余旋

（安徽建筑大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

建筑工程變電所系統(tǒng)有效運(yùn)行研究

余旋

（安徽建筑大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

建筑工程是一個(gè)由多個(gè)部分有機(jī)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，在諸多構(gòu)成部分之中，電力系統(tǒng)是必不可少的，直接關(guān)系到整個(gè)建筑工程能否正常使用，變電所是整個(gè)電力系統(tǒng)中最為核心和關(guān)鍵的，基于此，本文對(duì)變電所有效運(yùn)行的諸因素進(jìn)行研究，從變電所位置選擇出發(fā)，研究了建筑工程變電所交直流操作電源的選用原則和方式，也對(duì)建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的進(jìn)出線方式選擇進(jìn)行分析，在前述基礎(chǔ)上，對(duì)建筑工程變電所電力變壓器的故障、保護(hù)和整定進(jìn)行探討.

建筑工程；變電所；有效運(yùn)行

眾所周知，建筑工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，有多個(gè)組成部分，在諸多部分之中，電力系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑必不可少的，在一定意義上可以說(shuō)直接關(guān)系到整個(gè)建筑工程能否正常使用，而變電所是整個(gè)電力系統(tǒng)中最為核心和關(guān)鍵的，因此，建筑工程中的變電所的正常和有效運(yùn)行就顯得極為重要，這也是本文研究的基本出發(fā)點(diǎn)所在.

1 建筑工程內(nèi)的變電所位置選擇——首要的基本條件

一個(gè)建筑工程，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)考慮到變電所的位置，這是建筑工程變電所運(yùn)行的首要的基本條件，變電所的選擇應(yīng)基于以下幾個(gè)方面的考慮.

1.1 應(yīng)盡可能接近用電負(fù)荷中心

變電所接近負(fù)荷中心，低壓供電半徑小，減少電壓降，節(jié)省線纜、減少能耗，提高供電質(zhì)量，是首先要考慮的原則.對(duì)于高層建筑、地下室和屋頂是電力負(fù)荷相對(duì)比較集中的兩個(gè)區(qū)域，地下室有冷凍機(jī)房、水泵房、鍋爐間、通風(fēng)設(shè)備等，約占整個(gè)大樓用電負(fù)荷的40%～55%，尤其是冷凍機(jī)房是用電大戶，因此變電所應(yīng)盡量靠近冷凍機(jī)房一側(cè).對(duì)于建筑體量比較大的高層建筑，特別是超高層，其屋面層電力負(fù)荷比較大，如電梯、消防風(fēng)機(jī)、冷卻塔等.在北方，空調(diào)采暖采用電熱泵機(jī)組，一般布置在屋面層，這樣也可考慮在屋面層或技術(shù)層設(shè)置分變電所.

1.2 變電所位置選擇要考慮到進(jìn)出線方便

高壓進(jìn)線要盡量減少與建筑周?chē)渌艿赖慕徊?出線要靠近用電負(fù)荷側(cè)，特別希望與電氣豎井靠近，并使大部分線纜的走向盡量能避免與其他專業(yè)的大管道交叉.尤其在高層有限的情況下，更應(yīng)綜合考慮，合理布置.

1.3 電氣設(shè)備運(yùn)輸、吊裝的便利

設(shè)在地下室的變電所，其電氣設(shè)備的運(yùn)輸通道，首先應(yīng)盡量利用地下層的車(chē)道，但應(yīng)注意其層高能否滿足要求，通往變電所的通道有否剪力墻等不可拆移的障礙物.總之，必須滿足首次搬運(yùn)、安裝和將來(lái)檢修的需要，特別應(yīng)注意今后更換變壓器時(shí)搬運(yùn)的可能.如果沒(méi)有車(chē)道或不能滿足以上要求，則要考慮可否在變電所某一位置的頂板上予留吊裝孔，吊裝孔還應(yīng)考慮一些善后處理的措施.

