电网公司户内配电站标准设计方案
10kV 配电站方案1（两层）
专题报告
第1册 绿色、节能、环保专题报告
专题报告目录
第1册 绿色、节能、环保专题报告 第2册 提高施工效率专题报告 第3册 新材料、新技术、新工艺技术创新优化专题报告 第4册 全寿命周期技术经济优化专题报告 第5册 绿色配电站设计导则建议 目 录 1 创新特点 .............................................................................................. 1 2 电气部分 .............................................................................................. 2 2.1并联电池技术 ....................................................................................... 2 2.2超级电容技术 ....................................................................................... 4 2.3航空插头技术 ....................................................................................... 6 3 暖通环境智能控制系统 ....................................................................... 9 4 土建部分 .............................................................................................. 9 4.1岩棉复合板外围护体系 ....................................................................... 9 4.2一次成坪佛甲草屋顶绿化 ................................................................... 9 4.3光导管 .................................................................................................. 9 4.4装配式电缆沟 ..................................................................................... 13
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1 创新特点
本专题报告重点对10kV配电站采用的新技术、新设备、新材料进行归纳总结，主要体现在以下几点：
（1）电气部分采用了大量的新技术、新设备及新材料，其中开关站考虑实现配电自动化“三遥”，备用电源采用并联蓄电池型式，提高直流系统的可靠性，方便电池维护管理；配电房考虑实现配电自动化“两遥”，备用电源采用超级电容，提高直流系统的可靠性，方便电池维护管理；一、二次设备连接采用航空插头形式，减少了现场工作量，优化了控制回路。
（2）施婷提供材料。交流站用电屏室、二次设备室、500kV保护小室、蓄电池室设置环境智能控制系统自动控制通风系统及空调机运行。夏季，环境智能控制系统运行，室温超过设定值时，自动启动空调机进行降温处理。冬季，环境智能控制系统运行，若室内温度低于设定值时，则自动启动空调机热泵运行供热。
（3）土建采用岩棉复合板外围护体系、一次成坪佛甲草屋顶绿化、光导管照明、装配式电缆沟等新技术、新材料，节能环保、质量可靠、设计简单、安装方便，具有良好的社会效益和经济效益。
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2 电气部分 2.1并联电池技术
（1）串联蓄电池组存在的问题
变电站内备用电源绝大部分都采用蓄电池，由于单节蓄电池电压往往不能满足操作、控制回路要求，一般的做法都是将多节蓄电池串联使用，串联蓄电池组存在以下情况：
蓄电池组中只要有任何一点出现开路故障，整个蓄电池组将无法向负载供电，连接点松动还可能引起火灾事故；
对蓄电池一致性要求高，需要严格配组，蓄电池的个体差异会严重影响蓄电池的充放电精度，会导致部分电池长期过充或过放的情况而导致蓄电池使用寿命大幅下降；
单节或少量单体电池故障，影响整组蓄电池使用，电池利用率低； 蓄电池组不能在线全容量核容，电池维护工作量极大； 蓄电池组不能实现方便的扩容。
以上缺陷都是由于蓄电池串联使用带来的，改串联使用为并联使用，可以解决上述问题。
（2）间接并联蓄电池组及优点
