華晨寶馬鐵西工廠低壓配電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)簡介

目錄1.2.3.4.引言低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建變電所布置5.6.低壓配電裝置電容補(bǔ)償及諧波治理7.布線系統(tǒng)1引言2010年汽車行業(yè)寶馬公司啟動(dòng)了華晨寶馬鐵西工廠建設(shè)工程，該工程前期有一個(gè)概念設(shè)計(jì)，由業(yè)主在德國聘請多個(gè)知名設(shè)計(jì)單位共同完成，我公司負(fù)責(zé)該工程的施工圖設(shè)計(jì)。實(shí)際施工圖設(shè)計(jì)中，中德兩國設(shè)計(jì)人員就概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在中德兩國之間進(jìn)行了多次交流，基本理解了德方的一些設(shè)計(jì)思路、理念及要求。低壓配電系統(tǒng)作為電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方案與中國相比有重大不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）正常電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建；2）應(yīng)急電源供電源系統(tǒng)

的構(gòu)建；3）變電所布置；4）低壓配電裝置；5）電容補(bǔ)償及濾波裝置；6）布線系統(tǒng)；注：根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)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)（GeneralPowerSupplySystem,簡稱GPS系統(tǒng)）和

低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)（EmergencyPowerSupplySystem,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(fù)荷供電。1引言歐洲國家的低壓配電設(shè)計(jì)，在有多臺(tái)變壓器時(shí)，多采用并列運(yùn)行方案，近期看到某國外專家的用戶低壓供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)行。另外發(fā)達(dá)國家的年平均故障時(shí)間和平均停電時(shí)間遠(yuǎn)低于中國，但并列運(yùn)行仍然廣泛采用，這尤其值得國人反思我國的設(shè)計(jì)理念。施耐德公司編寫的《電氣裝置應(yīng)用(設(shè)計(jì))指南》中，介紹了并列運(yùn)行的元件選型和設(shè)計(jì)，依據(jù)是國際電工委員會(huì)IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

。圖1-1

歐洲國家典型配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1引言歐洲的典型供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)方案1引言黑色------正常電源系統(tǒng)綠色-----備用電源系統(tǒng)紅色-----安全設(shè)施系統(tǒng)圖1-3

法蘭西體育場供電計(jì)方案2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建2.1

系統(tǒng)對應(yīng)急供電能力要求該工程要求任何一臺(tái)變壓器故障或維護(hù)，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(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)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(fù)荷率較低的特點(diǎn)，可得出該工程至少需要3臺(tái)變壓器并列運(yùn)行才能滿足使用要求的結(jié)論。2.2

并列運(yùn)行的變壓器容量并列運(yùn)行的變壓器容量選擇應(yīng)根據(jù)工程用電情況，進(jìn)行合理選擇。該工程變壓器規(guī)格及型號(hào)僅有兩種：1000（1400）kVA和1600（2240）kVA，其中括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)變壓器的允許輸出容量。筆者認(rèn)為上述選擇是適當(dāng)?shù)模^為適合汽車廠的負(fù)荷密度，兼顧了不同場所的負(fù)荷密度的差異，供電半徑適中。在負(fù)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(fù)荷密度一般的場所均采用1000kVA變壓器。2.3

保護(hù)元件的短路承受能力在并列運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)及容量的選擇中，低壓側(cè)短路電流、變壓器過負(fù)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(hù)元件時(shí)，應(yīng)注意避免低壓側(cè)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(yīng)用(設(shè)計(jì))指南

2011》中，不僅給出了多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)低壓側(cè)總斷路器和主饋線斷路器分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏髦?，還給出了建議選擇的斷路器，數(shù)據(jù)詳見表2.1。2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建表2-1

多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)低壓側(cè)總斷路器和主饋線斷路器分?jǐn)嗟淖畲蠖搪冯娏髦导斑x擇建議20/0.4kV變壓器數(shù)量

低壓側(cè)總斷路器最小短

與主饋線斷路器配合下的

主饋線斷路器最小短

主饋線斷路器選擇建議和功率額定值kVA2

x

4003

x

4002

x

6303

x

630路分?jǐn)嗄芰?I

)

