中压电能传输系统在长距离分散性负荷配电工程中的应用.doc

中压电能传输系统在长距离分散性负荷配电工程中的应用 摘 要：分析了长距离分散性负荷传统低压供电和中压传输配电的优缺点，详细阐述了中压配电的关键技术，论证了长距离分散性负荷中压传输的可行性，实践证明：中压配电系统技术先进，安全可靠，运营成本低，能产生较大的社会、经济效益，在长距离分散性负荷配电工程中具有广阔的应用前景。 关键词：中压电能传输；长距离分散性负荷；特大型桥梁；埋地式变压器 1 系统简述 中压输电系统，在国外被定义为3.2kV5.5kV，与我国的电压等级比照应该为610kV。目前，国内只有少量用户和发电厂的用电系统采用6kV，而一般市电均采用10kV供电，在这里，我以10kV作为中压输电系统的配电电压。其基本思路为：将我国电网供电电压10kV或35kV配、变为中压10kV，再通过中压配电柜将10kV电源经电缆配送至分散性负荷供电点处的埋地式变压器，再将电压配变为0.4kV向路灯及外场监控设备供电。中压干线系统一般为树干式接线，也可以构成环网接线，以进一步提高供电可靠性。10kV中压输电系统向用电负荷馈电的方案如图1所示：由于供电电压上升到10kV，在输送相同负荷情况下，10kV线路中的电流仅为0.4kV电路中电流的4%，相同截面的电缆，10kV线路中的电压损失也只有0.4kV线路的4%。因此，10KV输电线路的输电距离远大于0.4KV输电线路。 2 关键技术 2.1 配电及线路保护 2.1.1 配电电压的选择 按我国现行的供电规范，中压供电电压为10KV，而电业部门向用户直接提供6kV的可能性极小，而欧美国家的6/0.4kV变压器在我国直接应用于中压电网是不行的。低压配电对特大型桥梁、特长隧道长距离分散性负荷的供配电是不可行的，提高电压等级是必然的。因为在同样的输送距离下，配电电压高，线路电流小，因而线路采用的电缆截面小，从而减少线路初投资和电能损耗量。反之，如要获得同样的效果，势必以增加电缆截面为代价，这是不可取的。线路越长，配电电压越高，对节能和节省投资效果越明显。随着对中压输电技术的进一步了解，以及出于对我国10kV等级中压的认可，近年来，在我国逐步开发研制了10kV等级的埋地式变压器，价格比进口设备低，为中压传输系统在长距离配电工程中应用开拓了更广阔的前景。 2.1.2 线路保护 从10kV配电开始，到每个用电负荷的整个线路上，共有7级保护：FC回路的第一级高断路容量中压SF6接触器，其采用SF6绝缘，避免了操作过电压，能频繁操作，电气寿命达30万次； FC回路的第二级HRC熔丝提供过电流（主要是短路电流）直接保护； 电流互感器提供过载保护和零序电流变送器提供接地漏电保护的间接保护； 埋地式变压器箱体内设在初级进线处的HRC熔断保护，其遮断容量一般达15KA； 埋地式变压器箱体内设在次级出线处的4极低压断路器，提供电流及短路保护，埋设在绕组中的热感应探头提供过载保护，断开容量一般为10KA； 低压控制箱中的FC回路保护； 每个负荷进线处的熔丝保护。 其EP11中压保护柜系统原理图见图2。 2.1.3 智能操作屏 由于中压输电技术的应用，主要是解决长距离输送低压电能的技术问题。所以，其配电网络的拓扑一般为树状，线型分布，而非短距离的星型分布。这样，配电输出装置的要求就比较高。除了上述设置7级保护以外，还可以应用智能化控制操作屏。由软件来执行“接触器开断”、“接触器合闸”、“绝缘监视”等操作过程和信号监视。 2.2 中压电缆的选择 由于中压输入的埋地式变压器、分路器均是采用三相电缆终端的三相插入式插头连接，而插头额定载流量是80A，额定输送容量是1380KVA，电力电缆最大允许外径为58mm。