1、华晨宝马铁西工厂低压配电系统设计简介孙文华1PPT课件 目目 录录引言引言1.低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建2.3.变电所布置变电所布置4.低压配电装置低压配电装置5.10.低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建电容补偿及谐波治理电容补偿及谐波治理6.7.布线系统布线系统2PPT课件引言引言12010年汽车行业宝马公司启动了华晨宝马铁西工厂建设工程，该工程前期有一个概念设计，由业主在德国聘请多个知名设计单位共同完成，我公司负责该工程的施工图设计。实际施工图设计中，中德两国设计人员就概念设计的内容，在中德两国之间进行了多次交流，基本理解了德方的一些设计思路、理念及
2、要求。低压配电系统作为电气设计的重点，其设计方案与中国相比有重大不同，主要体现在以下几个方面：1）正常电源供电系统的构建；2）应急电源供电源系统 的构建；3）变电所布置；4）低压配电装置；5）电容补偿及滤波装置；6）布线系统；注：根据负荷性质及对供电要求的不同，德方把低压配电配电系统分为正常电源供电系统（General Power Supply System,简称GPS系统）和 低压应急电源供电系统（Emergency Power Supply System,简称EPS系统），其中正常电源供电系统为供电要求低的普通负荷供电。3PPT课件引言引言1欧洲国家的低压配电设计，在有多台变压器时，多采用
3、并列运行方案，近期看到某国外专家的用户低压供电系统的设计方案，除仅需要一变压器的方案除外，其他的配电方案均为并列运行。另外发达国家的年平均故障时间和平均停电时间远低于中国，但并列运行仍然广泛采用，这尤其值得国人反思我国的设计理念。施耐德公司编写的电气装置应用(设计)指南中，介绍了并列运行的元件选型和设计，依据是国际电工委员会IEC 国际标准的规定。图1-1 欧洲国家典型配电系统设计方案4PPT课件引言引言1欧洲的典型供电网络结构，适用于各类建筑。下图为以办公楼为例的竖向示意图。显示欧洲采用了不同于中国的配电体系。图1-2 欧洲国家民用建筑典型配电系统设计方案5PPT课件引言引言1黑色-正常电源
4、系统绿色-备用电源系统红色-安全设施系统图1-3 法兰西体育场供电计方案6PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建22.1 系统对应急供电能力要求该工程要求任何一台变压器故障或维护，都不能影响正常生产。该工程使用的是干式变压器，并要求在强迫风冷时变压器的允许容量可以提高40%。根据以上情况和德国变压器负荷率较低的特点，可得出该工程至少需要3台变压器并列运行才能满足使用要求的结论。2.2 并列运行的变压器容量并列运行的变压器容量选择应根据工程用电情况，进行合理选择。该工程变压器规格及型号仅有两种：1000（1400）kVA和1600（2240）kVA，其中括号内的数据为强迫风冷
5、时变压器的允许输出容量。笔者认为上述选择是适当的，较为适合汽车厂的负荷密度，兼顾了不同场所的负荷密度的差异，供电半径适中。在负荷密度高的场所如冲压车间、涂装车间，采用1600kVA变压器，其他负荷密度一般的场所均采用1000kVA变压器。2.3 保护元件的短路承受能力在并列运行的变压器台数及容量的选择中，低压侧短路电流、变压器过负荷能力都是极其重要的因素，特别是在使用断路器作为保护元件时，应注意避免低压侧出现短路电流过大的情况。施耐德公司出版的电气装置应用(设计)指南 2011中，不仅给出了多台变压器并列运行时低压侧总断路器和主馈线断路器分断的最大短路电流值，还给出了建议选择的断路器，数据详见
6、表2.1。7PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建220/0.4 kV 20/0.4 kV 变压器数量变压器数量和功率额定值和功率额定值kVA kVA 低压侧总断路器最小短低压侧总断路器最小短路分断能力路分断能力(I Icucu)(kA)(kA)与主馈线断路器配合下的与主馈线断路器配合下的总断路器选择建议总断路器选择建议主馈线断路器最小短主馈线断路器最小短路分断能力路分断能力(I Icucu)(kA)(kA)主馈线断路器选择建议主馈线断路器选择建议（额定电流（额定电流I In n 250A 250A）2 x 400 2 x 400 14 MT08N1/NS800N 27 N