設(shè)置在屋頂層或中間技術(shù)層的變電所，主要應(yīng)考慮電氣設(shè)備吊裝的可能，以及樓板荷載的承重問(wèn)題.

1.4 其他需要考慮的因素

1.4.1 變電所位置選擇還需要考慮到防水.變電所若設(shè)于地下室，不宜設(shè)在最底層，當(dāng)?shù)叵聦觾H有一層時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)抬高地面等防水措施.變電所不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場(chǎng)所的正下方或鄰近.

1.4.2 變電所位置還應(yīng)考慮避開(kāi)劇烈振動(dòng)的場(chǎng)所、遠(yuǎn)離污穢的地方（如污水處理站），不應(yīng)與有火災(zāi)危險(xiǎn)的場(chǎng)所鄰近.

2 建筑工程變電所交直流操作電源的選用——變電所運(yùn)行的核心

2.1建筑工程變電所交流電的選用

交流操作電源一般有“電壓源”與“電流源”兩種.“電壓源”主要來(lái)自所用變或配電變壓器二次側(cè)380/220V母線，或電壓互感二次側(cè)經(jīng)100/220V隔離變壓器取得.但須注意，從電壓互感器引來(lái)的“電壓源”不能作為短路保護(hù)裝置的操作電源，為解決變電所首次電動(dòng)合閘問(wèn)題，電壓互感器必須接在進(jìn)線斷路器的電源側(cè).為提高其供電的可靠性，電壓互感器二次繞組中性點(diǎn)采用經(jīng)擊穿保險(xiǎn)器接地，當(dāng)其二次回路任一相發(fā)生接地時(shí)，可由電壓繼電器監(jiān)察并發(fā)出信號(hào).

“電源流”由電流互感器提供，主要供繼電保護(hù)跳閘.短路故障時(shí)，可利用電流互感器二次側(cè)短路電流使斷路器跳閘.交流操作電源具有接線簡(jiǎn)單、投資低、節(jié)省占地面積等優(yōu)點(diǎn)，但還不能構(gòu)成十分完善的保護(hù)系統(tǒng)，一般只能應(yīng)用在中小型變電所中.

2.2 建筑工程變電所直流電的選用

建筑工程變電所的直流操作電源可分為兩種，一種是由蓄電池組組成，另一種是由交流整流獲得，現(xiàn)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行論述.

2.2.1 蓄電池組電源.免維護(hù)鉛酸蓄電池直流系統(tǒng)成套裝置和鎘鎳蓄電池直流系統(tǒng)成套裝置.前者主電路是由鉛酸蓄電池組、充電/浮充電機(jī)、硅穩(wěn)壓調(diào)壓裝置及直流輸出回路組成；后者有鎘鎳蓄電池組、充電機(jī)、直流恒壓裝置和直流輸出回路組成.這兩種直流電源均是一個(gè)獨(dú)立的電源，與系統(tǒng)運(yùn)行狀況無(wú)關(guān)，可以在停電情況下保證直流操作機(jī)構(gòu)、繼電保護(hù)、信號(hào)、自動(dòng)裝置以及應(yīng)急事故負(fù)荷電源的供電.

尤其是鎘鎳蓄電池直流裝置，采用密封免維護(hù)電池，無(wú)須補(bǔ)液，并能防止出現(xiàn)爬堿現(xiàn)象，具有可靠性高、占地面積小、維護(hù)工作量少、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的繼電保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用.但該直流電源也存在接線復(fù)雜、直流網(wǎng)絡(luò)較長(zhǎng)、設(shè)備一次投資大、易引起直流一點(diǎn)接地故障等缺電，因此僅在對(duì)操作電源要求特別可靠的工程中采用.

2.2.2 整流操作電源.常見(jiàn)的是由硅整流裝置和電容補(bǔ)償裝置構(gòu)成.系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，操作電源由硅整流裝置提供，繼電保護(hù)電源由電容補(bǔ)償裝置供給.當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，交流電源電壓降低甚至消失時(shí)，由電容儲(chǔ)能裝置放電使斷路器跳閘，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省、便于維護(hù)；缺點(diǎn)是可靠性不如蓄電池直流系統(tǒng).在小型變配電系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用.

