華晨寶馬鐵西工廠低壓配電系統(tǒng)電氣設計簡介

1、華晨寶馬鐵西工廠低壓配電系統(tǒng)設計簡介孫文華 目目 錄錄引言引言1.低壓正常電源供電系統(tǒng)低壓正常電源供電系統(tǒng)構建構建2.3.變電所布置變電所布置4.低壓配電裝置低壓配電裝置5.10.低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建電容補償及諧波治理電容補償及諧波治理6.7.布線系統(tǒng)布線系統(tǒng)引言引言12010年汽車行業(yè)寶馬公司啟動了華晨寶馬鐵西工廠建設工程，該工程前期有一個概念設計，由業(yè)主在德國聘請多個知名設計單位共同完成，我公司負責該工程的施工圖設計。實際施工圖設計中，中德兩國設計人員就概念設計的內(nèi)容，在中德兩國之間進行了多次交流，基本理解了德方的一些設計思路、理念及要求。低壓配電系統(tǒng)作為電

2、氣設計的重點，其設計方案與中國相比有重大不同，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）正常電源供電系統(tǒng)的構建；2）應急電源供電源系統(tǒng) 的構建；3）變電所布置；4）低壓配電裝置；5）電容補償及濾波裝置；6）布線系統(tǒng)；注：根據(jù)負荷性質及對供電要求的不同，德方把低壓配電配電系統(tǒng)分為正常電源供電系統(tǒng)（General Power Supply System,簡稱GPS系統(tǒng)）和 低壓應急電源供電系統(tǒng)（Emergency Power Supply System,簡稱EPS系統(tǒng)），其中正常電源供電系統(tǒng)為供電要求低的普通負荷供電。引言引言1歐洲國家的低壓配電設計，在有多臺變壓器時，多采用并列運行方案，近期看到某國外專家的用

3、戶低壓供電系統(tǒng)的設計方案，除僅需要一變壓器的方案除外，其他的配電方案均為并列運行。 另外發(fā)達國家的年平均故障時間和平均停電時間遠低于中國，但并列運行仍然廣泛采用，這尤其值得國人反思我國的設計理念。施耐德公司編寫的電氣裝置應用(設計)指南中，介紹了并列運行的元件選型和設計，依據(jù)是國際電工委員會IEC 國際標準的規(guī)定 。圖1-1 歐洲國家典型配電系統(tǒng)設計方案引言引言1歐洲的典型供電網(wǎng)絡結構，適用于各類建筑。下圖為以辦公樓為例的豎向示意圖。顯示歐洲采用了不同于中國的配電體系。圖1-2 歐洲國家民用建筑典型配電系統(tǒng)設計方案引言引言1黑色-正常電源系統(tǒng)綠色-備用電源系統(tǒng)紅色-安全設施系統(tǒng)圖1-3 法蘭西

4、體育場供電計方案低壓低壓正常電源正常電源供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)構建構建22.1 系統(tǒng)對應急供電能力要求該工程要求任何一臺變壓器故障或維護，都不能影響正常生產(chǎn)。該工程使用的是干式變壓器，并要求在強迫風冷時變壓器的允許容量可以提高40%。根據(jù)以上情況和德國變壓器負荷率較低的特點，可得出該工程至少需要3臺變壓器并列運行才能滿足使用要求的結論。2.2 并列運行的變壓器容量并列運行的變壓器容量選擇應根據(jù)工程用電情況，進行合理選擇。該工程變壓器規(guī)格及型號僅有兩種：1000（1400）kVA和1600（2240）kVA，其中括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為強迫風冷時變壓器的允許輸出容量。 筆者認為上述選擇是適當?shù)模^為適合汽車廠的

5、負荷密度，兼顧了不同場所的負荷密度的差異，供電半徑適中。在負荷密度高的場所如沖壓車間、涂裝車間，采用1600kVA變壓器，其他負荷密度一般的場所均采用1000kVA變壓器。2.3 保護元件的短路承受能力在并列運行的變壓器臺數(shù)及容量的選擇中，低壓側短路電流、變壓器過負荷能力都是極其重要的因素，特別是在使用斷路器作為保護元件時，應注意避免低壓側出現(xiàn)短路電流過大的情況。施耐德公司出版的電氣裝置應用(設計)指南 2011中，不僅給出了多臺變壓器并列運行時低壓側總斷路器和主饋線斷路器分斷的最大短路電流值，還給出了建議選擇的斷路器，數(shù)據(jù)詳見表2.1。低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建220/

6、0.4 kV 20/0.4 kV 變壓器數(shù)量變壓器數(shù)量和功率額定值和功率額定值kVA kVA 低壓側總斷路器最小短低壓側總斷路器最小短路分斷能力路分斷能力( (I Icucu) (kA) (kA)與主饋線斷路器配合下的與主饋線斷路器配合下的總斷路器選擇建議總斷路器選擇建議主饋線斷路器最小短主饋線斷路器最小短路分斷能力路分斷能力( (I Icucu) (kA) ) (kA) 主饋線斷路器選擇建議主饋線斷路器選擇建議（額定電流（額定電流I In n 250A 250A ） 2 x 400 2 x 400 14 MT08N1/NS800N 27 NSX250H 3 x 400 3 x 400 28