7、SX250H 3 x 400 3 x 400 28 MT08N1/NS800N 42 NSX250H 2 x 630 2 x 630 22 MT10N1/NS1000N 42 NSX250H 3 x 630 3 x 630 44 MT10N1/NS1000N 67 NSX250H 2 x 800 2 x 800 19 MT12N1/NS1250N 38 NSX250H 3 x 800 3 x 800 38 MT12N1/NS1250N 56 NSX250H 2 x 1000 2 x 1000 23 MT16N1/NS1600N 47 NSX250H 3 x 1000 3 x 1000 47 M
8、T16N1/NS1600N 70 NSX250H 2 x 1250 2 x 1250 29 MT20N2/NS2000N 59 NSX250H 3 x 1250 3 x 1250 59 MT20N2/NS2000N 88 NSX250L 2 x 1600 2 x 1600 38 MT25N2/NS2500N 75 NSX250L 3 x 1600 3 x 1600 75 MT25H2/NS2500N 113 NSX250L 2 x 2000 2 x 2000 47 MT32H1/NS3200N 94 NSX250L 3 x 2000 3 x 2000 94 MT32H2/NS3200N 141
9、 NSX250L 注注1.1.上述表格以下列假设为基础：变压器中压侧的三相短路功率是上述表格以下列假设为基础：变压器中压侧的三相短路功率是500MVA500MVA；变压器是标准；变压器是标准20/0.4kV 20/0.4kV 配电型；从变压器到其低压配电型；从变压器到其低压断路器的电缆为断路器的电缆为5m5m长的单芯电缆；每个总断路器和馈线断路器间为长的单芯电缆；每个总断路器和馈线断路器间为1m1m长的母线；开关安装于地上封闭式配电柜中，环境温度是长的母线；开关安装于地上封闭式配电柜中，环境温度是3030C C。注注2.2.每台低压配电柜馈线的断路器必须能切断总故障电流每台低压配电柜馈线的断路
10、器必须能切断总故障电流 (该故障电流来自于与母线相连的全部变压器该故障电流来自于与母线相连的全部变压器)。注注3.3.每个变压器的总断路器或联络断路器必须能承受最大短路电流，特别是短路点在断路器进线端时。每个变压器的总断路器或联络断路器必须能承受最大短路电流，特别是短路点在断路器进线端时。注注4.4.表中的短路电流均为三相短路电流周期分量有效值。表中的短路电流均为三相短路电流周期分量有效值。表表2-1 2-1 多台变压器并列运行时低压侧总断路器和主馈线断路器分断的最大短路电流值及选择建议多台变压器并列运行时低压侧总断路器和主馈线断路器分断的最大短路电流值及选择建议8PPT课件低压正常电源供电系
11、统低压正常电源供电系统构建构建22.4 低压侧并列运行方式并列运行的方式也有多种，目前美国和欧洲汽车企业在中国采用并列运行的项目中，有两种不同的方式，第一种是多个变压器引出的配电母线槽是连通的，母线槽的功能主要作为设备配电用，母线槽上设置插接箱，该方式常见于美企；第二种是多个变压器之间设置并列运行用母线，母线一般不作为配电目的使用，该方式常见于德企。该工程采用的是第二种方式，图2-1为该工程低压侧并列运行的系统结构示意图。第一种方式的供电可靠性较差，配电母线的短路可能会引起所有并列运行的变压器停止供电，第二种方式的供电可靠性较好，配电母线的短路只会使图中的CB12，CB22，CB32断路器断开
12、，不影响正常供电。图图2-1 2-1 低压侧并列运行的系统结构示意图低压侧并列运行的系统结构示意图 9PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建2对于图2-1，需要说明以下几点：l 配电所的两路中压进线应引自同一台主变的不同母线段，且并联运行，见图2-2。而国内当有多台主变时，两段进线时，一般引自不同主变的母线段，接线为单母线分段，不能并列运行，但一路电源失电时，可以通过联络开关自动或手动投入恢复供电，但此种做法对供电可靠性要求较高的企业可能无法接受。l GPS系统变压器低压侧联络母线回路断路器均处于合闸状态。l 变电所EPS1属于应急电源供电系统，EPS1变压器低压侧联络母线
13、回路断路器应处于断开状态，当应急电源故障时，联络开关可自动合闸，由于国内目前对安全设施的供电要求还没有明确（等效IEC 60364556：2009的国家规范GB16895556安全设施供电正在编制中），一般情况下不设置EPS系统专用变压器。图图2-2 2-2 中压配电系统主接线图中压配电系统主接线图10PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建22.5 保护及选择性对于并列运行的系统，保护的选择性极其重要，特别是变电所配电装置内保护元件的选择性，如果设计不好，不仅不能提高供电可靠性，甚至会在发生故障时造成系统的崩溃。图2-3为该工程GPS系统单台1000kVA变压器接线示意图，