(kA)總斷路器選擇建議MT08N1/NS800NMT08N1/NS800NMT10N1/NS1000NMT10N1/NS1000NMT12N1/NS1250NMT12N1/NS1250NMT16N1/NS1600NMT16N1/NS1600NMT20N2/NS2000NMT20N2/NS2000NMT25N2/NS2500NMT25H2/NS2500NMT32H1/NS3200NMT32H2/NS3200N路分?jǐn)嗄芰?I

)

(kA)

（額定電流I

250A）cucun1428224419382347295938754794274242673856477059887511394141NSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250HNSX250LNSX250LNSX250LNSX250LNSX250L2

x

8003

x

8002

x

10003

x

10002

x

12503

x

12502

x

16003

x

16002

x

20003

x

2000注1.上述表格以下列假設(shè)為基礎(chǔ)：變壓器中壓側(cè)的三相短路功率是500MVA；變壓器是標(biāo)準(zhǔn)20/0.4kV配電型；從變壓器到其低壓斷路器的電纜為5m長的單芯電纜；每個(gè)總斷路器和饋線斷路器間為1m長的母線；開關(guān)安裝于地上封閉式配電柜中，環(huán)境溫度是30°C。注2.每臺(tái)低壓配電柜饋線的斷路器必須能切斷總故障電流

(該故障電流來自于與母線相連的全部變壓器)。注3.每個(gè)變壓器的總斷路器或聯(lián)絡(luò)斷路器必須能承受最大短路電流，特別是短路點(diǎn)在斷路器進(jìn)線端時(shí)。注4.表中的短路電流均為三相短路電流周期分量有效值。2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建2.4

低壓側(cè)并列運(yùn)行方式并列運(yùn)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(yùn)行的項(xiàng)目中，有兩種不同的方式，第一種是多個(gè)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(shè)備配電用，母線槽上設(shè)置插接箱，該方式常見于美企；第二種是多個(gè)變壓器之間設(shè)置并列運(yùn)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(cè)并列運(yùn)行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(huì)引起所有并列運(yùn)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(huì)使圖中的CB12，CB22，CB32斷路器斷開，不影響正常供電。圖2-1低壓側(cè)并列運(yùn)行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建對于圖2-1，需要說明以下幾點(diǎn)：l

配電所的兩路中壓進(jìn)線應(yīng)引自同一臺(tái)主變的不同母線段，且并聯(lián)運(yùn)行，見圖2-2。而國內(nèi)當(dāng)有多臺(tái)主變時(shí)，兩段進(jìn)線時(shí)，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(yùn)行，但一路電源失電時(shí)，可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)或手動(dòng)投入恢復(fù)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(cè)聯(lián)絡(luò)母線回路斷路器均處于合閘狀態(tài)。l

變電所EPS1屬于應(yīng)急電源供電系統(tǒng)，EPS1變壓器低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)母線回路斷路器應(yīng)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)急電源故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)可自動(dòng)合閘，由于國內(nèi)目前對安全設(shè)施的供電要求還沒有明確（等效IEC60364－5－56：2009的國家規(guī)范GB16895－5－56《安全設(shè)施供電》正在編制中），一般情況下不設(shè)置EPS系統(tǒng)專用變壓器。圖2

-2中壓配電系統(tǒng)主接線圖2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建2.5

保護(hù)及選擇性對于并列運(yùn)行的系統(tǒng)，保護(hù)的選擇性極其重要，特別是變電所配電裝置內(nèi)保護(hù)元件的選擇性，如果設(shè)計(jì)不好，不僅不能提高供電可靠性，甚至?xí)诎l(fā)生故障時(shí)造成系統(tǒng)的崩潰。圖2-3為該工程GPS系統(tǒng)單臺(tái)1000kVA變壓器接線示意圖，進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜之前采用TN-C系統(tǒng)，之后采用TN-S系統(tǒng)。圖2-3單臺(tái)1000kVA變壓器接線示意圖2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建2.5

保護(hù)及選擇性對于由圖1~3組成的系統(tǒng)，為保證供電的可靠性，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：?

進(jìn)線柜及聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)的斷路器（CB11～12,CB21～22,CB31～32）及過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)按可能輸出的最大容量選擇。如該工程中的1000kVA變壓器應(yīng)按1400kVA輸出容量選擇斷路器和設(shè)置過負(fù)荷保護(hù)，1600kVA變壓器應(yīng)按2240kVA輸出容量選擇斷路器和設(shè)置過負(fù)荷保護(hù)。?

