1、前言

随着南水北调配套工程即北京市自来水集团第三水厂、第九水厂、田村山净水厂改造工程和团城湖至第九水厂输水管线工程的全部完工，进一步缓解了北京市水资源紧张状况，也使自来水集团市区日供水能力增加到295万立方米，为奥运会期间的首都安全供水做出了巨大贡献。本文对南水北调配套工程电气设计中的供配电接地系统、变配电室布置、无功补偿等方面进行了总结，希望与广大设计人员进行经验交流。

2、供配电系统概述

2.1工艺改造介绍

第三水厂改造工程主要包括净配水厂的高密澄清综合滤池、污泥处理车间、加药间、配电室、臭氧设备间、热交换站的新建和取水泵站的取水泵房的新建，第九水厂改造工程主要包括净配水厂的2A系列和2B系列沉淀池改造、臭氧设备间的新建及关西庄加压泵站的新建，田村山净水厂改造工程主要包括田村山水厂的35kV供电系统的增容、配水泵房的改扩建、综合池、排水泵房、清水池、污泥处理系统的新建及燕化水厂的35kV供电系统的增容、送水泵房的改建、沉淀池的改造。

2.2供配电系统

第三水厂电源采用两路35kV架空进线方式，一级变电站采用35/10、6kV的供电方式，配水机组电源为6kV，水源井采用10/0.4kV的供电方式，其他构筑物的供电方式为6/0.4kV。第九水厂电源采用两路110kV电缆进线方式，一级变电站采用110/6kV的供电方式，配水机组电源为6kV，其他构筑物的供电方式为6/0.4kV。田村山净水厂和燕化水厂也采用两路35kV架空进线方式，一级变电站采用35/6kV的供电方式，配水机组电源为6kV，其他构筑物的供电方式为6/0.4kV。

3、接地系统

3.1高压电气装置接地系统

3.1.1分类

高压电气装置的接地方式一般分为不接地、消弧线圈接地、电阻接地方式，电阻接地又分为高电阻接地和低电阻接地。

3.1.2接地选择

自来水集团在建设各水厂时，将各构筑物混凝土中的钢筋联在了一起，进行了等位联结，使整个厂区成为了一个统一的接地网，单相接地故障电容电流不超过10A，所以田村山水厂和燕化水厂高压电气装置选择了不接地方式。

3.2低压电气装置接地系统

3.2.1分类

TT方式供电系统

TN-S

供电系统TN方式供电系统TN-C

TN-C-S

IT方式供电系统

第一个字母表示电源端与地的关系：

T--电源端有一点直接接地；

I--电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：

T--电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源短的接地点；

N--电气装置的外露可导电部分与电源端接地有直接电气连接。

横线后的字母用来表示中性导体与保护保护导体的组合情况：

C--中性导体与保护导体是合一的；

S--中性导体与保护导体是分开的。

各系统如图所示：

3.2.2系统接地型式的选用

（1）TN-C系统的安全水平较低，例如单相回路切断PEN线时，设备金属外壳带220V对地电压，不允许断开PEN线检修设备时不安全等，对信息系统和电子设备易产生干扰，可用于专业人员维护的一般性工业厂房和场所。

（2）TN-S系统适用于设有变电所的公共建筑、医院、有爆炸和火灾危险的厂房和场所、单相负荷比较集中的场所，数据处理设备、半导体整流设备和晶闸管设备比较集中的场所，洁净厂房、办公楼与科研楼，计算站，通信局、站以及一般住宅、商店等民用建筑电气装置。

（3）TN-C-S系统宜用于不附设变电所的上述（2）项中所列建筑和场所的电气装置。

（4）TT系统适用于不附设变电所的上述（2）项中所列建筑和场所的电气装置，尤其适用于无等电位联结的户外场所，例如户外照明、户外集贸市场等场所的电气装置。

（5）IT系统适用于不间断供电要求高和对接地故障电压有严格限制的场所，如应急电源装置、消防、矿井下电气装置、胸腔手术室以及有防火防爆要求的场所。

（6）《北京市工业企业用电安全管理导则》中第十七条规定：新建项目的低压配电系统应采用TN-S三项五线制。

根据以上原因，自来水集团所有新建、改建构筑物的接地系统均采用了TN-S方式。

3.2.3变压器要求

对于采用TN-S接地系统，变压器的联接组别应为（Y，yn）或（D，yn）。（Y，yn）变压器的绕组填充系数大、机械强度高、绝缘用量少，可以实现四线制供电，常用于小容量三柱式铁蕊的小型变压器，但有三次谐磁通，将在金属结构件中引起涡流损耗。（D，yn）变压器主要用于配电变压器，二次侧可以三相四线式供电，适用于二次侧三相不平衡负荷，避免出现二次中性点漂移，并可抑制三次谐波电流。

