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對變電所、配電所設計中普遍存在的問題探討
摘要：本文針對筆者多年來在審查10、6kV配電所及10、6/0.4kV變電所設計中發現的一些問題，依據國家現行規范和標準進行簡要分析，并提出具體的改進意見。
關鍵詞：變電所;配電所;存在問題;規范
前言
10、6kV配電所及10、6/0.4kV變電所設計，是工程建設中非常普通又非常重要的一項工作，其規范性和技術性都很強，許多方面涉及到國家強制性條文的貫徹落實。要做好變配電所設計既要執行國家現行的有關規范和規程，又要滿足當地供電部門的具體要求，否則會出現種種問題，影響設計質量和工程進度。為了做好變配電所的設計，現將本人在審查我院變配電所設計圖紙時發現各種問題中的一部分整理出來，進行簡要的分析，與大家相互交流，以便共同提高。
1.變電所和配電所的名稱工程設計在使用名詞術語時要力求準確，不能隨意。在具體項目的設計文件中不宜籠統使用“變配電所”這一名稱。“變配電所”是變電所和配電所的統稱，僅用于泛指。具體談到某種類別或某一個體時，應分別稱為“變電所”或“配電所”。在GB50053-94《10kV及以下變電所設計規范》中，“變電所”的解釋是“10kV及以下交流電源經電力變壓器變壓后對用電設備供電”：“配電所”的解釋是“所內只有起開閉和分配電能作用的高壓配電裝置，母線上無主變壓器”。在變電裝置與配電裝置均有時，以升降壓為主要功能包括附有高、中壓配電裝置者，稱為“變電所”“以中壓配電為主要功能?包括附有3～10/0.4kV變壓器者，稱為”配電所“。一項工程具有多個變電所時，應以所在建筑物的名稱或用流水號對各變電所分別命名。
2.帶電導體系統的型式和系統接地的型式根據國際電工委員會IEC-TC64第312條，配電系統的型式有兩個特征，即帶電導體系統的型式，如三相四線制，和系統接地的型式如TN-C-S系統。在正式文件中不得把三相四線制的TN-S系統稱為“三相五線制”。在GB50054-95《低壓配電設計規范》第37頁“名詞解釋”中已明確指出，“三相四線制是帶電導體配電系統的型式之一，三相指L1、L2、L3三相，四線指通過正常工作電流的三根相線和一根N線，不包括不通過正常工作電流的PE線”。它并進一步闡明“TN-C、TN-C-S、TN-S、TT等接地型式的配電系統均屬三相四線制”。在我國低壓配電電壓應采用220V/380V.帶電導體系統的型式宜采用單相二線制、兩相三線制、三相三線制和三相四線制。在設計文件中，對TN-S與TN-C-S接地型式的劃定有時混淆不清。系統的接地型式一般是就一個變電所或一臺變壓器的供電范圍而言。中性線N線和保護線PE線僅在局部范圍內，如一棟樓或一層樓分開時，應稱TN-C-S系統。TN系統中某一剩余電流保護器負荷側電氣裝置的外露導電體單獨接地時，可稱為局部TT系統。
3.分級分類術語和標準計量單位設計文件中的各種分級、分類等名詞術語，應與國家標準、行業標準統一，不得混淆。如經常使用的術語：電力負荷應稱為一、二、三級負荷，這里用“級”不用“類”;防雷建筑稱為一、二、三類防雷建筑物，這里用“類”不用“級”?新的防雷規范不再分工業、民用，屋面避雷網的網格大小也應以新規范為準;爆炸性氣體環境危險區域分為0、1、2區，爆炸性粉塵環境危險區域分為10、11區，火災危險區域分為21、22、23區，這里均用“區”不用“級”或“類”;而火藥、炸藥、彈及火工品危險場所電氣分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類危險場所，這里用“類”不用“區”。其他的名詞術語也應正確使用，如在正式文件中應使用“斷路器”、“變電所”，而不宜使用“自動開關”、“變電站”等等，不一一列舉。計量單位的標準符號要正確，字母的大小寫不能隨意。如A、V、W、kV、kW、kVA、kvar、lx、km等應一律使用法定計量單位，特別要注意單位符號字母的大小寫要正確，凡由人名轉化來的單位符號?如A、V、W、N、Pa和兆以上的詞頭符號?如M、G均應大寫;除此之外，則一律小寫，如kV、MW、kvar、km等。有關計量單位的資料，可參閱“工業與民用配電設計手冊”第十六章第773～783頁。