當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)，由于采用了并列運(yùn)行，將有短路電流從低壓側(cè)流入高壓側(cè)的短路點(diǎn)，故此時(shí)低壓側(cè)總斷路器也應(yīng)跳開。實(shí)現(xiàn)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(cè)斷路器與低壓側(cè)總斷路器聯(lián)鎖跳閘（德企做法），當(dāng)中壓側(cè)斷路器處于斷開位置時(shí)，低壓側(cè)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(hù)（美企做法），在低壓側(cè)總斷路器處檢測流向變壓器的的功率大小，當(dāng)超出設(shè)定的值時(shí)，低壓總斷路器斷開。?

當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，低壓側(cè)總斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器、主饋線斷路器應(yīng)保證完全選擇性，且當(dāng)母線槽發(fā)生短路時(shí)（CB12,CB22,CB32后），聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)斷路器均應(yīng)跳閘，各變壓器變?yōu)楠?dú)立運(yùn)行。為達(dá)到上述要求，該工程斷路器進(jìn)行了如下設(shè)置：NSX型主饋線斷路器采用帶有固定延時(shí)的的短延時(shí)保護(hù)，非脫扣時(shí)間為20ms,最大分?jǐn)鄷r(shí)間為80ms，瞬動(dòng)保護(hù)根據(jù)具體回路設(shè)置；聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)的MT型聯(lián)絡(luò)斷路器，設(shè)置短路短延時(shí)，整定時(shí)間為0.2s，瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉；低壓側(cè)MT型總斷設(shè)置短路短延時(shí)，整定時(shí)間為0.4s，瞬時(shí)保護(hù)關(guān)閉（筆者認(rèn)為此處也可按斷路器上端頭A1～3處的短路電流整定瞬時(shí)動(dòng)作電流）。2低壓正常電源供電系統(tǒng)構(gòu)建2.6并列運(yùn)行的優(yōu)缺點(diǎn)并列運(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)有：a.提高了供電的可靠性；b.改善了多臺(tái)變壓器的負(fù)荷分配不均；c.提高了變壓器效率,多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，選擇變壓器計(jì)算用的同時(shí)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(yùn)行臺(tái)數(shù)，改變運(yùn)行成本，提高變壓器的利用率，當(dāng)負(fù)載較輕時(shí),可退出多余的變壓器,降低變壓器損耗；e.能增強(qiáng)供配電靈活性，使分配、投切靈活。因?yàn)榘踩?，企業(yè)內(nèi)一般要求變壓器按生產(chǎn)線及分區(qū)進(jìn)行負(fù)荷分配及供電，而并列運(yùn)行后，就無需考慮這種要求；f.檢修、運(yùn)行管理方便；并列運(yùn)行的主要缺點(diǎn)是

:a.短路電流較大，電氣設(shè)備及元件要求高；b.保護(hù)整定及計(jì)算復(fù)雜；c.對運(yùn)行維護(hù)人員要求較高；d.投資大。2.7國內(nèi)建議使用并列運(yùn)行的工程a.生產(chǎn)規(guī)模及年產(chǎn)值巨大，自動(dòng)化水平很高，極短時(shí)間的斷電都會(huì)使連續(xù)的生產(chǎn)過程中斷，造成重大經(jīng)濟(jì)損失的工業(yè)項(xiàng)目。b.大型民用公共建筑，如大型體育場、超高層綜合樓。3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建3.1應(yīng)急電源供電系統(tǒng)主接線圖3-1為該工程設(shè)置的應(yīng)急電源供電系統(tǒng)示意圖，從中已可看出德國專門設(shè)置的EPS系統(tǒng)，受正常電源電源供電系統(tǒng)（即GeneralPowerSupplySystem,簡稱GPS系統(tǒng)）影響較小，獨(dú)立性較強(qiáng)。對于圖3-1，有以下幾點(diǎn)需要注意：l

該工程配置了兩路66kV進(jìn)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(fù)荷供電。l

該工程在20kV側(cè)設(shè)有應(yīng)急中壓配電所，由一臺(tái)主變引入并列運(yùn)行的兩路進(jìn)線供電，每路進(jìn)線均能承擔(dān)所有的應(yīng)急負(fù)荷，當(dāng)一臺(tái)主變故障或停電時(shí)，另一臺(tái)主變通過聯(lián)絡(luò)可繼續(xù)保證應(yīng)急中壓配電所供電。l