因此，电缆线径的选择也就决定了在应用中压输电技术时，每座开关站所能承担的最大供电距离，据资料显示：每座6KV的变电站可提供20KM范围内的路灯负荷，现针对10KV中压输电做了如下计算： 在某个照明工程中，一路10KV线路的最大负荷为400KVA，线路长20Km，计算如下： 2.3 开发或引进一种可插入式连接、耐腐蚀、免维护、长寿命的可埋入地下的或可放置于箱梁内的埋地式变压器 目前，在10KV配电网中仍有些高速公路，大型桥梁采用组合式变电站美式或欧式箱式变电站配电。这种箱变由高压配电室、变压器室、低压配电室紧密组合在一起，形成“目”字形或“品”字形结构，由于它体积仍较大，通风散热效果不良，防护等级低，需要安装在地势较高的地面上，且需经常维护，可靠性不够高，不能适应特大型桥梁，长隧道等长距离分散性负荷用电特点及运行维护方面的要求，且一般桥梁的箱梁检修孔小（仅容一人通过），主塔和箱梁之间也没有安放中大容量供配电设备的空间。而供配电设备与线路又不能破坏桥梁主体工程的结构安全，另外，箱梁内的电气设备的维护也比较困难，温度也很高。埋地式变压器是中压输电系统的关键技术。它具有如下特点： (1)变压器工作条件差，不仅露天设置承受风吹雨淋日晒，还要能承受腐蚀和浸泡，所以将变压器设计成能够埋在地下或置于水中，防护等级为IP68的全封闭型变压器。 (2)变压器是承上启下的供电节点，所以在10KV侧设置了高压熔丝，在0.4KV侧又设置了断路器保护。10KV侧的熔丝是低压线路及负荷的后备保护，使某一个负荷区的故障不会影响到10KV的供电线路。 (3)由于10KV线路所带的10KV/0.4KV变压器链接方式类似于“挂灯笼”，拆卸方便，所以该变压器输入输出端被设计成插拔式。某一台变压器10KV侧拔脱以后不会影响其他变压器的正常运行（插拔件规格是统一的，互换性很好）。 (4)埋地式变压器的体积小，很适合特大型桥梁和特长隧道的有限设置空间，且容量等级有5KVA、10KVA、20KVA、30KVA、50KVA等供照明、公路交通监控系统、通信系统等工程设计选择，这一系列的配置，可以使工程设计获得灵活经济的效果。 总之，中压电能传输系统埋地式变压器的应用，彻底地解决了高速公路、市政照明在长距离小负荷输送电能的技术难题，为隧道、大型桥梁在供配电优化方案时，提供了一个选择。 3 中压电能传输系统的优越性 中压电能传输系统具有如下特点： （1）长距离大范围分散性负荷的特大型桥梁和高速公路供电基础设施、设计和施工的技术难题迎刃而解。具有减少变电所，减少供电线路、降低工程投资和营运管理费用的综合优越性； （2）高稳定、高安全、高防护等级的埋地式变压器特别适用于特大型桥梁和高速公路的高质量道路照明和道路监控设施的供电，以及整个供电网在地下建设，可以节省占地，地上绿化使环境更加优美； （3）埋地式变压器损耗小、温升低、噪音小，又免维修，是节能的绿色环保产品。与埋地式变压器配套的分路器，可使电网在一定范围内任意拓展； （4）中压配电系统除应用于特大型桥梁外，还可应用于机场、港口、地铁、广场、住宅小区等处的照明配电工程中。 中压电能传输的供电方式，是当前国际节能供电的新技术。将中压传输供电新技术引入高速公路是一项新举措。其具体模式是将电能用中压送至负荷点的埋地变压器，再将中压转换为低压，取200m左右供电半径对收费站、隧道通风、照明等负荷供电。与传统的供配电系统相比，它具有传输距离远、损耗小、防护等级高（达IP68）、免维护、电网易扩展，安装维护简便，节约建设投资，大幅度减少营运管理费用等特点。主要设备采用了世界上最先进的集自动开关和数控技术于一体的中压保护柜，并具有自动与手动、远程控制与本地控制、运行功能显示、实时监控等功能，配置了智能化接口，为电力监控系统的实现提供了条件，使供电系统构成一个完整的计算机电力维护与监控系统，并可与路桥监控中心联网，实现变电站无人值守。中压电能传输系统接地先进可靠，该系统填补了我国在长距离、大范围、分散性负荷特殊领域内供电照明工程专用设备的空白。 4 结