14、进线柜、联络柜之前采用TN-C系统，之后采用TN-S系统。图图2-32-3 单台单台1000kVA1000kVA变压器接线示意图变压器接线示意图 11PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建22.5 保护及选择性对于由图13组成的系统，为保证供电的可靠性，应注意以下几点：进线柜及联络柜内的断路器（CB1112,CB2122,CB3132）及过负荷保护应按可能输出的最大容量选择。如该工程中的1000kVA变压器应按1400kVA输出容量选择断路器和设置过负荷保护，1600kVA变压器应按2240kVA输出容量选择断路器和设置过负荷保护。当变压器高压侧发生短路时，由于采用了并列运
15、行，将有短路电流从低压侧流入高压侧的短路点，故此时低压侧总断路器也应跳开。实现上述要求的方法在汽车行业也有两种，第一种方法由中压侧断路器与低压侧总断路器联锁跳闸（德企做法），当中压侧断路器处于断开位置时，低压侧总断路器也必须处于断开位置，该工程使用的就是这种做法；第二种是采用逆功率保护（美企做法），在低压侧总断路器处检测流向变压器的的功率大小，当超出设定的值时，低压总断路器断开。当发生短路时，低压侧总断路器、联络断路器、主馈线断路器应保证完全选择性，且当母线槽发生短路时（CB12,CB22,CB32后），联络柜内断路器均应跳闸，各变压器变为独立运行。为达到上述要求，该工程断路器进行了如下设置：
16、NSX型主馈线断路器采用带有固定延时的的短延时保护，非脱扣时间为20ms,最大分断时间为80ms，瞬动保护根据具体回路设置；联络柜内的MT型联络断路器，设置短路短延时，整定时间为0.2s，瞬时保护关闭；低压侧MT型总断设置短路短延时，整定时间为0.4s，瞬时保护关闭（笔者认为此处也可按断路器上端头A13处的短路电流整定瞬时动作电流）。12PPT课件低压正常电源供电系统低压正常电源供电系统构建构建22.6 并列运行的优缺点并列运行的主要优点有：a.提高了供电的可靠性；b.改善了多台变压器的负荷分配不均；c.提高了变压器效率,多台变压器并列运行时，选择变压器计算用的同时系数一般可减少10%以上，可
17、减小变压器的容量；d.能更合理得配置变压器运行台数，改变运行成本，提高变压器的利用率，当负载较轻时,可退出多余的变压器,降低变压器损耗；e.能增强供配电灵活性，使分配、投切灵活。因为安全原因，企业内一般要求变压器按生产线及分区进行负荷分配及供电，而并列运行后，就无需考虑这种要求；f.检修、运行管理方便；并列运行的主要缺点是:a.短路电流较大，电气设备及元件要求高；b.保护整定及计算复杂；c.对运行维护人员要求较高；d.投资大。2.7 国内建议使用并列运行的工程 a.生产规模及年产值巨大，自动化水平很高，极短时间的断电都会使连续的生产过程中断，造成重大经济损失的工业项目。b.大型民用公共建筑，如
18、大型体育场、超高层综合楼。13PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 图3-1 应急电源供电系统结构示意图3.1 3.1 应急电源供电系统应急电源供电系统主接线主接线图3-1为该工程设置的应急电源供电系统示意图，从中已可看出德国专门设置的EPS系统，受正常电源电源供电系统（即General Power Supply System,简称GPS系统）影响较小，独立性较强。对于图3-1，有以下几点需要注意：l 该工程配置了两路66kV进线，不仅两路电源引自了不同区域变电站，而且每路66kV电源均可为全厂所有负荷供电。l 该工程在20kV侧设有应急中压配电所，由一台主变引入并
19、列运行的两路进线供电，每路进线均能承担所有的应急负荷，当一台主变故障或停电时，另一台主变通过联络可继续保证应急中压配电所供电。l 在市电供电时，中压应急配电系统采用低电阻接地系统，接地电流在最小运行模式下为1000A，最大运行模式下为2000A，国内非常罕见，为减少低电阻接地系统对电力系统的供电可靠性、人身安全、通信等的影响，设计采取了很多措施。14PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 l 柴油发电机组额定有功容量为2185kW、视在功率为2500kVA的发电机组，每个发电机的日用油箱容量均为1000升，室外设有埋地卧式油罐，容积为2万升。l 该工程设置了应急变电所