7、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 MT16N1/NS1600N 70 NSX250H 2

8、 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 NSX250L 注注1. 1. 上述表格以下列假設

9、為基礎：變壓器中壓側的三相短路功率是上述表格以下列假設為基礎：變壓器中壓側的三相短路功率是500MVA500MVA；變壓器是標準；變壓器是標準20/0.4kV 20/0.4kV 配電型；從變壓器到其低壓配電型；從變壓器到其低壓斷路器的電纜為斷路器的電纜為5m5m長的單芯電纜；每個總斷路器和饋線斷路器間為長的單芯電纜；每個總斷路器和饋線斷路器間為1m1m長的母線；開關安裝于地上封閉式配電柜中，環(huán)境溫度是長的母線；開關安裝于地上封閉式配電柜中，環(huán)境溫度是3030C C。注注2. 2. 每臺低壓配電柜饋線的斷路器必須能切斷總故障電流每臺低壓配電柜饋線的斷路器必須能切斷總故障電流 ( (該故障電流來自

10、于與母線相連的全部變壓器該故障電流來自于與母線相連的全部變壓器) )。注注3. 3. 每個變壓器的總斷路器或聯(lián)絡斷路器必須能承受最大短路電流，特別是短路點在斷路器進線端時。每個變壓器的總斷路器或聯(lián)絡斷路器必須能承受最大短路電流，特別是短路點在斷路器進線端時。注注4. 4. 表中的短路電流表中的短路電流均為三相均為三相短路電流周期分量有效值短路電流周期分量有效值。表表2-1 2-1 多臺變壓器并列運行時低壓側總斷路器和主饋線斷路器分斷的最大短路電流值及選擇建議多臺變壓器并列運行時低壓側總斷路器和主饋線斷路器分斷的最大短路電流值及選擇建議低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建22.4 低

11、壓側并列運行方式并列運行的方式也有多種，目前美國和歐洲汽車企業(yè)在中國采用并列運行的項目中，有兩種不同的方式，第一種是多個變壓器引出的配電母線槽是連通的，母線槽的功能主要作為設備配電用，母線槽上設置插接箱，該方式常見于美企；第二種是多個變壓器之間設置并列運行用母線，母線一般不作為配電目的使用，該方式常見于德企。該工程采用的是第二種方式，圖2-1為該工程低壓側并列運行的系統(tǒng)結構示意圖。第一種方式的供電可靠性較差，配電母線的短路可能會引起所有并列運行的變壓器停止供電，第二種方式的供電可靠性較好，配電母線的短路只會使圖中的CB12，CB22，CB32斷路器斷開，不影響正常供電。圖圖2-1 2-1 低壓

12、側并列運行的系統(tǒng)結構示意圖低壓側并列運行的系統(tǒng)結構示意圖 低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建2對于圖2-1，需要說明以下幾點：l 配電所的兩路中壓進線應引自同一臺主變的不同母線段，且并聯(lián)運行，見圖2-2。而國內(nèi)當有多臺主變時，兩段進線時，一般引自不同主變的母線段，接線為單母線分段，不能并列運行，但一路電源失電時，可以通過聯(lián)絡開關自動或手動投入恢復供電，但此種做法對供電可靠性要求較高的企業(yè)可能無法接受。l GPS系統(tǒng)變壓器低壓側聯(lián)絡母線回路斷路器均處于合閘狀態(tài)。l 變電所EPS1屬于應急電源供電系統(tǒng)，EPS1變壓器低壓側聯(lián)絡母線回路斷路器應處于斷開狀態(tài)，當應急電源故障時，聯(lián)絡開關可

13、自動合閘，由于國內(nèi)目前對安全設施的供電要求還沒有明確（等效IEC 60364556：2009的國家規(guī)范GB16895556安全設施供電正在編制中），一般情況下不設置EPS系統(tǒng)專用變壓器。圖圖2 -2 2 -2 中壓配電系統(tǒng)主接線圖中壓配電系統(tǒng)主接線圖低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建22.5 保護及選擇性對于并列運行的系統(tǒng)，保護的選擇性極其重要，特別是變電所配電裝置內(nèi)保護元件的選擇性，如果設計不好，不僅不能提高供電可靠性，甚至會在發(fā)生故障時造成系統(tǒng)的崩潰。圖2-3為該工程GPS系統(tǒng)單臺1000kVA變壓器接線示意圖，進線柜、聯(lián)絡柜之前采用TN-C系統(tǒng)，之后采用TN-S系統(tǒng)。圖圖2