在民用工程的變配電系統(tǒng)中，操作電源的選擇應(yīng)根據(jù)建筑物（群）或小區(qū)的規(guī)模、性質(zhì)（重要性）以及斷路器選型對(duì)操作電源的要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、變電所的面積條件等綜合考慮確定.應(yīng)該說(shuō)，交流操作電源首先被廣泛采用，僅在對(duì)供電可靠性有特別要求的工程，或規(guī)模特別大的系統(tǒng)才考慮用直流操作，且一般首選鎘鎳蓄電池直流裝置.需要提醒的是，對(duì)供電部門(mén)要求用戶電源進(jìn)線斷路器加失壓保護(hù)的系統(tǒng)，斷路器必須選用帶失壓脫扣機(jī)構(gòu)，否則交流操作電源難以滿足這個(gè)要求.

3 建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的進(jìn)出線方式選擇——變電所內(nèi)電流運(yùn)行的路徑

一般而言，建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的進(jìn)出線方式主要分為上進(jìn)上出和下進(jìn)下出或二者兼有幾種方式，這幾種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇，下面針對(duì)這幾種出現(xiàn)方式，進(jìn)行分析.

3.1 建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的下進(jìn)下出線方式

這是一種比較傳統(tǒng)的方式，即電源進(jìn)線及饋出線均以電纜形式從開(kāi)關(guān)柜下部進(jìn)出，需要在開(kāi)關(guān)柜下面做電纜溝或電纜夾層，作為電纜敷設(shè)之用，安裝檢修十分方便，地面上變電所常用這種方式.對(duì)于地下室變電所，要設(shè)電纜夾層或電纜溝，為滿足大電纜彎曲半徑的需要，溝深要1m左右，夾層則要1.8～2.4m高，這就可能出現(xiàn)一系列問(wèn)題，如地下層要有足夠的高度才能做架空地板，以形成電纜溝或夾層；土建造價(jià)勢(shì)必大為提高，很不經(jīng)濟(jì).若在結(jié)構(gòu)底板上開(kāi)溝，則必須斷筋，給結(jié)構(gòu)帶來(lái)難度，而且纜溝進(jìn)水、積水、電纜泡水也難以處理.另外，由于電纜溝尺寸因設(shè)備不同而異，而設(shè)備定貨往往在土建施工之后才能落實(shí)，因而常造成土建大返工.因此“下進(jìn)下出”的方式在地下層變電所的應(yīng)用受到諸多因素的限制，而逐漸被“上進(jìn)上出”所取代.

3.2 建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的上進(jìn)上出線方式

這是近年來(lái)地下室變電所較廣泛應(yīng)用的進(jìn)出線方式，即電源進(jìn)線與饋出線均從開(kāi)關(guān)柜頂部進(jìn)出.隨著電纜橋架、密集型母線的問(wèn)世，為導(dǎo)線敷設(shè)方式開(kāi)辟了新的途徑，也使得“上進(jìn)上出”成為可能.它避免了“下進(jìn)下出”的一系列弊端，充分利用了開(kāi)關(guān)柜頂?shù)目臻g，壓縮了層高，解決了進(jìn)水、積水問(wèn)題，比較經(jīng)濟(jì)合理.但對(duì)開(kāi)關(guān)柜制造廠提出了新的要求，即要求開(kāi)關(guān)柜應(yīng)有導(dǎo)體上引的通道.目前國(guó)內(nèi)外均有這類產(chǎn)品問(wèn)世，國(guó)產(chǎn)的如KYN、JYN改型的高壓柜（即柜臺(tái)后加背包作為電纜進(jìn)出的空間），低壓柜如GCK、GCS、MNS等，均可實(shí)現(xiàn)“上進(jìn)上出”.