20、，应急变电所电源引自应急中压母线段，应急配、变电所的建筑构件的燃烧性能和耐火极限要求不小于90分钟（德国标准要求），且所内设有两套排风系统。所内变压器外壳防护等级最低要求为IP33，并必须进行不低于31.5kA/0.3s的内部燃弧测试认证，低压配电柜外壳防护等级均不低于IP54(注意：上述设备防护等级的要求与正常电源供电系统相同)。l 正常电源供电系统34台变压器是通过联络母线并列运行的，该联络母线也与应急变压器后的联络柜联络，正常状态下应急变压器后的联络柜内的断路器是断开的，在正常电源有电而应急变电所失电时，该断路器可自动闭合。l 应急变电所接地型式为TN-C-S系统，图3-1中进线柜和联络
21、柜内PEN是合一的，从第一个出线柜开始改为TN-S系统（图中图例未给予区别），另外由于应急变电所是专用的，在安全设施较多时可考虑采用IT系统以提高供电可靠性。l 对于安全设施负荷供电的回路，配电柜内断路器、熔断器的过负荷保护除其动作电流有所放大外，仍按正常设计，未采取报警措施。国内因对标准的理解不同，分歧极大，做法也多种多样，其中常见的一种做法就是把断路器的长延时脱扣器整定值加大，使其达到计算电流的1.52倍，并按此整定值选择线、缆截面。l 对于消防等负荷，概念设计均采用了由应急变电所单回路供电的模式，未在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。对于数据中心，采用双路电源+UPS供电模式
22、，其做法也较为特殊，将在后文介绍其具体做法。l 在建筑物内一般均设置应急配电间来布置应急配电装置，且装置外壳防护等级均不低于IP54。l EPS系统的布线系统均设置了防火保护措施，EPS与GPS系统的设备及布线系统在设计时分别规划在不同的区域，并具有一定的间距，以防止GPS系统对EPS系统可能产生的影响，如本工程的主要车间内EPS系统主干防火槽盒与GPS系统主干托盘间距需大于20m。15PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 3.2 负荷分级我国电力负荷根据中断供电对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级，如果后果是人身伤亡则属一级负荷，如果是经济损失或对重要单
23、位有影响则视其严重程度分为一、二、三级负荷，其目的是为了确定合理的电源数量和供电系统。国内上述根据后果的负荷分级方法，与国际上普遍采用的做法不同。国外把负荷按其目的和用途分为安全设施负荷、备用电源的负荷和正常负荷，安全设施由安全设施电源供电系统供电，备用电源的负荷由备用供电系统供电，在不会因此损坏安全设施电源的前提下，安全设施电源也可以为备用电源的负荷供电，正常负荷由GPS系统供电。对比国内外的分法并结合实际设计，笔者认为目前的国内负荷分级方法已不适合当前的形势。3.3 安全设施电源（应急电源）兼做备用电源该工程中的安全设施电源（应急电源）均兼用作备用电源较为合理。数据中心是该工程中一级负荷容
24、量较大的用电场所，其供电系统很有代表性，这里介绍如下。该工程全厂共设置有两个数据中心，两个数据中心不仅配置、供电是相似的，而且数据是冗余的，当一个数据中心出现故障时，另一个数据中心也能保证数据的安全。对于该工程，由于生产操作和商业经营活动对信息资源的依赖程度很深，由信息网络系统的瘫痪事故所造成的损失极大，对于这样的关键信息网络而言，即使只有一个重要关键性的服务器发生瘫痪故障，也将带来巨大的经济损失，因此其中的IT设备划分为一级负荷中特别重要的负荷。其中的一个数据中心的负荷情况如下：IT设备负荷为400kVA，IAC（Instrumentation And Control）负荷为240kW，制冷
25、系统为两套，每套负荷均为130kW，精密空调为两套，一套负荷为92kW，另一套负荷为86.3kW，另外还有少量部分照明负荷。德方概念设计提供的数据中心供电系统示意图见图3-2、图3-3。16PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 图3-2 数据中心供电系统示意图（一）17PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 图3-3 数据中心供电系统示意图（二）18PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 3.4 末端切换问题GB50016-2014建筑设计防火规范第10.1.8条规定：“10.1.8 消防控制室、消防水泵房、防烟和