14、-32-3 單臺單臺1000kVA1000kVA變壓器接線示意圖變壓器接線示意圖 低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建22.5 保護及選擇性對于由圖13組成的系統(tǒng)，為保證供電的可靠性，應注意以下幾點：進線柜及聯(lián)絡柜內(nèi)的斷路器（CB1112,CB2122,CB3132）及過負荷保護應按可能輸出的最大容量選擇。如該工程中的1000kVA變壓器應按1400kVA輸出容量選擇斷路器和設置過負荷保護，1600kVA變壓器應按2240kVA輸出容量選擇斷路器和設置過負荷保護。當變壓器高壓側發(fā)生短路時，由于采用了并列運行，將有短路電流從低壓側流入高壓側的短路點，故此時低壓側總斷路器也應跳開。實現(xiàn)

15、上述要求的方法在汽車行業(yè)也有兩種，第一種方法由中壓側斷路器與低壓側總斷路器聯(lián)鎖跳閘（德企做法），當中壓側斷路器處于斷開位置時，低壓側總斷路器也必須處于斷開位置，該工程使用的就是這種做法；第二種是采用逆功率保護（美企做法），在低壓側總斷路器處檢測流向變壓器的的功率大小，當超出設定的值時，低壓總斷路器斷開。當發(fā)生短路時，低壓側總斷路器、聯(lián)絡斷路器、主饋線斷路器應保證完全選擇性，且當母線槽發(fā)生短路時（CB12,CB22,CB32后），聯(lián)絡柜內(nèi)斷路器均應跳閘，各變壓器變?yōu)楠毩⑦\行。為達到上述要求，該工程斷路器進行了如下設置：NSX型主饋線斷路器采用帶有固定延時的的短延時保護，非脫扣時間為20ms,最大

16、分斷時間為80ms，瞬動保護根據(jù)具體回路設置；聯(lián)絡柜內(nèi)的MT型聯(lián)絡斷路器，設置短路短延時，整定時間為0.2s，瞬時保護關閉；低壓側MT型總斷設置短路短延時，整定時間為0.4s，瞬時保護關閉（筆者認為此處也可按斷路器上端頭A13處的短路電流整定瞬時動作電流）。 低壓低壓正常電源供電系統(tǒng)正常電源供電系統(tǒng)構建構建22.6 并列運行的優(yōu)缺點并列運行的主要優(yōu)點有：a.提高了供電的可靠性；b.改善了多臺變壓器的負荷分配不均；c.提高了變壓器效率,多臺變壓器并列運行時，選擇變壓器計算用的同時系數(shù)一般可減少10%以上，可減小變壓器的容量；d.能更合理得配置變壓器運行臺數(shù)，改變運行成本，提高變壓器的利用率，當負

17、載較輕時,可退出多余的變壓器,降低變壓器損耗；e.能增強供配電靈活性，使分配、投切靈活。因為安全原因，企業(yè)內(nèi)一般要求變壓器按生產(chǎn)線及分區(qū)進行負荷分配及供電，而并列運行后，就無需考慮這種要求；f.檢修、運行管理方便；并列運行的主要缺點是 :a.短路電流較大，電氣設備及元件要求高；b.保護整定及計算復雜；c.對運行維護人員要求較高；d.投資大。 2.7 國內(nèi)建議使用并列運行的工程 a.生產(chǎn)規(guī)模及年產(chǎn)值巨大，自動化水平很高，極短時間的斷電都會使連續(xù)的生產(chǎn)過程中斷，造成重大經(jīng)濟損失的工業(yè)項目。 b.大型民用公共建筑，如大型體育場、超高層綜合樓。 低壓低壓應急電源應急電源供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的構建構建3

18、圖3-1 應急電源供電系統(tǒng)結構示意圖3.1 3.1 應急電源供電系統(tǒng)應急電源供電系統(tǒng)主接線主接線圖3-1為該工程設置的應急電源供電系統(tǒng)示意圖，從中已可看出德國專門設置的EPS系統(tǒng)，受正常電源電源供電系統(tǒng)（即General Power Supply System ,簡稱GPS系統(tǒng)）影響較小，獨立性較強。對于圖3-1，有以下幾點需要注意：l 該工程配置了兩路66kV進線，不僅兩路電源引自了不同區(qū)域變電站，而且每路66kV電源均可為全廠所有負荷供電。l 該工程在20kV側設有應急中壓配電所，由一臺主變引入并列運行的兩路進線供電，每路進線均能承擔所有的應急負荷，當一臺主變故障或停電時，另一臺主變通過聯(lián)

