一体划供电方案主接线与继电保护有关问题分析

摘要：一体划供电方案主要用于城市电网，以及建筑面积比较大的民用建筑与住宅小区。它可以使10kV更加深入负荷中心，由于缩短了低压电缆供电半径，不仅节省了大量低压电缆，降低工程造价；还减了少电缆电能损耗与与电压损失，有利于节省电能与提高供电质量。本文针对一体划供电方案主接线与继电保护等方面的问题进行了一些分析。供电气设计与运行管理有关技术人员参考。
　　
关键词：一体划供电方案 主接线 树干式供电 环网式供电 继电保护
　　
　　一体划供电方案是将10kV供电线路、220/380V供电线路与10/0.4kV变压器统一规划与设计的一种供配电方案。它将10kV电缆、环网柜、与箱式变相结合起来统一考虑，统一设计与订货。由于它可以节省掉电缆π接箱，体积小于相同容量的箱式变，可以使10kV更加深入负荷中心。民用建筑的住宅小区可以将一体划箱式变安装在住宅楼附近，超高层建筑可以将变压器容量适当减小，将一体划箱式变安装在设备层。工业建筑可以将一体划环网柜与箱式变安装在车间内或车间附近。
　　
　　1一体划供电方案主接线
　　
　　一体划供电方案主接线有树干式与环网式两种。树干式供电方案工程造价低，但供电可靠性也低，无备用干线时只能够用于对三级负荷的供电。环网式供电方案可以取得两个电源，供电可靠性有所提高，可以用于对二三级负荷的供电。环网式供电方案分为单侧环网式供电与双侧环网式供电两种。环网式供电方案运行方式可以根据当地供电部门的规定、用户供电可靠性要求与继电保护情况采用开环运行与闭环运行两种方式。
　　
　　2树干式一体划供电方案有关问分析
　　
　　树干式供电方案在某一段线路发生故障后，就会造成所有用户停电，所以树干式供电方案一般采用架空线，较少采用电缆。因为架空线路发生故障后容易寻找与处理。在“民用建筑电气设计规范（2008版）”第3.2.10条中也提出，二级负荷可由一路专用电源供电，如果采用电缆时应采用两个电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受全部二级负荷。

　　
　　一体划供电方案进行一些改进后，就可以采用电缆线路。每个箱式变的进出电缆均采用插拔式电缆头，而且在每个箱式变的出线处安装高压熔断器保护。当只有一路电源时，就可以采用树干式一体划供电方案。图一为树干式一体划供电方案的主接线单线系统图。
　　
　　当某一段线路发生事故后，由高压熔断器进行保护断开故障电缆，此时只能够造成故障点以后的用户停电，从而减少了停电范围。故障点一般发生在熔断与未熔断的高压熔断器之间，很快就可以寻找出发生故障的电缆。此时拔出发生故障的电缆两端的电缆头，故障电缆以前的用户就可以很快恢复供电。
　　
　　故障电缆以后的用户需要在故障电缆修复后才能恢复供电，时间比较长。负荷及供电范围不大时，可以设计低压联络线，发生事故后可采用手动方式，适当切除一部分不重要负荷，及时恢复对部分重要负荷的供电。
　　