4.對土建的要求在GB50053-94《10kV及以下變電所設計規范》中明確規定了變電所所址選擇和對建筑等有關專業的要求，在執行中我們還存在不少具體問題，現僅列舉以下幾例略加分析，今后設計時應予以重視。
1)防火挑檐：車間附設變電所選用油浸電力變壓器時，有的未在變壓器室大門的上方設置防火挑檐。在工程建設標準強制性條文GB50053-94的第6.1.8條，規定“在多層和高層主體建筑物的底層布置有可燃性油的電氣設備時，其底層外墻開口部位的上方應設置寬度不小于1.0m的防火挑檐”。
2)安全出口：有的設計在長度大于7m的配電室僅設一個出口或設兩個出口但靠近同一端。這不符合GB50053-94第6.2.6條的規定，規范要求“長度大于7m的配電室應設兩個出口，并宜布置在配電室的兩端”。
3)梁高：有的設計在考慮室內凈高時未計及梁的高度。由于變配電所的跨度較大，有時梁的高度可達800mm左右，故在提土建條件層高時應考慮梁的高度。
4)值班室：有的設計將值班室設在交通不便的里角。這不符合GB50053-94的第4.1.6條規定，該條規定“有人值班的配電所，應設單獨的值班室。高壓配電室與值班室應直通或經過通道相通，值班室應有直接通向戶外或通向走道的門。”
5)電纜溝：有的變電所內雙排布置的低壓配電屏僅在屏底和后側設置地溝，兩排屏的溝之間互不連通。為了方便電纜的進出和今后線路的調整，宜將所內所有主電纜溝和控制電纜溝均連通。
6)電纜分界室：有的分界室不滿足供電部門的要求。北京供電局規定北京地區的10kV用戶必須設置電纜分界室作為工程的電源總進線室。電纜分界室的位置應接近電源進線方向，并靠近建筑物的外墻。其面積一般為6m×3.5m即20mm2左右，凈高應不小于2.7m，下設凈高不小于1.8m的電纜夾層，并設600mm×600mm的人孔和爬梯。電纜分界室在無地下室的建筑物中一般設在一層;而在有地下室的建筑物中，則不論地下有幾層，電纜分界室均要求設在地下一層。根據北京市供電局的規定，電纜分界室歸北京市供電局管理，故電纜分界室的門應向外開向公共走道。
5.設備布置在變配電所的設備布置方面，我們也存在種種問題，甚至違反強制性條文的規定，現僅舉列如下：
1)高、低壓配電系統圖與平面圖不一致。其表現形式有兩種：其一是系統圖與平面圖中柜?屏的排列順序相反。看系統圖時是面向柜?屏的正面，將其從左至右排列為1、2、3……n;而在平面圖上卻是面向屏的背面，將其從左至右排列為1、2、、3……n，必然弄反了。要避免這一錯誤的關鍵是在系統圖和平面圖上都應面向柜?屏的正面從左至右按順序排列。其二是平面圖上雙排面對面布置的配電屏之間有母線橋，而在系統圖卻未畫出。
2)低壓配電屏屏前、屏后通道寬度不滿足新規范要求。如屏后有時僅距墻700mm，抽屜式低壓屏雙排面對面布置時僅相距1800mm.根據規范GB50053-94第4.2.9條規定，低壓配電室內成排布置配電屏的屏前、屏后的通道最小寬度為：其屏后通道，固定式和抽屜式均為1000mm;其屏前通道，固定式單排布置為1500mm，抽屜式單排布置為1800mm，固定式雙排面對面布置為2000mm，抽屜式雙排面對面布置為2300mm.只有當建筑物墻面遇有柱類局部凸出時，凸出部分的通道寬度可減少200mm.