19、絡可繼續(xù)保證應急中壓配電所供電。l 在市電供電時，中壓應急配電系統(tǒng)采用低電阻接地系統(tǒng)，接地電流在最小運行模式下為1000A，最大運行模式下為2000A，國內(nèi)非常罕見，為減少低電阻接地系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的供電可靠性、人身安全、通信等的影響，設計采取了很多措施。低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 l 柴油發(fā)電機組額定有功容量為2185kW、視在功率為2500kVA的發(fā)電機組，每個發(fā)電機的日用油箱容量均為1000升，室外設有埋地臥式油罐，容積為2萬升。l 該工程設置了應急變電所，應急變電所電源引自應急中壓母線段，應急配、變電所的建筑構件的燃燒性能和耐火極限要求不小于90分鐘（德國標準

20、要求），且所內(nèi)設有兩套排風系統(tǒng)。所內(nèi)變壓器外殼防護等級最低要求為IP33，并必須進行不低于31.5kA/0.3s的內(nèi)部燃弧測試認證，低壓配電柜外殼防護等級均不低于IP54(注意：上述設備防護等級的要求與正常電源供電系統(tǒng)相同)。 l 正常電源供電系統(tǒng)34臺變壓器是通過聯(lián)絡母線并列運行的，該聯(lián)絡母線也與應急變壓器后的聯(lián)絡柜聯(lián)絡，正常狀態(tài)下應急變壓器后的聯(lián)絡柜內(nèi)的斷路器是斷開的，在正常電源有電而應急變電所失電時，該斷路器可自動閉合。l 應急變電所接地型式為TN-C-S系統(tǒng)，圖3-1中進線柜和聯(lián)絡柜內(nèi)PEN是合一的，從第一個出線柜開始改為TN-S系統(tǒng)（圖中圖例未給予區(qū)別），另外由于應急變電所是專用的，

21、在安全設施較多時可考慮采用IT系統(tǒng)以提高供電可靠性。l 對于安全設施負荷供電的回路，配電柜內(nèi)斷路器、熔斷器的過負荷保護除其動作電流有所放大外，仍按正常設計，未采取報警措施。國內(nèi)因對標準的理解不同，分歧極大，做法也多種多樣，其中常見的一種做法就是把斷路器的長延時脫扣器整定值加大，使其達到計算電流的1.52倍，并按此整定值選擇線、纜截面。l 對于消防等負荷，概念設計均采用了由應急變電所單回路供電的模式，未在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置。對于數(shù)據(jù)中心，采用雙路電源+UPS供電模式，其做法也較為特殊，將在后文介紹其具體做法。l 在建筑物內(nèi)一般均設置應急配電間來布置應急配電裝置，且裝置外

22、殼防護等級均不低于IP54。l EPS系統(tǒng)的布線系統(tǒng)均設置了防火保護措施，EPS與GPS系統(tǒng)的設備及布線系統(tǒng)在設計時分別規(guī)劃在不同的區(qū)域，并具有一定的間距，以防止GPS系統(tǒng)對EPS系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，如本工程的主要車間內(nèi)EPS系統(tǒng)主干防火槽盒與GPS系統(tǒng)主干托盤間距需大于20m。低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 3.2 負荷分級我國電力負荷根據(jù)中斷供電對人身安全、經(jīng)濟損失上所造成的影響程度進行分級，如果后果是人身傷亡則屬一級負荷，如果是經(jīng)濟損失或對重要單位有影響則視其嚴重程度分為一、二、三級負荷，其目的是為了確定合理的電源數(shù)量和供電系統(tǒng)。國內(nèi)上述根據(jù)后果的負荷分級方法，與

23、國際上普遍采用的做法不同。國外把負荷按其目的和用途分為安全設施負荷、備用電源的負荷和正常負荷，安全設施由安全設施電源供電系統(tǒng)供電，備用電源的負荷由備用供電系統(tǒng)供電，在不會因此損壞安全設施電源的前提下，安全設施電源也可以為備用電源的負荷供電，正常負荷由GPS系統(tǒng)供電。對比國內(nèi)外的分法并結合實際設計，筆者認為目前的國內(nèi)負荷分級方法已不適合當前的形勢。3.3 安全設施電源（應急電源）兼做備用電源該工程中的安全設施電源（應急電源）均兼用作備用電源較為合理。數(shù)據(jù)中心是該工程中一級負荷容量較大的用電場所，其供電系統(tǒng)很有代表性，這里介紹如下。該工程全廠共設置有兩個數(shù)據(jù)中心，兩個數(shù)據(jù)中心不僅配置、供電是相似的

24、，而且數(shù)據(jù)是冗余的，當一個數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障時，另一個數(shù)據(jù)中心也能保證數(shù)據(jù)的安全。對于該工程，由于生產(chǎn)操作和商業(yè)經(jīng)營活動對信息資源的依賴程度很深，由信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的癱瘓事故所造成的損失極大，對于這樣的關鍵信息網(wǎng)絡而言，即使只有一個重要關鍵性的服務器發(fā)生癱瘓故障，也將帶來巨大的經(jīng)濟損失，因此其中的IT設備劃分為一級負荷中特別重要的負荷。其中的一個數(shù)據(jù)中心的負荷情況如下：IT設備負荷為400kVA，IAC（Instrumentation And Control）負荷為240kW，制冷系統(tǒng)為兩套，每套負荷均為130kW，精密空調為兩套，一套負荷為92kW，另一套負荷為86.3kW，另外還有少量部分照明負