3.3 建筑工程變電所高低壓開(kāi)關(guān)柜的混合型出線方式

即一部分線纜上進(jìn)上出，一部分為下進(jìn)下出.這多適用于設(shè)在樓層上的配電室，饋出線既有往高層走，也有往低層去，這在設(shè)備訂貨時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)廠家提出不同的出線要求.

4 電力變壓器的故障、保護(hù)和整定——建筑工程變電所有效運(yùn)行的有力保障

4.1 建筑工程變電所電力變壓器的常見(jiàn)故障

變壓器故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種.

內(nèi)部故障指變壓器相間、繞組匝間短路和單相接地短路，短路電流的電弧不僅會(huì)破壞繞組絕緣、燒壞鐵芯，而且還會(huì)由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解產(chǎn)生嚴(yán)重后果.

外部故障指引出線上絕緣套管相間短路和過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流、繞組溫度升高、油溫升高、油面降低等.

4.2 建筑工程變電所電力變壓器的保護(hù)和整定

根據(jù)上述故障及運(yùn)行的異常現(xiàn)象，考慮民用建筑變壓器容量一般在2000kV·A及以下，一般應(yīng)按照以下方式進(jìn)行保護(hù)和整定.

4.2.1 過(guò)電流保護(hù)和整定

防御外部短路而引起的過(guò)電流，并作為速斷保護(hù)的后備保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘.其整定原則如下：

（1）按躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定（主要應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)等因素）.

（2）過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與低壓側(cè)熔斷器或斷路器保護(hù)相配合，時(shí)限階段取△t=0.5～0.7s.

（3）靈敏度按變壓器二次側(cè)兩相短路的條件來(lái)校驗(yàn).

4.2.2 速斷保護(hù)和整定

防御變壓器的內(nèi)部故障和引出線的相間短路、接地短路，瞬時(shí)作用于跳閘，一般當(dāng)過(guò)流時(shí)限大于0.5s時(shí)，需裝設(shè)速斷.

整定原則為，起動(dòng)電流應(yīng)躲過(guò)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)變壓器二次側(cè)短路電流，所以二次側(cè)套管引出線發(fā)生短路，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，只能保護(hù)變壓器大部分繞組.因此必須與過(guò)流、瓦斯等配合，才能有效地保護(hù)變壓器.

4.2.3 瓦斯保護(hù)和整定

用于800kV·A及以上油浸式變壓器，防御變壓器油箱內(nèi)部多種類型故障尤其是繞組匝間短路最靈敏.短路電流的電弧使絕緣物和油分解產(chǎn)生大量氣體，于是熱油膨脹，油流沖擊瓦斯繼電器，使舌簧接點(diǎn)接通，重瓦斯作用于跳閘，輕瓦斯作用于報(bào)警.

4.2.4 過(guò)負(fù)荷保護(hù)和整定

防御因過(guò)載而引起的過(guò)電流，一般只在有可能過(guò)載時(shí)才裝設(shè).如并列運(yùn)行的變壓器，或作為其他備用電源變壓器等，一般作用于信號(hào)（帶時(shí)限）.還可利用變壓器低壓側(cè)空氣斷路器的長(zhǎng)延時(shí)脫扣器，實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷保護(hù).

整定原則為，起動(dòng)電流按躲過(guò)變壓器的額定電流1.2～1.5倍整定，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限，一般10～15s.

4.2.5 單相接地保護(hù)和整定

對(duì)于變壓器低壓側(cè)為干線制Y，yn0的變壓器，當(dāng)利用高壓側(cè)的過(guò)流保護(hù)兼作單相接地保護(hù)，或利用低壓側(cè)三相過(guò)流保護(hù)不能滿足靈敏度要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)單相接地保護(hù)作用于跳閘.

整定原則為，應(yīng)躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)變壓器中性線上流過(guò)的最大不平衡電流（一般不超過(guò)變壓器額定電流的25%）.

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