4、变配电室布置

4.1通道设计

《北京地区电气工程安装规程》对变（配）电所内高低压配电装置的通道作了明确规定，具体情况见表1和表2

第三水厂、第九水厂、田村山净水厂的高压开关柜均采用小车移出式开关柜，低压配电柜采用抽出式开关柜。为便于日后维护，柜前通道不但要考虑小车长度和断路器长度，还要考虑到运行人员能够灵活地把断路器运送到室内其他位置，以保证同条母线下的所有开关柜能够同时被清扫和检修。自来水集团每年至少两次对高低压设备进行电检，为做好各项安全措施，需要从开关柜后面往母线挂上接地线，所以配电装置后面也要有足够的宽度。

3.2变配电室采暖

因为第三水厂改造采用了集约型、内涵式的发展思路，在高密度沉淀池的构筑物设置了低压配电室。夏季高密度沉淀池内温度要比室外温度低，V型滤池和碳吸附池为敞口型式，容易在设备上凝露，特别是潮湿的天气，这就要求我们要提高设备外壳防护等级或加装电热器，由于每提升一级防护等级，投资增加很大，所以加装电热器是最可行、有效的方法。为便于开关柜能够得到有效散热，一般不建议在配电室内设置取暖装置，如果有必要且相邻房间有暖气装置，可以在配电室安装暖气。

3.3值班人员

按照《北京地区电气规程》，凡设备容量在630kVA以上的变配电所，每班值班人员不少于两名。如果设备简单、设备容量小和不重要的变配电所，可单人值班。同时，有人值班的变配电所，除设置配电室、控制室外，还应设有检修间、休息室、卫生间。

各岗值班人员除负责变配电装置安全运行外，还要负责净水工艺运行、水质消毒等，所以值班人员均是净水工、机泵工、加药（消毒材料）工与电工的综合工种。

5、无功补偿

5.1无功补偿意义

由于生产工艺需要，各水厂内安装了多台大功率水泵电机、大量小功率电机，加上其它设备的使用，使配电系统中存在大量无功功率，降低了功率因数。如果不采取有效措施对无功功率进行补偿，提高系统的功率因数，对企业的运营既不合理又不经济。这是因为：

（1）由于大量的无功负荷得不到补偿，网络中存在大量的无功感性电流，使系统中的电气设备和线路截面得不到有效的充分利用。

（2）使系统中的电气设备和线路上的有功损耗增大。

（3）使线路上的电压降和电压波动增大，因而降低了供电电压的质量，减小了功率的输出。

（4）供电部门一般要求企业的月平均功率因数达到0.9以上。当企业单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以提高企业的功率因数。

基于以上原因，在水厂电气设计时就对无功补偿进行了考虑。

5.2无功补偿分类

5.2.1分类

无功补偿按照补偿方式、电容器安装地点、电容器电压等级、补偿相数及电容器投切方式的不同，可以分为以下几类：

（1）一般方法

提高用电设备的自然功率因数

提高功率因数方法采用同步电动机补偿

采用电力电容器补偿（并联电容器补偿）

（2）电容器装设地点

集中补偿

无功补偿分组补偿

单独补偿（就地补偿）

（3）电压等级

高压无功补偿

无功补偿三相共补

低压补偿分相补偿

混合补偿

（4）投切方式

静止无功补偿

无功补偿

动态无功补偿

5.2.2应用

按照上述分类方式，第三水厂各构筑物均采用了低压动态集中补偿方式，第九水厂也采用了低压动态集中补偿方式，田村山净水厂（包括燕化水厂）35kV所变采用就地补偿方式，6kV变配电室采用高压集中补偿方式，其它构筑物采用了低压动态集中补偿方式。

5.3并联电容器补偿原理

并联电容器补偿就是在变配电室的母线上安装电容器，使电容器与母线上的负荷并联运行。因为电容电流与电感电流有1800的相位角差，可以相互抵消，所以当电容器投入运行后就削减了配电系统中的电感电流，从而减少了系统中的无功功率，而系统中有功功率不变，这样就提高了配电系统中的功率因数。（如图6无功功率补偿原理图）

S1-功率因数改善前的视在功率;

S2-功率因数改善后的视在功率.

如图6无功功率补偿原理图

5.4无功补偿容量的确定

在无功功率补偿容量计算中常用两种