25、荷。德方概念設計提供的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖見圖3-2、圖3-3。低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 圖3-2 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖（一）低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 圖3-3 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖（二）低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 3.4 末端切換問題GB50016-2014建筑設計防火規(guī)范第10.1.8條規(guī)定：“10.1.8 消防控制室、消防水泵房、防煙和排煙風機房的消防用電設備及消防電梯等的供電，應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置?！保簧鲜鲎龇▏鴥?nèi)常簡稱為末端切換，其目的是為了提高供電的可靠性。另外

26、相對于末端切換而言，國外還常用首端切換方式，這里所說的首端切換包括在中壓側和變壓器低壓側母線等處的電源切換，而且此做法可靠性也很高，該工程的概念設計就是采用首端切換的，德方也對中國的末端切換要求表示了強烈的質疑。 通過對單回路（雙回路）計算模型、單回路10kV電源進線 + 備用發(fā)電機（低壓母線處切換）計算模型 、單回路10kV電源進線 + 備用發(fā)電機（用電負荷處末端切換）計算模型 中可得出以下結論（見圖3-46）：1）單獨采用備用柴油發(fā)電機供電的可靠性最差，年平均故障時間DHY達15.268890小時。2）單回路10kV電源進線 + 備用發(fā)電機（低壓母線處切換）是上述所有方案中供電可靠性最高的

27、，而國內(nèi)采用的末端切換可靠性較差，原因是末端的雙電源切換裝置的DHY較大，達0.492 492小時，這個因素是決定性的，這就使得無論其前端的電源多么可靠(即使是獨立的兩路電源)，都不能把供電可靠性提高。3）對于把雙電源切換裝置在低壓母線處切換進行首端切換的，因此處的雙電源切換裝置的額定電流一般均大于600A,其DHY很小，僅為0.052 267小時，從而提高了末端的供電可靠性。低壓低壓應急電源供電系統(tǒng)的構建應急電源供電系統(tǒng)的構建3 圖3-4單回路（雙回路）計算模型 圖3-5 單回路10kV電源進線 + 備用發(fā)電機（低壓母線處切換）計算模型 圖3-6單回路10kV電源進線 + 備用發(fā)電機（用電負

28、荷處末端切換）計算模型變電所變電所布置布置4 與中國相比，德國變電所的布置有以下幾個特點：4.1 德方設計的變壓器及與變壓器相鄰的低壓配電柜一般僅采用柜前維護，柜后不維護，設備靠墻安裝的較多，非常節(jié)省占地面積，圖4-1為該工程設在房間內(nèi)的一變電所布置。國內(nèi)的產(chǎn)品目前也可以只做柜前維護，但目前的絕大多數(shù)設計，都留了了柜后維護通道。另外，正常變電所屋頂利用了車間金屬屋面板，而應急變電所設有混凝土屋頂及隔墻與正常變電所隔開，以保證應急變電所的安全。從圖4-1中可以看出，遵循IEC標準的德國設計，對安全設施電源的安全及可靠性所采取的措施遠高于中國，國內(nèi)考慮到經(jīng)濟性，一般對電源的安全及可靠性雖有所考慮，

29、但措施一般也僅僅針對配電裝置，而對于變壓器等電源裝置采取的措施較少圖4-1 GPS、EPS變電所相鄰設置示例變電所變電所布置布置4 圖4-2為寶馬工廠內(nèi)變壓器及低壓配電柜柜前維護方案的安裝實例。從圖中可以看出，變電所兩側的變壓器及低壓配電柜都是靠墻安裝的，大大節(jié)省了空間，上述布置對城市中的建筑物尤其有借鑒意義。實際上目前生產(chǎn)的多種低壓配電柜可以設計為靠墻安裝，也可以設計為離墻安裝，靠墻安裝時為柜前維護。對于變壓器，防護等級較高的帶外殼干式變壓器國外也可以設計為靠墻安裝。 圖4-2 變壓器及低壓配電柜柜后不維護方案示例 變電所變電所布置布置4 4.2 變壓器柜內(nèi)設接地刀圖4-3 變壓器及接地開關

30、安裝示意圖 每臺變壓器高壓側設接地開關，該接地開關設在變壓器外殼內(nèi)，且當該接地開關進行接地操作時，接地開關向上級高壓柜發(fā)出先行接地動作信號（注意，是先行信號，接地開關閉合之前發(fā)出），使斷路器自動分閘，變壓器及接地刀安裝示意圖見圖4-3（外殼為德國ELBAG能源有限公司產(chǎn)品），這種做法是體現(xiàn)了接地優(yōu)先的設計理念，是從安全角度考慮的。國內(nèi)一般在變壓器前設置一個環(huán)網(wǎng)柜或負荷開關柜，該做法德國以前也采用，目前被淘汰。變電所變電所布置布置4 4.3 變電所配電裝置為了充分利用變電所內(nèi)空間，變電所內(nèi)一般還設置有其他配電裝置。這些配電裝置均是從變壓器相鄰的低壓配電柜引出，為稱呼方便，這里把電源從變壓器相鄰的