间接并联蓄电池电源系统电气接线采用分单母线接线，由多个间接并联电池组件输出并联组成相应的系统，每节蓄电池和每个间接并联电池组件模块相连接，每个组件含充电装置，管理所连接的蓄电池，均经保护电器接入。在进行切换操作时，蓄电池组不得脱离。控制母线和合闸母线合二为一，取消降压硅链和合闸母线；间接并联智能电池组件模块采用N+1热备份型式, 当模块数大于等于7时，采用N+2热备份型式。
单个间接并联电池组件接线示意图如下：
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图2-1 间接并联电池组件接线示意图
采用间接并联电池组的优点主要有： 1）提高直流系统的可靠性
以DC110V系统为例，设传统串联电池组单节电池可靠度为99%。DC110V串联系统需要9节单体电压为12V的蓄电池，9节蓄电池串联后的可靠度=（99%）9=91.35%；其中1节电池故障，导致系统输出有问题，9节串联系统故障几率为1-（99%）9=8.65%。
间接并联系统采用4套并联组件，共需4节单体电压为12V的蓄电池，设单套并联组件可靠度为98%，不可靠度t=1-98%=2%。4套并联组件的总可靠度=1-t4=1-（2%）4≈1（断电概率可视为零）。
2）提高电池利用率，节约电池成本
以深圳市为例，全市110KV及以上变电站近300座，蓄电池组数量：300×2=600组。保守估计全市每年有3%的蓄电池组因单只蓄电池损坏而需要更换维护。被淘汰完好电池数量：600×3%×（104-1）=1854只！
使用并联电池可将蓄电池重新发挥出它的余热。通过蓄电池的并联使用，大幅度的减少蓄电池组中蓄电池的“浪费”。
3）在线维护、在线核容，提高维护效率、减少蓄电池维护工作量 间接并联系统内每套并联组件相对，且每套并联组件只包含1
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节蓄电池，可以变传统的定期现场维护为远程在线维护、在线核容，降低系统运行维护成本。同时，根据每次蓄电池核容的剩余容量调整模块蓄电池自动核容频率，保障蓄电池处于安全状态。
4）实现不同批次，不同厂家，不同新旧程度的电池混用
图2-2 不同种类蓄电池并联使用示意图
（3）间接并联蓄电池组在本项目的应用
本项目配置DC48V直流系统给一次开关设备的直流操作机构、保护及配电自动化设备等提供直流电源，后备电源采用间接并联蓄电池组。如采用常规串联蓄电池组时，需配置4节单体电压12V、容量12Ah的蓄电池。
采用间接并联技术，可采用2节单体电压12V、容量24Ah的蓄电池。每节蓄电池和并联电池组件模块一个的并联电池组件，两个组件并联输出DC48V，任一组件故障不影响整个直流系统的输出。
直流电源系统与配电自动化装置、通信装置混合组柜，间接并联蓄电池系统尺寸与常规串联蓄电池略小，空间布置更为有利。 2.2超级电容技术 2.2.1 超级电容简介
蓄电池技术成熟、价格低，但其循化寿命低，污染环境。飞轮储能、
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超导储能和超级电容器均为优秀的储能元件,是未来的发展方向,它们具有类似的特性, 都可以用作备用电源。超导储能、飞轮储能可以用于快速补偿, 但其功率密度比超级电容器低得多。和其他储能方式相比，超级电容器的出现解决了能源系统中功率密度与能量密度之间的矛盾。同时, 超级电容器储能系统不仅可以在不影响使用寿命的前提下频繁快速充放电, 而且对环境温度的要求不高, 维护工作也大大降低。
超级电容器是介于传统蓄电池与传统静电电容器之间的新概念能量储存器件。与传统静电电容器相比,它具有更高的比电容,能量密度为传统静电电容器的10倍以上；与传统蓄电池相比,超级电容器具有更大的功率密度(10倍以_均,充电时间短,释放能量速度快、循环寿命长。
目前,超级电容器单体电容能量密度为5-30Wh/kg,单体电容电压低,只有1-3V,所以必须采用多只电容器串并联,构成超级电容器储能组以满足电压和能量的等级要求。设超级电容器组由mxn超级电容器单体构成,m为超级电容器串联只数,n为超级电容器组并联的支路数。
超级电容器组总等效电容C=(N/M)×Cd，其中，Cd为单只电容器容量。 2.2.2超级电容在本项目的应用
配电站配电自动化按“两遥”设计，直流电源采用DC48V，要求在站内交流电源失去后，后备电源维持配电自动化及通信设备持续运行5min。配电自动化设备包括：“两遥”DTU装置、充电转换模块，通信设备为无线通信模块。
上述DTU装置、充电转换模块、无线通信模块整体功耗取24W，停电后由后备电源供电5min，工作电流I=24/48=0.5A,采用超级电容器组作为备用电源。
串联电容数量：M=54/2.7=20。
串联电容压降范围取54V-18V，需要的总等效电容（计算值）：
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Cjs=I×t/(Uh-Ul)=0.5×300/(52-18)=4.4F。 C/(Cd/M)=4.4/(100/20)=0.88，则并联支路数N=2。 实际系统的等效电容C=2×100/20=10F。
