金港湾大桥灯饰亮化供电系统分析报告

金港湾大桥灯饰亮化供电系统分析报告

黄成

（湛江高压电器有限公司）

摘要：指出金港灯饰亮化供电系统中存在缺陷的分析；针对这些分析提出系统中应引起足够重视的几个问题：配电系统；继电保护；现场调试等；并通过分析提出解决的方法。随着国民经济发展的突飞猛进，全国各大城市纷纷投巨资搞起了灯饰工程，夜景也因灯饰工程被誉为“城市名片”，然而由于其使用功能的特殊性，灯饰工程供电系统存在一些有所区别的问题，提出来与同行们探讨。

关键词：配电系统；继电保护；现场调试；问题：对策

一、金港湾大桥灯饰亮化供电系统基本情况

（一）金港湾大桥灯饰亮化供电系统的供电方式是单电源单回路接入供电方式，其后级连接SC10-630/10～5.5干式中间变压器1台，前级连接S11-M-100/5.5～0.4地埋式配电变压器8台，用电设备是照明灯具。

（二）照明灯具类别、功率

1、功率400瓦的LED近光灯600支；

2、功率18瓦的LED点光源灯6300支；

3、功率4000瓦的探照灯60支。

合计总功率为593.4千瓦。

（三）用配电设备的搭配方式

10千伏电网SC10-630/10～5.5干式中间变压器（1台）S11-M-100/5.5～0.4地埋式配电变压器（8台）照明灯具（593.4千瓦）。

系统简化线路图：

二、灯饰亮化供电系统存在问题及原因分析

（一）存在问题

1、变压器的标称功率是以千伏安为标的，系统的稳态功率折算系数的取值范围是（0.8～0.9）。该供电系统的用电设备――照明灯具总功率是593.4千瓦，纯照明负荷系统的功率因数可取较高的系数0.85计算，则前端配置变压器的容量：593.4千瓦/0.85=698.12千伏安，故该供电系统选用变压器的最低匹配容量要大于700千伏安。但国家标准规定单台变压器没有设置700千伏安这个容量规格（国家标准变压器容量规格系列为…500千伏安、630千伏安、800千伏安、1000千伏安…），现有的630千伏安中间变压器容量不能满足该供电系统的用电要求，一般须选用≥800千伏安中间变压器（或采取减少照明灯具总功率措施）。

此外，该供电系统原配置的8台地埋式配电变压器总容量是800千伏安，而中间变压器容量选择630千伏安明显偏小。依据供电系统的匹配原则，中间变压器容量应选用≥800千伏安较为合适。

2、原SC10-630/10～5.5中间变压器其高压侧（输入端）为10千伏，输入额定电流是36.37安，低压侧（输出端）为5.5千伏，输出额定电流是66.13安。从中间变压器到地埋式配电变压器用高压电缆连接，按电缆使用规范要求，必须考虑电缆的安全过流性以及末端电压衰减等因素，铜芯电缆取载流密度值约1.5，该高压输出连接电缆的截面积应选取≥50㎜²（同时还要结合铺设电缆的长度与铺设电缆方式来考虑），而原高压输出连接电缆较长（三段分别长约1500米、600米、1500米），所选取的截面积25㎜²明显偏小。

（二）原因分析

1、从配电房SC10-630/10～5.5中间变压器的出线柜到大桥东桥塔墩的地埋式配电变压器（3台），其高压输出连接电缆大部分采取埋地铺设方式，长度大约是1500米，截面积是25㎜²；从东桥塔墩的地埋式配电变压器到西桥塔墩的地埋式配电变压器（3台）高压输出连接电缆长度大约是600米，截面积是25㎜²；再从西桥塔墩的地埋式配电变压器（3台）到西引桥的地埋式配电变压器（2台）其高压输出连接电缆长度大约是1500米，截面积也是25㎜²；其额定电压值是5.5千伏。

当照明灯具满负荷运行时，从630千伏安中间变压器的出线柜到大桥东桥塔墩的地埋式配电变压器的连接电缆所承载的电流量将达到73.29安，用截面积25㎜²的电缆（铜芯）来承载73.29安的电流量，电流密度达到了2.932A/㎜²，这时灯饰亮化供电系统前端的保护装置将报警或跳闸，如此搭配不符合电缆使用规范要求，电缆在此工况下长时间运行将发热甚至引发火灾事故，对系统安全运行带来严重威胁。从东桥塔墩的地埋式配电变压器到西桥塔墩的地埋式配电变压器高压输出连接电缆所承载的电流量约为45.6安，电流密度是1.82A/㎜²，该段高压输出连接电缆铺设在大桥下面，通风散热条件较好，选用25㎜²截面积的电缆连接勉强可用。从西桥塔墩地埋式配电变压器到西引桥地埋式配电变压器高压输出连接电缆所承载的电流量大约18.23安，选用25㎜²截面积的电缆符合电缆使用规范要求。

