【摘  要】：对大功率雷达连续供电系统原方案进行系统论证、优化分析，摸清负荷性质，本着消除供电系统单点故障、深入负荷中心供电的原则，对高、低压配电系统、变压器进行冗余备份，确保提升雷达设备用电及其冷却系统、设备机房连续供电的可靠性。

【关键词】：配电系统；单母线分段；单点故障；大功率雷达用电负荷

0 引言

       对于特殊性质、用途的用电负载，供电设计方案的可靠性、优劣性比较，是设计单位经常采用的方法。某部大功率雷达及其机房的用电负荷等级列为一级，负载性质主要包括电子设备和液冷设备。设备开机后96个小时不允许断电，液冷设备根据不同环境温度变化用电功率随之变化。

1 概况

      工程主要围绕工艺塔基和机房建设，按照功能分为A、B、C三区五片地。A区、B区分别设有工作区和生活区两区域；C区主要为后端数据处理和办公区。A区、B区距市区均约139公里，A区与B区之间直线距离为3.6公里。C区为后端数据处理区，位于市区西北侧。该工程移交至我方时已完成了初步设计，部分系统已经进入到施工图设计阶段。

2 原初步设计简介

       初步设计中在A区设置1座110kV/10kV专用变电站，在A、B、C区设置10/0.4kV变电所5座。 

       110kV变电站。110kV/10kV变电站设于A生活区，初步设计按照双路110kV电源设计，实际为单电源进线，线路采用单杆单回架空线路，输电线路长约30公里。变电站终期按2x12.5MVA主变压器考虑。从初步设计中可以看到，1号主变压器输出7路，其中6路为1250kVA（含备用1路）送至A阵地的天线区。2号主变压器输出为7路（含备用1路），其中4路为1600kVA送至A阵地的天线区；1路为1000kVA送至A阵地的工作生活区；1路为2050kVA经10kV架空线送至B阵地天线工作区、B阵地生活区。

      10/0.4kV变电所。A区、B区4座10/0.4kV变电所分别分布于A工作区、A生活区、B工作区、B生活区，C区生活区供配电系统相对简单，此次不予讨论。A工作区变电所规划9台变压器，容量分别为5台1250kVA（雷达），3台1600kVA（液冷），1台800kVA（环控、办公等），向雷达阵列用电工艺、照明、等用电负荷供电。A生活区变电所原规划设置1台1000kVA变压器，向A生活区综合楼、油库及加油站等建筑物供电；B工作区原规划变压器4台，一台250kVA，两台500kVA，供工艺、空调及办公用电。另设一台800kVA升压变压器，将应急柴油发电机组电源升压至10kV侧向B工作区和生活区一级负荷供电。B生活区原规划一台800kVA变压器，供生活区办公及生活用电。

       应急电源。原设计中在A工作区设置了9台1000kW柴油发电机组，与A工作区9台变压器组成一一对应的单母线系统，当单台变压器故障时，立即启动相对应的柴油发电机组。在A生活区设置1台250kW柴油发电机组,与A生活区变压器搭建单母线分段系统。在B工作区设置2台250kW、2台500kW共四台柴油发电机组。其中2台250kW柴油发电机组一用一备供工艺应急电源使用，另外2台500kW柴油发电机组经800kVA升压变压器升压后供B工作和生活区办公及生活用电。

3 供配电系统的优化设计

       接到10/0.4kV变电所设计任务后，我方迅速与甲方、雷达设备研制单位沟通，参阅原初步设计图纸，摸清负载特性。发现初步设计中变电所高、低压系统均存在可以进一步优化的可能性。

       如A工作区设置的10/0.4kV变电所，高压进线为9+1路高压电缆单路放射状向变压器供电，一旦高压电缆故障（高压电缆需经过800米钻山隧道），在市电供电状态正常的情况下即启动柴油发电机组，不符合国家电网规划市电优先的原则，虽然备用1根电缆，但实际操作更换困难，更换时间长；再如每个工艺设备均为单台变压器供电，一旦单台变压器故障，即为单点故障，没有备份；如配电室内变压器窄边摆放且与配电柜紧邻，无法进行检修操作的问题；还如B区与A区直线距离3.6公里，10kV电源采用单回路供电，但实际上B接收区雷达与A发射区雷达用电负载具有同等重要地位，供电负荷等级应与A区相等[1]。

       如原设计B区应急柴油发电机组集中设置，经过升压变压器后供往10kV母线段，再经1公里左右外线供至B生活区。一般在设计中，都遵循市电供电电源或者应急电源深入负荷中心的原则，减少因线路带来的故障，提高电源供电可靠性[2]。