根据以上计算，选择单体电容为100F的超级电容器构成20×2的超级电容器组，输出电压为54V，作为配电站的备用电源，与配电自动化及通信设备等混合组柜。
通过上述对负荷的计算及分析，与南网原有典设相比，超级电容的等效容量下降50%（典设中为54V，20F），同样可以保证事故停电后，维持配电自动化及通信设备持续运行5min。 2.3航空插头技术 2.3.1 航空插头简介
在较为复杂的工业自控领域中我们经常需要使用包在一根电缆内的多股电缆芯线来同时传输多路电信号，并且需要改电缆线在连接处能够很方便地断开或连接，以便于检查和维修设备等等。为此开始使用一种插针、插孔组合的接插连接件，采用插拔连接的方式来确保准确传输信号、牢固连接以及方便迅速地连接与断开。
起初这种连接件多用于飞机制造等航空领域，被俗称为“航空插头”。航空插头现广泛应用于航海、航天、电力、军事等领域，适用于电器设备及各类仪器仪表之间的线路连接。
航空插头按外形分为：圆形航空插头、矩形航空插头。圆形航空插头由于自身结构的特点在军事装备上(航空、航天)用量最大。矩形航空插头由于其结构简单更多的是用于电子设备的印制线路板上。
航空插头由固定端航空插头(以下称插座)，自由端航空插头(以下称插头)组成。插座通过其方(圆)盘固定在用电部件上(个别还采用焊接方式)，插头一般接电缆，通过连接螺帽实现插头、插座连接。航空插头由
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壳体、绝缘体、接触体三大基本单元组成。
航空插头优点主要如下：
一是具有良好的环境适应性。航空插头壳体采用高强度镁铝合金，强度高，经久耐用。绝缘体采用热固塑料模塑成形，耐高、低温，耐腐蚀、密闭防潮、绝缘性好，适用于较恶劣的环境，有较好的环境适应性。
二是连接牢固，方便快捷。卡口式连接螺帽、螺纹式连接螺帽，能使插头与插座之间牢固相连，不易脱落，可实现快速、防错插连接。外壳加屏蔽环能保证360度电磁干扰屏蔽能力。
三是导电性能好，接触可靠。接线体的插针强度高，插孔弹性好，两者配合能紧密吻合，导电性能好，接触可靠。
航空插头缺点主要为：当壳体内接触体插针或插孔与导线脱落或电缆内导线折断时，很难实施壳体内导线的更换修理。一是不易打开壳体；二是导线与接线体的连接较困难，不管采用哪种连接方式，导线与接线体的连接都对接线工具及工艺有较高要求。 2.3.2航空插头在本项目的应用
常规配网工程中一、二次设备之间的控制连接一般采用“控制电缆+端子排”实现，现场接线工作量大且容易有接错或端子压接不可靠等情况。本项目中一次设备主要为10kV开关柜，二次设备主要为配电自动化柜，需要实现的是一次开关的“三遥”。
（1）开关本体航插Hy
设计对开关本体“三遥”开入开出量进行规范和标准化，“三遥”量采用电缆引上开关本体的19芯航插Hkg，具体为：
1）遥信采用空接点开关量输出，包括开关分闸、开关合闸、接地开关合位、未储能及三组备用，共8根电缆芯引入航插；
2）进出线间隔配置三相CT，二次侧为5A，A/C相0.5级，B相5P
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级，容量不低于7.5VA，共4根电缆芯引入航插；
3）配置DC48V电操，DC48V电机，功率应小于75W，满足远方遥控要求，共5根电缆芯引入航插；
4）考虑2根备用芯。
19芯航插Hkg电气接口定义及接线要求如下：
表1 开关本体航插Hkg电气接口定义及接线要求
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
标记 Ia Ib Ic In YKCOM HZ FZ YXCOM HW FW WCN JDH BY BY BY +KM -KM BY BY 标记说明 A相电流 B相电流 C相电流 相电流公共端 遥控公共端 合闸输出 分闸输出 遥信公共端 合位 分位 未储能位 接地开关合位 备用 备用 备用 操作电源+ 操作电源- 备用 备用 电缆规格 RVV2.5mm² RVV2.5mm² RVV2.5mm² RVV2.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² RVVP1.5mm² 备注
14芯航插示意图
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（2）配电自动化柜航插He
配电自动化柜采用多个定义完全一致的航插He，每个航插对应一个开关间隔的Hkg，二者之间采用对应的航插线缆连接。航插He电气接口定义及接线要求与Hkg一致，航插He数量按18个设置。
航空接插件插头、插座采用螺纹连接锁紧，具有防误插功能。插针与导线的端接采用焊接方式。 2.3.3航空插头的使用与检修
目前航空插头使用中出现不规范的情况，很多装(设)备使用航空插头作为电气连接，但几乎看不到航空插头使用说明，对于装(设)备操作使用维护者来说，由于对其结构不清楚，难免引起操作失误或损坏航空插头。