26、排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等的供电，应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。”；上述做法国内常简称为末端切换，其目的是为了提高供电的可靠性。另外相对于末端切换而言，国外还常用首端切换方式，这里所说的首端切换包括在中压侧和变压器低压侧母线等处的电源切换，而且此做法可靠性也很高，该工程的概念设计就是采用首端切换的，德方也对中国的末端切换要求表示了强烈的质疑。通过对单回路（双回路）计算模型、单回路10kV电源进线+备用发电机（低压母线处切换）计算模型、单回路10kV电源进线+备用发电机（用电负荷处末端切换）计算模型 中可得出以下结论（见图3-46）：1）单独采用备用柴油发电机供电的
27、可靠性最差，年平均故障时间DHY达15.268890小时。2）单回路10kV电源进线+备用发电机（低压母线处切换）是上述所有方案中供电可靠性最高的，而国内采用的末端切换可靠性较差，原因是末端的双电源切换装置的DHY较大，达0.492 492小时，这个因素是决定性的，这就使得无论其前端的电源多么可靠(即使是独立的两路电源)，都不能把供电可靠性提高。3）对于把双电源切换装置在低压母线处切换进行首端切换的，因此处的双电源切换装置的额定电流一般均大于600A,其DHY很小，仅为0.052 267小时，从而提高了末端的供电可靠性。19PPT课件低压低压应急电源供电系统的构建应急电源供电系统的构建3 图3
28、-4单回路（双回路）计算模型 图3-5 单回路10kV电源进线+备用发电机（低压母线处切换）计算模型 图3-6单回路10kV电源进线+备用发电机（用电负荷处末端切换）计算模型20PPT课件变电所布置变电所布置4 与中国相比，德国变电所的布置有以下几个特点：4.1 德方设计的变压器及与变压器相邻的低压配电柜一般仅采用柜前维护，柜后不维护，设备靠墙安装的较多，非常节省占地面积，图4-1为该工程设在房间内的一变电所布置。国内的产品目前也可以只做柜前维护，但目前的绝大多数设计，都留了了柜后维护通道。另外，正常变电所屋顶利用了车间金属屋面板，而应急变电所设有混凝土屋顶及隔墙与正常变电所隔开，以保证应急变
29、电所的安全。从图4-1中可以看出，遵循IEC标准的德国设计，对安全设施电源的安全及可靠性所采取的措施远高于中国，国内考虑到经济性，一般对电源的安全及可靠性虽有所考虑，但措施一般也仅仅针对配电装置，而对于变压器等电源装置采取的措施较少图4-1 GPS、EPS变电所相邻设置示例21PPT课件变电所布置变电所布置4 图4-2为宝马工厂内变压器及低压配电柜柜前维护方案的安装实例。从图中可以看出，变电所两侧的变压器及低压配电柜都是靠墙安装的，大大节省了空间，上述布置对城市中的建筑物尤其有借鉴意义。实际上目前生产的多种低压配电柜可以设计为靠墙安装，也可以设计为离墙安装，靠墙安装时为柜前维护。对于变压器，防
30、护等级较高的带外壳干式变压器国外也可以设计为靠墙安装。图4-2 变压器及低压配电柜柜后不维护方案示例 22PPT课件变电所布置变电所布置4 4.2 变压器柜内设接地刀图4-3 变压器及接地开关安装示意图 每台变压器高压侧设接地开关，该接地开关设在变压器外壳内，且当该接地开关进行接地操作时，接地开关向上级高压柜发出先行接地动作信号（注意，是先行信号，接地开关闭合之前发出），使断路器自动分闸，变压器及接地刀安装示意图见图4-3（外壳为德国ELBAG能源有限公司产品），这种做法是体现了接地优先的设计理念，是从安全角度考虑的。国内一般在变压器前设置一个环网柜或负荷开关柜，该做法德国以前也采用，目前被淘
31、汰。23PPT课件变电所布置变电所布置4 4.3 变电所配电装置为了充分利用变电所内空间，变电所内一般还设置有其他配电装置。这些配电装置均是从变压器相邻的低压配电柜引出，为称呼方便，这里把电源从变压器相邻的柜顶设有母线的低压配电柜为第一级配电柜，从第一级配电柜引入电源的配电柜称第二级配电柜，以此类推。变电所内常见的第23级配电柜有照明及维修配电系统的总配电柜、电容补偿/谐波治理装置、照明配电柜等。电容补偿柜/谐波治理装置和第一级配电柜不布置在一起，而国内习惯把电容补偿装置设在变压器后总进线柜后。图1中3ACC1柜为一套调谐滤波装置，由4面控制柜组成，笔者认为德国的这种做法有利于电容补偿装置/调
32、谐滤波装置的制造和提高其安全性。因工业厂房环境较为恶劣，为防止漏雨对设备的影响，该工程的变压器、各级低压配电柜（箱）均为下进线下出线，故变电所区域总是设有架空层，架空层一般采用电气专用架空地板或钢格栅板，当变电所设置在一层时，采用房间地坪局部下沉的做法较多4.4 电气专用架空地板电气专用架空地板在德国被划入电气产品，由电气专业设计，图4-4为设计实例。德国采用的专用架空地板不仅可以防触电和防静电，还有承载能力高的特点，低压柜及变压器均能承载。该类产品美观且使用方便，但造价较贵。架空地板高度一般设在8001500mm，架空层高度不仅需要考虑低压桥架、中压桥架、控制桥架外，还需考虑其他因素。如该工