31、柜頂設有母線的低壓配電柜為第一級配電柜，從第一級配電柜引入電源的配電柜稱第二級配電柜，以此類推。變電所內(nèi)常見的第23級配電柜有照明及維修配電系統(tǒng)的總配電柜、電容補償/諧波治理裝置、照明配電柜等。電容補償柜/諧波治理裝置和第一級配電柜不布置在一起，而國內(nèi)習慣把電容補償裝置設在變壓器后總進線柜后。圖1中3ACC1柜為一套調諧濾波裝置，由4面控制柜組成，筆者認為德國的這種做法有利于電容補償裝置/調諧濾波裝置的制造和提高其安全性。因工業(yè)廠房環(huán)境較為惡劣，為防止漏雨對設備的影響，該工程的變壓器、各級低壓配電柜（箱）均為下進線下出線，故變電所區(qū)域總是設有架空層，架空層一般采用電氣專用架空地板或鋼格柵板，當

32、變電所設置在一層時，采用房間地坪局部下沉的做法較多4.4 電氣專用架空地板電氣專用架空地板在德國被劃入電氣產(chǎn)品，由電氣專業(yè)設計，圖4-4為設計實例。德國采用的專用架空地板不僅可以防觸電和防靜電，還有承載能力高的特點，低壓柜及變壓器均能承載。該類產(chǎn)品美觀且使用方便，但造價較貴。架空地板高度一般設在8001500mm，架空層高度不僅需要考慮低壓橋架、中壓橋架、控制橋架外，還需考慮其他因素。如該工程變電所地板下均設水噴淋系統(tǒng)，故噴淋管道的安裝必須考慮。變電所變電所布置布置4 圖4-4 電氣專用架空地板工程實例低壓配電裝置低壓配電裝置5 5.1 第一級低壓配電柜（變電所內(nèi)）華晨寶馬項目的低壓配電裝置，

33、根據(jù)容量、功能的不同設有不同的標準柜(Standard Cabinet)，每種標準柜內(nèi)配置完全相同，設計時根據(jù)實際場合需求的不同從中找出適合的類型即可，這和國內(nèi)每個動力配電箱配置幾乎都不相同形成了鮮明的對比。表5-1 變電所標準配電柜柜型表變電所標準低壓配電柜類型變電所標準低壓配電柜類型開關柜內(nèi)開關配置開關柜內(nèi)開關配置外形尺寸（寬外形尺寸（寬x深深x高）高）斷路器脫扣器設置要求斷路器脫扣器設置要求TYPE 1 4x630A4x630A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調）TYPE 2 4x400A4x400A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調）TY

34、PE 3 7x250A7x250A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動TYPE 4 2x630A+2x400A2x630A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調）2x400A過負荷及瞬動（可調）TYPE 5 1x630A+4x250A1x630A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調）4x250A過負荷及瞬動TYPE 6 1x400A+4x250A1x400A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調）4x250A過負荷及瞬動TYPE 7 1x1600A/1x1250A/1x1000A1x1600A/1x1250A/1x1

35、000A800mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調)TYPE 8 2x1000A/2x1250A1x1000A/1x1250A1000mmx1000mmx2200mm過負荷及瞬動（可調)1x1000A/1x1251A過負荷及瞬動（可調)TYPE 9 1x4000A，聯(lián)絡，聯(lián)絡1x4000A1000mmx1000mmx2200mm過負荷、短路短延時、瞬動，短路短延時時間整定0.2sTYPE 10 1x4000A，進線，進線1x4000A1000mmx1000mmx2200mm過負荷、短路短延時、瞬動，短路短延時時間整定0.4sTYPE 11 1x2500A，進線，進線1x2500A

36、800mmx1000mmx2200mm過負荷、短路短延時、瞬動，短路短延時時間整定0.2sTYPE 12 1x2500A，聯(lián)絡，聯(lián)絡1x2500A800mmx1000mmx2200mm過負荷、短路短延時、瞬動，短路短延時時間整定0.4s低壓配電裝置低壓配電裝置5 5.1 第一級低壓配電柜（變電所內(nèi)）德 國寶馬萊比錫工廠變電所，除低壓側總進線柜和聯(lián)絡柜內(nèi)采用斷路器外，其他主饋線回路均采用了熔斷器，而且出線柜的回路安裝更多。圖5-1 德國寶馬萊比錫工廠變電所配電柜低壓配電裝置低壓配電裝置5 圖5-2 變電所低壓配電裝置變電所低壓配電裝置（沈陽）變電所低壓配電裝置（萊比錫）低壓配電裝置低壓配電裝置5