为了正确使用装(设)备和减少不必要的故障出现，建议在使用或检修之前，必须弄清楚航空插头号的结构和使用方法。使用过程中，需注意以下问题，一是插头插座要对准插入。二是搞清连接螺帽的锁紧形式，使连接螺帽扣紧到位。三是插拔电缆时，不能拽电缆，要拿捏航空插头进行插拔，避免电缆扯断或电线与接触体脱落。
航空插头检修时，首先要检查航空插头的外表，发现破损、连接不牢靠时，需要更换新的航空插头。其次，通过检查电缆，发现有断线或电缆从接线体脱落时，需更换新的电缆并与接线体连接。在拆卸已与线束或电缆连接好的尾部附件时，在放松电缆夹之前，不得拧动尾部附件上的连接螺母，否则有可能损伤航空插头、芯线或端点。拧连接螺母前，应先松开螺纹防松装置(防松螺钉、防松圈、保险丝等)。航空插头拆卸分解时，由于没有与之配套的专用工具，造成分解困难或造成人为损坏。为了提高检修质量，防止人为损坏，建议根据变电站应用的航空插头型号尽快开发专用拆装工具。
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正确使用和保养航空插头才能保证其安全性，从而发挥使用航空插头的优越性。
3 暖通环境智能控制系统 4 土建部分
4.1岩棉复合板外围护体系 4.2一次成坪佛甲草屋顶绿化 4.3光导管
4.3.1传统采光概述
随着全球能源价格上涨，各地节能减排出台，以及人们环保意识的加强，如何有效的减少能源消耗，提高能源利用率，降低二氧化碳排放，越来越成为我们关注的问题，白天照明问题是其中重要的一项。
传统建筑采光主要依赖门窗、电力照明等。 传统门窗采光存在如下问题： （1） 不能解决大进深空间采光； （2） 无法控制光强和光线角度； （3） 采光面积大，热损大； （4） 无尘厂房不适用。
近代建筑在传统门窗采光的基础上发展了采光天窗、采光带等，一定程度上解决了大进深建筑采光问题，但仍存在如下问题：
（1） 受建筑层数，仅能解决单层或顶层建筑采光； （2） 受室内吊顶，不能穿越隔层、天花板； （3） 无法控制光线强弱且受光线角度影响； （4） 增加建筑热损。
电力照明将电能转化为光能，满足各类区域的照度需求。电力照明能源消耗大，且需要在建筑内埋设电力线缆，布线复杂。阳光是万物之
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源，是构成宇宙的基本要素，人类生活时时刻刻离不开光，人从外界获得的信息约有80％都来自光和光辐射引起的人的视觉。因此，利用自然光来解决白天的照明问题是一个最节能、最有效、最健康的解决方法。 4.3.2光导照明
光导照明又叫管道式照明装置、日光照明、自然光照明等。光导照明系统主要由采光区、传输区和漫射区三部分组成。它是通过室外的采光装置捕获室外的日光，并将其导入系统内部，然后经过导光装置强化并高效传输后，由漫射器将自然光均匀导入室内需要光线的任何地方。该系统广泛应用于大型超市、地下空间、厂房、库房、学校、医院、疗养中心等空间场所。
图1 光导照明系统工作原理示意图
光导照明系统的技术优势主要如下：
（1）光导照明技术引用到室内的光线，属于自然光，全光谱，且经过漫射器的散射，光线分布均匀，无眩光，无频闪；
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图2 导光管照明工作原理示意图
（2）开孔面积小，是天窗采光面积的1/6，防水好处理； （3）照度可调。通过调光装置遮光片的转动，控制进入室内的光通量，可对室内照度进行调节；
图3 导光管照明系统可调节性示意图
（4）隔热保温性能好。比起采光天窗，导光管照明系统的导热系数非常低。光导管长为0.5 m时，系统K值为1.70 w/m2k；光导管长为1.0 m时，系统K值为1.60 w/m2k；光导管长为2.0 m时，系统K值为1.58 w/m2k；光导管长为3.0m时，系统K值为1.55w/m2k；光导管长为4.0 m时，系统K值为1.53 w/m2k；光导管长为5.0m时，系统K值为1.51 w/m2k。
（5）使用寿命长，无后期维护成本。导光管照明系统使用寿命超过25年。因采光罩为半球形，且经过特殊工艺处理，具有自清洁功能，不
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容易积聚灰尘。
4.3.3光导照明在本项目的应用
本项目为一层钢框架结构，设计采用2套530 mm口径导光管照明系统，以满足约为50 m2面积的照明需求。设计1排×1列系统，横向距离为5.4m左右。
图3 导光管照明系统可调节性示意图
根据GB/T 50033—2001《建筑采光设计标准》，南方地区属于光气候分区第Ⅳ区，其地区全年平均照度22≤Eq≤24 kLux。以全年平均照度23 klux进行照度计算，配电房内平均照度为200 lux。当室外临界照度大于23 klux时，其室内照度就越大，照明范围就越大，室内也就越亮。达到以上室内照度是按晴天的状态下而得出，阴雨天等特殊天气除外。 4.4装配式电缆沟
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