33、程变电所地板下均设水喷淋系统，故喷淋管道的安装必须考虑。24PPT课件变电所布置变电所布置4 图4-4 电气专用架空地板工程实例25PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.1 第一级低压配电柜（变电所内）华晨宝马项目的低压配电装置，根据容量、功能的不同设有不同的标准柜(Standard Cabinet)，每种标准柜内配置完全相同，设计时根据实际场合需求的不同从中找出适合的类型即可，这和国内每个动力配电箱配置几乎都不相同形成了鲜明的对比。表5-1 变电所标准配电柜柜型表变电所标准低压配电柜类型变电所标准低压配电柜类型开关柜内开关配置开关柜内开关配置外形尺寸（宽外形尺寸（宽x深深x高）高）断路器
34、脱扣器设置要求断路器脱扣器设置要求TYPE 1 4x630A4x630A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调）TYPE 2 4x400A4x400A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调）TYPE 3 7x250A7x250A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动TYPE 4 2x630A+2x400A2x630A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调）2x400A过负荷及瞬动（可调）TYPE 5 1x630A+4x250A1x630A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调）4x250A过负荷及瞬动
35、TYPE 6 1x400A+4x250A1x400A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调）4x250A过负荷及瞬动TYPE 7 1x1600A/1x1250A/1x1000A1x1600A/1x1250A/1x1000A800mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调)TYPE 8 2x1000A/2x1250A1x1000A/1x1250A1000mmx1000mmx2200mm过负荷及瞬动（可调)1x1000A/1x1251A过负荷及瞬动（可调)TYPE 9 1x4000A，联络，联络1x4000A1000mmx1000mmx2200mm过负荷、短路短延时、瞬
36、动，短路短延时时间整定0.2sTYPE 10 1x4000A，进线，进线1x4000A1000mmx1000mmx2200mm过负荷、短路短延时、瞬动，短路短延时时间整定0.4sTYPE 11 1x2500A，进线，进线1x2500A800mmx1000mmx2200mm过负荷、短路短延时、瞬动，短路短延时时间整定0.2sTYPE 12 1x2500A，联络，联络1x2500A800mmx1000mmx2200mm过负荷、短路短延时、瞬动，短路短延时时间整定0.4s26PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.1 第一级低压配电柜（变电所内）德 国宝马莱比锡工厂变电所，除低压侧总进线柜和联络柜
37、内采用断路器外，其他主馈线回路均采用了熔断器，而且出线柜的回路安装更多。图5-1 德国宝马莱比锡工厂变电所配电柜27PPT课件低压配电装置低压配电装置5 图5-2 变电所低压配电装置变电所低压配电装置（沈阳）变电所低压配电装置（莱比锡）28PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.2 其他低压配电柜第一级以后的低压配电柜，德国总是根据配电柜容量、功能的的不同设有不同的标准柜，每种标准柜内配置完全相同，设计时根据实际情况从中找出适合的类型，这和国内每个动力配电箱配置几乎都不相同形成了鲜明的对比。表5-2列出了该工程根据中国标准修改后使用最多的4种标准柜内的主要元件表。该工程目前是国内使用低压熔断