37、 5.2 其他低壓配電柜第一級以后的低壓配電柜，德國總是根據(jù)配電柜容量、功能的的不同設有不同的標準柜，每種標準柜內(nèi)配置完全相同，設計時根據(jù)實際情況從中找出適合的類型，這和國內(nèi)每個動力配電箱配置幾乎都不相同形成了鮮明的對比。表5-2列出了該工程根據(jù)中國標準修改后使用最多的4種標準柜內(nèi)的主要元件表。該工程目前是國內(nèi)使用低壓熔斷器最多的項目。表5-2 標準配電柜內(nèi)主要元件表標準柜類型標準柜類型TYPE 7TYPE 7ATYPE 6TYPE 6C進線進線1回路規(guī)格回路規(guī)格1NH 03，熔體630A，3極NH 03，熔體400A，3極NH 1，熔體200A，3極NH 1，熔體200A，3極進線進線2回路

38、規(guī)格回路規(guī)格2無無NH 1，熔體200A，3極NH 1，熔體200A，3極出線出線1回路規(guī)格回路規(guī)格14個NH 00熔斷器，3極14個NH 00熔斷器，3極16個D熔斷器，3極，接自進線148個單相微型斷路器，帶30mA剩余電流保護，接自進線1出線出線2回路規(guī)格回路規(guī)格無無10個D02熔斷器，1極，接自進線216個三相微型斷路器，帶30mA剩余電流保護，接自進線2出線出線3規(guī)回路格規(guī)回路格無無25個回路，每回路為單相16A微型斷路器，帶30mA剩余電流保護，接自進線2無低壓配電裝置低壓配電裝置5 5.2 其他低壓配電柜表5-3 TYPE 6，7標準配電柜低壓配電裝置低壓配電裝置5 5.4 熔斷

39、器優(yōu)點簡析上海電器科學研究院負責組織制定的國家標準低壓熔斷器 第部分：低壓熔斷器應用指南 （等同：）指出，熔斷器具有種優(yōu)點。l高分斷能力（高電流分斷等級）；l不需要復雜的短路計算；l容易和廉價的系統(tǒng)擴張（在故障電流增加的情況下）；l高限流特性（低I2t值）；l在重新接通電路之前強制消除故障；l熔斷器不能復位，此舉迫使用戶在重新接通電路之前需識別和消除故障。l可靠性；l無移動部件被磨損或由于塵埃、油或腐蝕氣氛等被污染。更換熔斷器時，新熔斷器保證了其所提供的保護恢復到最初水平。l經(jīng)濟有效的保護；l緊湊的結構提供了高短路水平時的廉價過電流保護。l不損害起動器和接觸器（根據(jù)IEC 60947-4-1為

40、2型保護）；l通過限制短路能量和峰值電流至極低水平，熔斷器實際上適用于2型保護，不損害電動機電路的元件。低壓配電裝置低壓配電裝置5 5.4 熔斷器優(yōu)點簡析l當分斷最高短路電流時，不釋放氣體，火焰，電弧或其它材料。此外，分斷短路電流時的速度有效地限制了故障區(qū)域內(nèi)的電弧閃爍的損害。l容易配合；l標準的熔斷器特性和高的限流等級保證了熔斷器和其他電器之間的有效配合。l標準性能；l根據(jù)IEC 60269系列設計和制造的熔斷體保證了全球范圍內(nèi)具有標準特性的產(chǎn)品更換。l改進電網(wǎng)質量；l限流熔斷器在數(shù)毫秒內(nèi)切斷了高的故障電流，將系統(tǒng)供電電壓的暫降或下跌降至最低值。l防止干預；l一旦安裝完畢，熔斷器不能變動或調

41、整，此舉確保了熔斷器的性能保持不變，防止誤操作。l不需維護；l結構合適的熔斷器不需維護、調整或重新校核。在使用中它們能幾十年維持最初設計的過電流保護水平。電容補償及諧波電容補償及諧波治理治理6 該工程由于業(yè)主使用了大量功率因數(shù)很高的設備，采用電容補償?shù)娜萘糠浅Ｐ?，按概念設計資料，一期工程全廠使用了接近50臺變壓器，但靜態(tài)電容補償容量僅為250kVar，非常令人震驚！另外由于焊接車間使用了大量三相高頻焊機，5次諧波含量很高，而涂裝車間由于電機大部分都采用變頻，5次諧波含量也很高，針對上述情況并根據(jù)以前工廠的運行情況，這兩個車間均需要設置濾波裝置，初期曾考慮采用有源濾波的方案，由于有源濾波設備在德