       经过慎重研究和讨论，以及广泛征询专家建议，对原初步设计的供配电系统进行如下优化。

3.1 工艺用电负荷分析及计算

       A工作区和B工作区工艺负荷为一级负荷；消防负荷等级为二级，其余除一级、二级负荷外如生活、办公用电为三级负荷。

       工艺负荷主要为电子设备和液冷设备供电。电子设备负载为IGBT电子管路，总用电量4450kW,功率因数不小于0.9。总用电容量共分为26个整流单元，在保证工艺精度和威慑力不降低的情况下，应保证24个整流单元正常工作。

       液冷设备含散热单元与供液单元，主要为电动机类负载。散热单元与供液单元不同时使用。在环境温度为50°时散热单元总用电功率为1800kW，共12个散热单元投入工作（每单元150kW，其中压缩机1X120kW软启，冷凝风扇6x5kW）散热单元的实时工作数量与环境温度密切相关。供液单元六台机组四用两备（每台160kW软启），总容量为640kW。

       设备提供方要求电子设备和液冷设备分别用不同变压器供电，以减少电动机启动对电子设备的冲击。

3.2 A阵地工作区变电所

      10kV侧系统优化。110kV变电站10kV侧由原出线9路放射状供电至单台变压器优化为4路10kV电源至变电所再进行二次分配。4路电源两两互为备份，一路电源受损后，另一路可带原两路电源的全部负荷。优化后采用四路10kV进线两两备份单母线分段后，一路电缆受损后，另一路能够承担起两路电源的全部负载。系统始终不断电，避免了单点故障。优化前和优化后系统原理示意图见图1、图2。

图1 优化前系统示意图

图2 优化后系统示意图

       变压器设置及低压系统优化。对工艺负荷用电情况进行深入摸底，了解负荷特性和同时使用系数后，变压器进行了重新整理计算，将原有向雷达、液冷工艺负荷供电的单数变压器改为双数变压器，利于低压系统实现单母线分段备份。同时，在变压器容量选择上考虑冗余，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器可以负担起原双段母线上的一级负荷和部分二级负荷。优化后系统中的变压器为双数（雷达为4x2000kVA，液冷为2x1600kVA),利于搭建典型的单母线分段系统，经计算后适当增大了变压器容量，当一台变压器故障时，低压侧母联断路器合闸，另一台变压器能承担全部一级负荷和部分二级负荷的供电，有效的解决了变压器单点故障及没有低压侧容量备份的问题。

3.3 B阵地工作区、生活区变电所

       B阵地工作区变电所。原B区天线区与生活区10kV电源仅为1路架空电源，在负荷分析中，认为发射区与接收区的工艺负荷用电等级相当、重要性相等，拟将10kV电源由一路增加为两路，双路电源互为备份；优化后的系统10kV电源采用两回线路供电，解决了单点故障隐患；取消800kVA升压变压器，将2台500kW柴油发电机组分别接入B工作区和生活区0.4kV侧低压母排。应急柴油发电机组深入负荷中心，避免了在线路故障后影响应急电源的使用，最大程度发挥了应急电源的作用。

       B阵地生活区变电所。将原1台800kVA改为两台400kVA变压器，当一台变压器故障时，低压侧母联断路器合闸，另一台变压器按照约定容量运行，利于灵活运行管理以及变压器检修。改为两台变压器后，变压器互为备用，运行灵活，利于设备检修。

3.4 产品选型及变电所自动化

       在电气设计中，不仅仅要进行严慎细实的负荷计算，还要在设备选择上精挑细选。设备选择要注意设备运行的环境温度、湿度、土壤情况、海拔高度等条件。A区和B区变电站海拔高度1350m，湿度95～98%，温度-10～40℃,电气设备均应按照高原型产品配置，并考虑降容使用。

       阵地内的10/0.4kV变电所采用无人值守，不设值班室，高低压配电系统设置变电所微机监测保护系统，并组网上传至110kV变电站值班室和场区总值班室。这种设置减少了人员配备，提高了自动化管理程度，利于统一全面掌控存储变电所运行数据。

4 经济指标对比

       优化后总设备造价约增加182.3万元。

5 结论

       经过技术和经济对比，优化后的方案能够满足分布式雷达及其附属系统的供配电可靠性。相对于原方案解决几处单点配电瓶颈，在高压和低压侧都实施了冗余备份，在造价增加幅度不大的基础上，此方案是满足供配电安全、可靠、经济、先进等各方面要求的。

参考文献

[1]刘屏周，卞铠生，任元会，姚家祎，丁杰等《工业与民用配电设计手册》第四版，北京：中国电力出版社，2016.12.

[2]吕适翔，陈文良，陈济良，熊延，高凤荣等GB50052-2009《供配电系统设计规范》北京：中国计划出版社2010.5.

（此专文摘自《电力设备管理》杂志文库，专文主创：北京特种工程设计研究院  李洁  钱红艳  刘惠文  徐勇）