3)配電柜?屏后通道的出口數量不滿足規范要求。作為規范強制性條文，GB50053-94第4.2.6條規定“配電裝置長度大于6m時，其柜?屏后通道應設兩個出口，低壓配電裝置兩個出口間的距離超過15m時，尚應增加出口。”這一條要強制執行的理由，是為了當高壓柜、低壓屏內電氣設備有突發性故障時，在屏后的巡視或維修人員能及時離開事故點。
4)配電室內燈具采用線吊、鏈吊，且安裝在配電裝置的正上方不符合安全要求。GB50053-94第6.4.3條規定，“在配電室內裸導體的正上方，不應布置燈具和明敷線路，當在配電室內裸導體上方布置燈具時，燈具與裸導體的水平凈距不應小于1.0m，燈具不得采用吊鏈和軟線吊裝”。因低壓屏頂部布置有母線銅排通常又不封閉，故要執行此條規定。配電室內可采用線槽型熒光燈用吊桿安裝。
5)變配電所內設有接地扁鋼沿墻敷設，但未設置臨時接地接線柱。為了方便試驗和維修時臨時接地，應適當設置臨時接地接線柱。接地接線柱的做法可參見國家標準圖集86D563《接地裝置安裝》第25頁。
6.推薦選用D，yn11結線變壓器最近十年，在TN系統中采用D，yn11結線組別的變壓器已很普遍，但還有不少工程仍選用Y，ynO結線組別的變壓器，其原因主要是不清楚前者的優點。在GB50052-95《供配電系統設計規范》中第6.0.7條規定：“在TN及TT系統接地型式的低壓電網中，宜選用D，yn11結線組別的三相變壓器作為配電變壓器”。這里“宜選用”的理由，主要基于D，yn11結線比Y，ynO結線的變壓器具有以下優點：
1)有利于抑制高次諧波電流。三次及以上高次諧波激磁電流在原邊接成△形條件下，可在原邊形成環流，有利于抑制高次諧波電流，保證供電波形的質量。
2)有利于單位相接地短路故障的切除。因D，yn11結線比Y，ynO結線的零序阻抗小得多，使變壓器配電系統的單相短路電流擴大3倍以上，故有利于單相接地短路故障的切除。
3)能充分利用變壓器的設備能力。Y，ynO結線變壓器要求中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%?見GB50052-95第6.0.8條，嚴重地限制了接用單相負荷的容量，影響了變壓器設備能力的充分利用;而D，yn11結線變壓器的中性線電流允許達到相電流的75%以上，甚至可達到相電流的100%，使變壓器的容量得到充分的利用，這對單相負荷容量大的系統是十分必要的。因此在TN及TT系統接地型式的低壓電網中，推薦采用D，yn11結線組別的配電變壓器。
7.電纜型號與截面的選擇
1)電纜選型：YJV型交聯聚乙烯電纜和VV型聚氯乙烯電纜，是工程建設中普遍選用的兩種電纜。YJV型交聯電纜與VV型電纜相比，雖然價格略貴，但具有外徑小、重量輕、載流量大、壽命長?YJV型電纜壽命可長達40年，而VV型電纜僅為20年等顯著優點，因此在工程設計中應盡量選用YJV型交聯聚乙烯電纜，逐步淘汰VV型聚氯乙烯電纜。
2)電纜截面選擇：電纜作為導體的一種，其截面選擇應滿足規范強制性條文GB50054-95第2.2.2條，有關選擇導體截面應符合的四點要求，而我們設計選用的電纜截面有時卻不符合該條規范中第一、第二點的要求。
第一點：“線路電壓損失應滿足用電設備正常工作及起動時端電壓的要求”。電纜截面的選擇除了載流量要滿足計算電流要求外，還應按電壓損失進行校驗。由于未進行電壓損失校驗，我們多次發現因選用6mm2、10mm2截面的電纜作遠距離配電干線而不能滿足用電設備端電壓要求的錯誤，因此應進行電壓損失計算，用以校驗所選用的電纜截面是否滿足用電設備端電壓的要求。規范GB50052-95第4.0.4條，對用電設備端電壓偏差允許值有下列要求：電機機為±5%;在一般工作場所的照明為±5%，遠離變電所的小面積一般工作場所照明、應急照明、道路照明和警衛照明為+5%、-10%;其它用電設備當無特殊規定時為±5%。
第二點：“按敷設方式及環境條件確定的導體載流量，不應小于計算電流。”在執行本條時應考慮環境溫度、導體工作溫度，并列系數等對電纜載流量的影響，尤其是電纜敷設時并列數對載流量的影響。如電纜在橋架上無間距配置2層并列時持續載流量的校正系數，梯架水平排列為0.65，托盤水平排列為0.55?見92DQ1-77。有關電線電纜載流量的各種修正系數可參見華北標《建筑電氣通用圖集》92DQ1-75～77頁。