38、器最多的项目。表5-2 标准配电柜内主要元件表标准柜类型标准柜类型TYPE 7TYPE 7ATYPE 6TYPE 6C进线进线1回路规格回路规格1NH 03，熔体630A，3极NH 03，熔体400A，3极NH 1，熔体200A，3极NH 1，熔体200A，3极进线进线2回路规格回路规格2无无NH 1，熔体200A，3极NH 1，熔体200A，3极出线出线1回路规格回路规格14个NH 00熔断器，3极14个NH 00熔断器，3极16个D熔断器，3极，接自进线148个单相微型断路器，带30mA剩余电流保护，接自进线1出线出线2回路规格回路规格无无10个D02熔断器，1极，接自进线216个三相微型
39、断路器，带30mA剩余电流保护，接自进线2出线出线3规回路格规回路格无无25个回路，每回路为单相16A微型断路器，带30mA剩余电流保护，接自进线2无29PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.2 其他低压配电柜表5-3 TYPE 6，7标准配电柜30PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.4 熔断器优点简析上海电器科学研究院负责组织制定的国家标准低压熔断器 第部分：低压熔断器应用指南（等同：）指出，熔断器具有种优点。l高分断能力（高电流分断等级）；l不需要复杂的短路计算；l容易和廉价的系统扩张（在故障电流增加的情况下）；l高限流特性（低I2t值）；l在重新接通电路之前强制消除故障；l熔断
40、器不能复位，此举迫使用户在重新接通电路之前需识别和消除故障。l可靠性；l无移动部件被磨损或由于尘埃、油或腐蚀气氛等被污染。更换熔断器时，新熔断器保证了其所提供的保护恢复到最初水平。l经济有效的保护；l紧凑的结构提供了高短路水平时的廉价过电流保护。l不损害起动器和接触器（根据IEC 60947-4-1为2型保护）；l通过限制短路能量和峰值电流至极低水平，熔断器实际上适用于2型保护，不损害电动机电路的元件。31PPT课件低压配电装置低压配电装置5 5.4 熔断器优点简析l当分断最高短路电流时，不释放气体，火焰，电弧或其它材料。此外，分断短路电流时的速度有效地限制了故障区域内的电弧闪烁的损害。l容易
41、配合；l标准的熔断器特性和高的限流等级保证了熔断器和其他电器之间的有效配合。l标准性能；l根据IEC 60269系列设计和制造的熔断体保证了全球范围内具有标准特性的产品更换。l改进电网质量；l限流熔断器在数毫秒内切断了高的故障电流，将系统供电电压的暂降或下跌降至最低值。l防止干预；l一旦安装完毕，熔断器不能变动或调整，此举确保了熔断器的性能保持不变，防止误操作。l不需维护；l结构合适的熔断器不需维护、调整或重新校核。在使用中它们能几十年维持最初设计的过电流保护水平。32PPT课件电容补偿及谐波治理电容补偿及谐波治理6 该工程由于业主使用了大量功率因数很高的设备，采用电容补偿的容量非常小，按概念
42、设计资料，一期工程全厂使用了接近50台变压器，但静态电容补偿容量仅为250kVar，非常令人震惊！另外由于焊接车间使用了大量三相高频焊机，5次谐波含量很高，而涂装车间由于电机大部分都采用变频，5次谐波含量也很高，针对上述情况并根据以前工厂的运行情况，这两个车间均需要设置滤波装置，初期曾考虑采用有源滤波的方案，由于有源滤波设备在德国未通过内部燃弧测试（100kA/0.3s）而被否决，后改为传统的无源调谐滤波设备。无源滤波器出现具有结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低的特点。它由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置的缺点主
43、要是容易过载，在过载时会被烧损，且一般只能过滤一种谐波成份。该工程焊接车间一期7台1000kVA变压器和涂装车间一期9台1600kVA变压器共设置了16套无源调谐滤波设备，每套无源调谐滤波设备由4台控制柜组成（参见前图中的3ACC1），型号为PQM 100-FK 700-400/245-CPR+DyC-IND-400/4x61-CM06T-CB（德国Maschinenfabrik Reinhausen公司产品）。由于该种做法国内很少见，这里介绍下其主要参数：1）额定电压：400V；2）额定频率：50Hz；3）电容器额定电压：690V；4）安装的电容器容量：700kVar（690V）；5)400
44、V额定容量:0.245kVar；6）感应投入步数：461kVar（自动控制和可控硅开关）；7）滤波回路数：7250赫兹（5次谐波）；8）额定电流：353A（基本），665A（250赫兹）；9）上级开关不小于1250A。需要提醒的一点是，由于业主在断路器额定电流大于630A时使用了MT型断路器，而MT型断路器几乎无限流功能，因此其下级配电装置必须按预期的最大短路电流来选择设备，如上述无源调谐滤波设备就需按预期的最大短路电流100kA来选择。33PPT课件布线系统布线系统7 7.1 地下管廊该工程厂区面积约合3100亩，南北、东西方向长约1400m。该工程采取了综合地下管廊，这是该工程在布线系统方