2、输送电力电缆的末端电压衰减量也是要考虑的因素。计算从配电房630千伏安中间变压器的出线柜到大桥东桥塔墩的地埋式配电变压器这段连接电缆的末端电压压降量，根据公式：△U=（P*L）/（A*S）（式中△U是末端电压压降值，P是线路的负荷量，L是线路电缆的长度，A是导线材质系数，S是电缆截面）计算得知该线路段电缆的末端电压压降量△U≈509伏，压降量达到额定电压值（5500伏）的9.25%，换算到地埋式配电变压器的低压侧，其输出电压降到约363伏，而输电线路规定压降限值是5%（依据：GB/T123252008电能质量供电电压偏差），显然该线路段供电电压偏差己超出国家标准规定范围。如此低的输出电压致照明灯具（额定电压值400伏）的亮度明显降低。

3、该供电系统的微机保护是按630千伏安中间变压器的参数来整定的，当前级用电设备（照明灯具）的运行负荷较低时（比如其消耗功率小于其額定值的90%），这时SC10-630/10～5.5中间变压器的输出功率还能满足系统功率要求，此时系统还能正常安全运行。当负荷提高或满负荷运行时，则后级中间变压器已过载，线路中的运行电流达到微机保护装置的整定值时，微机保护系统将动作跳闸，供电系统断电。

微机继电保护系统其要有选择性、速动性、灵敏性和可靠性的严格保障。保护过电流整定：Idz=Kk*Kgh*Ied/Kh，式中Kk：可靠性系数，Kgh：过负荷系数，Ied：负荷额定电流，Kh：返回系数。

经在配电房调看了相关设备参数及记录数据，SC10-630/10～5.5中间变压器高压侧（10千伏侧）进线柜的电流互感器额定电流比Nh是50/5，微机保护整定过电流值4安，保护电流倍数Ibsh=（Iwzd2*Nh）/Ied2=1.0998，则当SC10-630/10～5.5中间变压器高压侧电流达到40安时微机保护系统将动作，进线柜（后级保护）跳闸，供电系统断电。低压侧（5.5千伏侧）出线柜的电流互感器额定电流比Nq也是50/5，微机保护整定过电流值8安，保护电流倍数Ibsq=（Iwzd1*Nq）/Ied1=1.2097，则当SC10-630/10～5.5中间变压器低压侧电流达到80安时微机保护系统才动作。后级保护电流倍数是1.0998，而前级保护电流倍数是1.2097，前级保护电流倍数大于后级保护电流倍数，这就是2017年12月7日当负荷提高时该系统的前级保护不动作而是后级保护动作跳闸的原因，以上整定数据不符合系统运行保护要求，必须整改。

三、整改建议

建议考虑二个方案整改灯饰亮化供电系统存在问题。

方案一（初步解决使用问题），将该供电系统微机保护的前、后级整定值重新设定，即将SC10-630中间变压器高压侧进线柜的微机保护整定过电流值调整到4.8安，保护电流倍数Ibsh=（Idz2*Nh）/Ied2=1.320，低压侧出线柜的微机保护整定过电流值调整到8.1安，保护电流倍数Ibsh=（Idz1*Nq）/Ied1=1.225。然后进行负荷提高（或满负荷）试运行测试，仔细观察630千伏安中间变压器的输入、输出端电流值及其温度的变化，当变压器的电流上升到一定值时，其温度也将达到一个稳定值，若温升保持在100°C以下，则该方案可初步实现负荷小幅提高而不致跳闸断电。但此方案不能长时间实施，因为这是以加速630千伏安中间变压器老化为代价来达到提高系统运行效率之目的，并且系统输送电力的高压连接电缆截面过少，存在事故隐患。

方案二（彻底解决存在问题），更换630千伏安中间变压器为800千伏安中间变压器，更换从中间变压器的出线柜到大桥东桥塔墩的地埋式配电变压器的高压输出连接电缆（截面积50㎜²勉强可用，70㎜²使用效果更好）。如改造资金允许，可考虑同时更换从东桥塔墩的地埋式配电变压器到西桥塔墩的地埋式配电变压器的高压输出连接电缆（截面积50㎜²），相应整改配电房高压变电柜，并调整好微机保护系统相对应的整定数值。

大桥管理部门先采纳方案一对大桥灯饰亮化供电系统进行了整改调试，测试结果符合预期。为彻底解决该大桥灯饰亮化供电系统存在的问题现正组织实施方案二。

结束语

由于金港灯饰亮化供电系统中存在的特殊性，因此提高整个系统的布线和维护管理的处理水平，实现电能传输损耗的降低，对提高电能的利用率及整个供配电线网运行的可靠性和经济性有着重要的意义。

参考文献

[1]《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92.

[2]《电能质量供电电压偏差》GB/T123252008.