　　3环网式一体划供电方案有关问分析
　　
　　图二为一侧环网式一体划供电方案的主接线单线系统图。当用户有两路电源时，环网的两路电源分别引此两段母线。用户总变电站两路电源一路运行一路备用时，母联断路器或隔离柜常合。有条件时也可以采用双侧环网式
　　
　　一体划供电方案，用户变电站的两路电源分别引此上一级两个不同变电站，同样可以采用两路电源一路供电、一路备用的开环运行。
　　
　　图二所示一侧环网式一体划供电方案，各环网室采用高压熔断器保护与开环运行。环网距离短时可以将变电站某一段母线上的隔离柜拉开作为断开点。当某一段电缆发生故障时，只能够由人工操作将故障电缆两端的电缆插头拔出后，再将断开点隔离柜合上恢复供电。此方案一般用于对二三负荷的供电。采用一体划后，高压电缆减少，各环网室可以更加深入负荷中心，缩短了低压电缆供电半径，不仅节省了大量低压电缆，还减了少电缆电能损耗与与电压损失。
　　
　　对于供电可靠性要求高的用户，可以将各环网室的高压熔断器改为高压断路器，并采用数字式继电保护装置，主接线单线系统图见图三。运行时可将某一环网室的高压断路器打开作为环网断开点。
　　
　　由断路器代替高压熔断器后，就可以采用数字式继电保护装置与安全自动装置。数字式继电保护装置与安全自动装置又称为微机保护装置与微机安全自动装置。数字式继电保护装置与安全自动装置通过计算机通信接联网后，就可以组成变电站综合自动化系统。
　　
　　环网断开点的断路器可选用带有备自投功能的数字式继电保护装置，实现备用电源互投。
　　
　　各环网室的数字式继电保护装置可选用具有方向保护、线路纵差保护与保护选择性连锁等功能的数字式继电保护装置，继电保护的选择性可以得到保证，事故后恢复供电时间可以缩短，供电可靠性就可以得到提高。
　　
　　4双回路环网式供电方案
　　
　　北京市电力设计院针对北京市金融街地区供电可靠性要求高的原则，本着一次系统主接线简单，采用先进技术与节约投资的精神，采用双回路环网式供电方案，一次系统主接线见图四。此方案还可以用于工矿企业供电系统。
　　
　　双回路环网式供电方案采用开环运行时，各用户可以实现两路电源同时供电，但用户变压器二次侧应分列运行。可采用变压器二次侧低压备自投保证供电的可靠性。如果双回路环网式供电方案采用闭环运行，各用户就可以得到四路电源同时供电，供电可靠性更高。
　　
　　图四所示双回路环网式供电方案中，各用户选用两台变压器，当用户负荷比较大时，单台变压器容量就比较大。低压开关柜与低压出线就非常多；变压器速断保护保护灵敏系数有时就会满足不了要求，需要采用差动保护。此时如果采用环网式一体划供电方案，将变压器分为四台以上，变压器单台容量减小，就可以深入到负荷中心。主接线图见图五与图四下半部分。
　　

　　5数字式继电保护装置用于环网式供电继电保护功能的改进
　　
　　根据国家标准“继电保护和安全自动装置技术规程（GB/T14285－2006）”第4.4.2.2与4.4.2.3条规定：环形网络的线路，不宜出现环形网络（即闭环）的运行方式，应开环运行。当必须以环形网络（即闭环）的方式运行时，为简化保护，可以采用故障时将环网解列而后恢复的方法。第5.2.4.3条还规定：由几段串联线路构成的电力网，为了补救速断保护无选择性动作，可采用带前加速的重合闸或顺序重合闸方式。此条用于树干式供电。
　　
　　数字式继电保护装置具有方向保护功能，环网式供电继电保护的选择性会得到更大的改善，运行方式也可以改变。环网式供电两侧电源短路容量不同，以及电缆线路距离不同时，短路电流大小就不同。用于环网式供电的数字式继电保护装置，可以设置两套保护定值，发生事故后可根据短路电流方向不同，起动不同的继电保护动作电流。这样继电保护的选择性就可以提高。
　　
　　环网式一体划供电方案用于工业企业内部供电系统时，可以采用闭环运行方式。选用具有光纤纵差保护功能的数字式继电保护装置，继电保护的可靠性与选择性都可以提高。继电保护整定也比较简单。
　　
　　用于环网式供电数字式继电保护装置应增加保护选择性连锁功能。发生短路事故后及时发出短路信号，并及时接收和处理短路信号。当接收不到短路信号时，说明下一级继电保护没有动作，事故发生于本段线路，速断保护动作跳闸。当接收到短路信号时，说明下一级继电保护动作，事故发生于本段线路以后的线路，速断保护自动增加延时，作为下一级继电保护的后备保护。这样也可以提高继电保护的选择性。
　　
　　6环网式供电的单相接地保护
　　
　　目前我国10kV供电系统为电源中性点不直接接地系统，发生单相接地故障后，当对地电容电流不超过规程规定值10A时，可以继续运行一定时间。此时需要设计Y/Y/△（开口三角形）型电压互感器，选用数字式电压互感器监测装置，进行单相接地故障报警。然后采用依次断开线路的方法寻找故障线路。
　　
　　发生单相接地故障后，当对地电容电流大于过规程规定值10A时，为了保证人身与设备的安全，单相接地保护应动作于跳闸。此时需要设计Y/Y/△（开口三角形）型电压互感器与零序电流互感器。选用具有单相接地保护功能的数字式继电保护装置，根据零序电压与零序电流两个判据进行单相接地保护，并动作于跳闸。
　　
　　随着城市供电网规模的不断扩大，对地电容电流也越来越大。单相接地保护必须动作于跳闸。为保证单相接地保护跳闸的可靠性，供电电源中性点可采用串联电阻后再接地的接地方式。这样发生单相<