45、面与国内最大的不同点。管廊共设有两条，每条管廊除特殊区域外的宽度均为4m，高度为3.5m，长度约1600m(每条)，而且管廊穿越了该工程中最大的车间，图7-1为车间外的地下管廊剖面示意图。笔者曾在2003年考察过韩国三星汽车厂，虽然该厂规模很小，也仍然采用一条综合地下管廊，管廊连接到了各车间。对于国内类似规模的工程，电气专业都是采用电缆隧道或电缆沟方案，而且设计、业主双方从来就未考虑过采用图1所示的综合地下管廊方案。我认为造成上述差异的主要原因是观念差异。国内对于一次投资考虑较多，强调一次投资的节省，对于维护及扩展的费用考虑较少，由于管廊方案投资极大，故一开始就被排除出可选方案之外。反观国外的
46、设计，给我的一个很大的感受是考虑的较为长远，不局限于眼前利益。图图7-1 7-1 地下管廊剖面示意图地下管廊剖面示意图34PPT课件布线系统布线系统7 7.2 人孔及电缆管布线系统该工程除了在管线较多的区域使用地下管廊外，还在其他区域大量使用人孔（Manhole,国内也称工作井）及电缆管布线系统，也非常值得思考。该方案根据使用场所的不同分别采用了A、A1、C、C1、D、D1、E、F、G、H等多种人孔井，全厂共使用400多个（包括弱电系统）。图7-2为厂区内典型的一段人孔及电缆管布线系统平面图，人孔按使用功能的不同分为三类：第一类为正常电源供电系统使用，见图7-2中的虚线及D型人孔；第二类为应急
47、电源供电系统使用，见图7-2中的点划线及C型人孔；第三类为弱电系统使用（含消防报警），见图7-2中的实线及E型人孔,人孔间距一般不大于70m。该工程要求参照德国的人孔及电缆管布线系统设计，因此使用的人孔及电缆管布线系统与国内差别巨大，图7-3为D型人孔的结构示意图。这类人孔的特点是均为矩形，四个面均设有出线孔，两个出线方向的孔的高度一般是错开的，以便于管线的交叉，人孔内设的HAC-30型槽式预埋件（哈芬槽）用于固定电缆托臂。图图7-2 7-2 厂区人孔及排管平面示意图厂区人孔及排管平面示意图图图7-3 D7-3 D型人孔结构示意图型人孔结构示意图35PPT课件布线系统布线系统7 7.3母线槽对
48、于该工程变压器之间并列运行的母线槽，设计与国内相比主要有以下几个不同：一是额定短时耐受电流较大。根据表2-1可知，母线槽上短路点的最大电流不超过75kA，另外考虑到保护母线槽的断路器延时动作时间为0.2s,该工程的并列运行母线均要求其额定短时耐受电流不低于100kA。二是母线槽的防护等级较高，均按IP54选择，原因是工厂内的环境较为复杂，而国内一般按IP40选择。三是母线槽的接地形式特殊，为TN-C系统，对于图2-1，变压器之间联络母线出线柜均紧靠变压器进线柜，该柜之前采用TN-C系统，其后的出线柜采用TN-S系统，联络母线N线与PE线共用。国内所有低压柜一般均采用TN-S系统。对于其他场所的
49、母线槽选择基本与国内相同，不同的是母线槽的防护等级均按IP54选择。7.4 低压电力电缆该工程选用的低压电力电缆与国内区别很大，主要是该工程的电力电缆采用了欧标电缆，且均设有金属屏蔽层。电缆金属屏蔽层,又称铜带屏蔽,它将对电缆故障电流提供回路并提供一个稳定的地电位,铜带(丝)的截面可按故障电流大小、持续时间,以及接地为一端还是两端选定，该工程低压电缆屏蔽层截面在相线截面积小于16mm2时和相线相同，在相线截面积大于16mm2时取相线截面的一半，图7-4为概念设计使用的NYCWY型电缆：绝缘为PVC材料，线芯结构为芯线同轴绞合，外层护套之下为铜带补偿线圈，外护套为PVC材料，自熄和阻燃性符合按V
50、DE 0472 的804 部分和IEC 的603321的规定。对于该种电缆，实际设计中笔者把电缆的绝缘材料改为了交联聚乙烯(XLPE)，阻燃特性改按GA 306.12007阻燃及耐火电缆 塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求 第一部分：阻燃电缆进行要求。图7-4 屏蔽电缆结构图36PPT课件布线系统布线系统7 笔者分析该工程使用低压屏蔽电缆的一个主要原因可能是出于电磁兼容的考虑。对于该工程，使用了大量会产生5次谐波的设备（变频器和焊机等），使得电力线路会对周围环境产生不利影响，这些不利影响会影响到其他系统的正常工作，如：1）变频器产生的谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重
