要注意的是在选择导线的时候，一定要注意其导线的截面大小，主要是因为在电力输送的过程中导线中会有一些电阻，这些电阻也造成了电力资源的损失，所以为了能够更大程度上提高供电质量从而减少电能消耗，一定要在电线的选择上选择截面面积大于相关要求的导线，我们都知道加大导线截面的面积能够非常有效的减少导线中产生的电阻，从而减少了电能转化为热能的几率，这样也就减少了电能的损失。
五、工程实例
根据数据计算，东莞中学原有负荷为 824.1 kW，新建高三教学楼、电化信息楼、莞中办公室以 0.12 kW/m2 进行负荷估算，高三教学楼面积为 7 200 m2，电化信息楼为 4 265 m2，莞中办公室为 3 890 m2，结合相应的同时系数，估算出其新增负荷为
1 544.52 kW。
在负荷估算的过程中，对现有负荷的估算和对未来负荷的估算都需要经过细心的思考，其中包括负荷的性质、负荷增长的可能性，除了留有必要的裕量满足未来 5～10 年的负荷增长需要外，还需注意不要疏忽对消防设施负荷的预留，包括负荷量和开关数。在设计施工图时，需要进行较详细的负荷计算，主要包括设备容量（安装容量）的计算（即统计和累加）、计算容量（将设备容量乘以需要系数）和电流的计算。对于最末一级配电箱，可只标注设备容量，并将其作为计算容量（即需要系数为 1）。对干线和整个工程来说，除了需要标注设备容量外，还要标注计算容量和计算电流，以便根据计算容量选择变压器，根据计算电流选择开关和导线等电气设备。
根据估算数据可知，东莞中学原变台为 800 kVA 的容量，原有的负荷已经出现超负荷的情况，新建教学楼等供电负荷原变台已经承受不了，所以，拟新安装 2 台 SCB9-1 000 kVA 变压器进行供电，并将其原有负荷和新增负荷重新进行调配，以使负荷分配更加合理。
5.1 变压器的选择
在变压器的选择上，现有电压等级和估算负荷容量对变压器容量进行选定，然后根据电房所处环境和其他方面的影响，确定变压器的类型。在该工程中，由于电房位置位于教学楼楼下，其可利用空间不大，电房附近人流量较大，且原配变为干变，校方电工对干变的维护和检修较为熟悉，所以，新建配变选用干式变压器。
5.2 开关的选择
高压部分单电源进线，留有环网出线。低压母线采用单母线分段供电，3 台变压器（新增 2 台，原有 1 台）分列运行，其母线间采用联络开关进行连接。在低压负荷分配上，考虑到学校用电的可靠性和负荷的特殊性（用电时间集中且规律性强），如图 1 所示，在低压侧将 3 台变压器用 5 段母牌进行联络，其中，K1、K21、L1 三个开关机电联锁，三合二；K3、K22、L2 三个开关机电联锁，三合二；自发电开关 F1 和 K2 机电联锁，二合一。该种接线方式降低了低压设备短路容量，提高了供电的可靠性，可以保证在负荷供电的情况下，对部分变压器和低压电器设备进行维护、修理，降低工程造价，以满足教学负荷的特殊要求。
5.2高压柜的选择
高压柜选用SF6 负荷开关柜，负荷开关额定电流为630 A，短路热稳定电流为20 kA（3 s）。低压配电柜采用GCK 型低压配电柜，其主开关额定电流为2 500 A。高低压柜的选型除了开关要按额定电流选型、短路电流校验外，还要考虑当地的使用习惯，采用当地常用的型号，以方便运维人员对新设备进行维护和运行。
结束语：
10kV供电线路由于长期处于露天运行，又具有点多、线长、面广、接线方式复杂多变等特点，因此运行中的10kV线路经常容易发生故障。这不但影响广大市民的正常生产、生活用电，而且还给供电企业造成了经济损失。近年来，经过大规模的供电基建改造，线路网络结构有了明显的改观。但从近几年来实际运行看，仍然存在许多的问题。因此必须从接线方式、设备选择，工程施工等方面重视对10kV供电系统常见问题的控制。
参考文献：
[1]巩志远.电力工程常见的10kV供安装调试设计相关问题浅析 2017.4
[2]陈文昌.住宅区供安装调试设计浅探 2016.4
[3]彭碧兰.浅议10kV供安装调试设计常见问题及对策 2016.12
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1200V，VQ2为400V、VQ3为200V，VQ4为300V，系统采用耐压为1700V的开关管能满足使用要求。
图2 VQ1~VQ4的仿真波形图
为满足开关管的耐压需求，本仿真参数在预充电时间的选择上相对时间较长，针对系统中运行过程中只有出现断电维护等操作时才需要进行新一轮预充电，预充电时间是可以满足要求。
3 结束语
针对轨道交通领域1500V直流系统，应用飞跨电容型三电平Buck变换器具有很大的优势，采用无源型电阻网络作为三电平飞跨电容预充电具有控制系统简单，运行可靠的优点。在满足预充电时间、开关管电压尖峰和输出电压允许值的基础上，分析了三者耦合关系；选取合适的电阻网络参数，利用飞跨电容三电平Buck变换器在功率变换的优势，保证了直流充电系统运营的可靠性，可在在城市轨道交通系统中发挥重要的作用。
参考文献：
[1]钟志浩. 飞跨电容型三电平Buck变换器的功能集成与动态优化研究[D]. 武汉：华中科技大学，2015
[2]金科，杨孟雄，阮新波. 三电平双向变换器[J]. 中国电机工程学报，2006，26（5）：41-46.
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[4]单国栋. 三电平Buck直流变换器控制策略研究[D]. 重庆：重庆大学，2012
论文作者:陈星
论文发表刊物:《云南电业》2019年6期
论文发表时间:2019/11/28
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