42、國未通過內(nèi)部燃弧測試（100kA/0.3s）而被否決，后改為傳統(tǒng)的無源調諧濾波設備。無源濾波器出現(xiàn)具有結構簡單、投資少、運行可靠性較高以及運行費用較低的特點。它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補償?shù)淖饔谩＿@種裝置的缺點主要是容易過載，在過載時會被燒損，且一般只能過濾一種諧波成份。該工程焊接車間一期7臺1000kVA變壓器和涂裝車間一期9臺1600kVA變壓器共設置了16套無源調諧濾波設備，每套無源調諧濾波設備由4臺控制柜組成（參見前圖中的3ACC1），型號為PQM 100-FK 700-400/245-CPR+DyC-IND-400/4x61-

43、CM06T-CB（德國Maschinenfabrik Reinhausen公司產(chǎn)品）。由于該種做法國內(nèi)很少見，這里介紹下其主要參數(shù)：1）額定電壓：400V；2）額定頻率：50Hz；3）電容器額定電壓：690V；4）安裝的電容器容量：700kVar（690V）；5)400V額定容量: 0.245kVar；6）感應投入步數(shù)：461kVar（自動控制和可控硅開關）；7）濾波回路數(shù)：7250赫茲（5次諧波）；8）額定電流：353A（基本），665A（250赫茲）；9）上級開關不小于1250A。需要提醒的一點是，由于業(yè)主在斷路器額定電流大于630A時使用了MT型斷路器，而MT型斷路器幾乎無限流功能，因此

44、其下級配電裝置必須按預期的最大短路電流來選擇設備，如上述無源調諧濾波設備就需按預期的最大短路電流100kA來選擇。布線系統(tǒng)布線系統(tǒng)7 7.1 地下管廊該工程廠區(qū)面積約合3100畝，南北、東西方向長約1400m。該工程采取了綜合地下管廊，這是該工程在布線系統(tǒng)方面與國內(nèi)最大的不同點。管廊共設有兩條，每條管廊除特殊區(qū)域外的寬度均為4m，高度為3.5m，長度約1600m(每條)，而且管廊穿越了該工程中最大的車間，圖7-1為車間外的地下管廊剖面示意圖。筆者曾在2003年考察過韓國三星汽車廠，雖然該廠規(guī)模很小，也仍然采用一條綜合地下管廊，管廊連接到了各車間。對于國內(nèi)類似規(guī)模的工程，電氣專業(yè)都是采用電纜隧道

45、或電纜溝方案，而且設計、業(yè)主雙方從來就未考慮過采用圖1所示的綜合地下管廊方案。我認為造成上述差異的主要原因是觀念差異。國內(nèi)對于一次投資考慮較多，強調一次投資的節(jié)省，對于維護及擴展的費用考慮較少，由于管廊方案投資極大，故一開始就被排除出可選方案之外。反觀國外的設計，給我的一個很大的感受是考慮的較為長遠，不局限于眼前利益。圖圖7-1 7-1 地下管廊剖面示意圖地下管廊剖面示意圖布線系統(tǒng)布線系統(tǒng)7 7.2 人孔及電纜管布線系統(tǒng)該工程除了在管線較多的區(qū)域使用地下管廊外，還在其他區(qū)域大量使用人孔（Manhole,國內(nèi)也稱工作井）及電纜管布線系統(tǒng)，也非常值得思考。該方案根據(jù)使用場所的不同分別采用了A、A1

46、、C、C1、D、D1、E、F、G、H等多種人孔井，全廠共使用400多個（包括弱電系統(tǒng)）。圖7-2為廠區(qū)內(nèi)典型的一段人孔及電纜管布線系統(tǒng)平面圖，人孔按使用功能的不同分為三類：第一類為正常電源供電系統(tǒng)使用，見圖7-2中的虛線及D型人孔；第二類為應急電源供電系統(tǒng)使用，見圖7-2中的點劃線及C型人孔；第三類為弱電系統(tǒng)使用（含消防報警），見圖7-2中的實線及E型人孔,人孔間距一般不大于70m。該工程要求參照德國的人孔及電纜管布線系統(tǒng)設計，因此使用的人孔及電纜管布線系統(tǒng)與國內(nèi)差別巨大，圖7-3為D型人孔的結構示意圖。這類人孔的特點是均為矩形，四個面均設有出線孔，兩個出線方向的孔的高度一般是錯開的，以便于管線的交叉，人孔內(nèi)設的HAC-30型槽式預埋件（哈芬槽）用于固定電纜托臂。圖圖7-2 7-2 廠區(qū)廠區(qū)人孔及排管平面示意圖人孔及排管平面示意圖圖圖7-3 D7-3 D型人孔結構型人孔結構示意圖示意圖布線系統(tǒng)布線系統(tǒng)7 7.3母線槽對于該工程變壓器之間并列運行的母線槽，設計與國內(nèi)相比主要有以下幾個不同：一是額定短時耐受電流較大。根據(jù)表2-1可知，母線槽上短