此外，電纜截面的選擇還須適當考慮備用設備的用電和新增設備的用電。
8.斷路器選擇與短路電流計算在低壓配電系統中用作保護電器的有斷路器和熔斷器兩種。目前我們使用最多的是斷路器，用它來作配電線路的短路保護和過載保護。但是，在選用低壓斷路器時存在不少問題，其中突出的問題是沒有進行短路電流計算。配電線路短路保護電器的分斷能力應大于安裝處的預期短路電流。選擇斷路器應先計算其出口端的短路電流，但有的設計者卻沒有進行短路電流計算，所選短路器的極限短路分斷能力不夠，不能切斷短路故障電流。要確定斷路器安裝處的短路電流，可按設計手冊進行計算，但比較煩雜;也可以采用“短路電流查曲線法”來確定計算電流，比較簡便。現將由上海電器科學研究所設計、浙江瑞安萬松電子電器有限公司斷路器產品資料中提供的一種“短路電流查曲線法”附在后面。通過查此曲線，可以較方便地求得任意安裝位置的短路電流近似值。所舉例子的短路點僅為假設，實際工程設計中最常用的短路點是選在保護電器的出口端。
9.斷路器與斷路器的級聯配合低壓配電線路采用斷路器作短路保護時，斷路器的分斷能力必須大于安裝處可能出現的短路電流。但是有時不能滿足此要求。例如：C45N、C65N/H微型斷路器的分斷能力僅分別為6kA、10kA，但其安裝處出口端的短路電流有時可達15kA甚至更高。這時可用兩路辦法來解決此問題，第一是改用短路分斷能力高的塑殼斷路器;第二是仍選用微型斷路器，利用其與上級斷路的級聯配合來實現短路保護。但是，進行級聯配合的上下級斷路器的選擇須滿足下列條件：
1)先決條件是上級斷路器的固有分斷時間比下級斷路器的全分斷時間短。也就是說下級斷器出口端短路時，下級未來得及切斷短路電流，上一級先行切斷了短路電流。
2)下級斷路器雖不能切斷短路電流，但下級斷路器及其被保護的線路應能承受短路電流的通過。
3)越級切斷電路不應引起故障線路以外的一、二級負荷的供電中斷。
4)上下級斷路器宜采用同一系列的產品，其額定電流等級最好相差1～2級，或根據生產廠提供的級聯配合表來選擇。現將施耐德電氣公司提供的級聯配合表附后。由此表可見，C65N/H型斷路器可與NS100、NS160、NS250型斷路器進行級聯配合，不能與更大的NS400、N630及以上的斷路器進行配合，更不能直接接在變壓器低壓側框架式主開關后的母線低壓屏上。
10.斷開中性線及應用四極開關GB50054-95《低壓配電設計規范》實施以來，由于設計人員對規范的理解和認識不一致，因此在設計低壓配電系統時對斷開中性線及應用四極開關的做法也就很難統一。針對這一情況，《電氣工程應用》雜志從1999年第一期起，陸續發表了多篇國內知名專家的專題論文。專家們就國內外規范和IEC標準對斷開中性線及應用四極開關的有關規定和做法闡明了各自觀點，使我們獲益不少。現僅將專家們普遍認同，又與我們設計工作密切相關的一些觀點整理如下。盡管這些觀點尚未納入國家規范中，但對我們的設計工作頗具現實指導意義。
1)當兩個電源間需進行電源轉換時，如果兩電源系統的接地型式不同，或者供電變壓器繞組的接線組別不同，則應斷開中性線，并采用四極開關。
2)IT系統和TT系統應當隔離中性線。TN-C系統中禁止斷開PEN線。
3)TN-S系統中，不需要斷開中性線;變壓器低壓側出口總開關與母聯開關不必斷開中性線;由外部低壓電網向民用建筑物供電的進線處，宜隔離中性線?可采用四極隔離開關等隔離電器，也可采用在中性線上設置連接片、接線端子或連接匯流排等措施;每戶住家的入戶線處應隔離中性線?大多居民用戶為單相負荷，采用雙極開關即可解決問題。
4)正常供電電源與應急備用發電機電源間的轉換開關需采用能斷開中性線的四極開關，并使二者不能并聯。
5)在有氣體爆炸危險的1區及有粉塵爆炸危險的10區場所，游泳池、浴池等特別潮濕場所，應裝設將中性線和相線一起斷開的隔離電器。
6)為了在檢修維護時，保護人身安全，必須裝設隔離電器把帶有危及人身安全的中性線電位隔離。
綜上所述，我們在變配電所設計中還存在各種各樣的問題，有待今后改進。本人的簡單分析和點滴看法，僅供參考。不當之處，請予以指正。
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