在市電供電時(shí)，中壓應(yīng)急配電系統(tǒng)采用低電阻接地系統(tǒng)，接地電流在最小運(yùn)行模式下為1000A，最大運(yùn)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(shè)計(jì)采取了很多措施。圖3-1應(yīng)急電源供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建l

柴油發(fā)電機(jī)組額定有功容量為2185kW、視在功率為2500kVA的發(fā)電機(jī)組，每個(gè)發(fā)電機(jī)的日用油箱容量均為1000升，室外設(shè)有埋地臥式油罐，容積為2萬升。l

該工程設(shè)置了應(yīng)急變電所，應(yīng)急變電所電源引自應(yīng)急中壓母線段，應(yīng)急配、變電所的建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限要求不小于90分鐘（德國標(biāo)準(zhǔn)要求），且所內(nèi)設(shè)有兩套排風(fēng)系統(tǒng)。所內(nèi)變壓器外殼防護(hù)等級(jí)最低要求為IP33，并必須進(jìn)行不低于31.5kA/0.3s的內(nèi)部燃弧測試認(rèn)證，低壓配電柜外殼防護(hù)等級(jí)均不低于IP54(注意：上述設(shè)備防護(hù)等級(jí)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)3~4臺(tái)變壓器是通過聯(lián)絡(luò)母線并列運(yùn)行的，該聯(lián)絡(luò)母線也與應(yīng)急變壓器后的聯(lián)絡(luò)柜聯(lián)絡(luò)，正常狀態(tài)下應(yīng)急變壓器后的聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)的斷路器是斷開的，在正常電源有電而應(yīng)急變電所失電時(shí)，該斷路器可自動(dòng)閉合。l

應(yīng)急變電所接地型式為TN-C-S系統(tǒng)，圖3-1中進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)PEN是合一的，從第一個(gè)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(yīng)急變電所是專用的，在安全設(shè)施較多時(shí)可考慮采用IT系統(tǒng)以提高供電可靠性。l

對于安全設(shè)施負(fù)荷供電的回路，配電柜內(nèi)斷路器、熔斷器的過負(fù)荷保護(hù)除其動(dòng)作電流有所放大外，仍按正常設(shè)計(jì)，未采取報(bào)警措施。國內(nèi)因?qū)?biāo)準(zhǔn)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(shí)脫扣器整定值加大，使其達(dá)到計(jì)算電流的1.5~2倍，并按此整定值選擇線、纜截面。l

對于消防等負(fù)荷，概念設(shè)計(jì)均采用了由應(yīng)急變電所單回路供電的模式，未在其配電線路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)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(shè)置應(yīng)急配電間來布置應(yīng)急配電裝置，且裝置外殼防護(hù)等級(jí)均不低于IP54。l

EPS系統(tǒng)的布線系統(tǒng)均設(shè)置了防火保護(hù)措施，EPS與GPS系統(tǒng)的設(shè)備及布線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)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。3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建3.2負(fù)荷分級(jí)我國電力負(fù)荷根據(jù)中斷供電對人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級(jí)，如果后果是人身傷亡則屬一級(jí)負(fù)荷，如果是經(jīng)濟(jì)損失或?qū)χ匾獑挝挥杏绊憚t視其嚴(yán)重程度分為一、二、三級(jí)負(fù)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(fù)荷分級(jí)方法，與國際上普遍采用的做法不同。國外把負(fù)荷按其目的和用途分為安全設(shè)施負(fù)荷、備用電源的負(fù)荷和正常負(fù)荷，安全設(shè)施由安全設(shè)施電源供電系統(tǒng)供電，備用電源的負(fù)荷由備用供電系統(tǒng)供電，在不會(huì)因此損壞安全設(shè)施電源的前提下，安全設(shè)施電源也可以為備用電源的負(fù)荷供電，正常負(fù)荷由GPS系統(tǒng)供電。對比國內(nèi)外的分法并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為目前的國內(nèi)負(fù)荷分級(jí)方法已不適合當(dāng)前的形勢。3.3安全設(shè)施電源（應(yīng)急電源）兼做備用電源該工程中的安全設(shè)施電源（應(yīng)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(jí)負(fù)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(shè)置有兩個(gè)數(shù)據(jù)中心，兩個(gè)數(shù)據(jù)中心不僅配置、供電是相似的，而且數(shù)據(jù)是冗余的，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)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(dòng)對信息資源的依賴程度很深，由信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓事故所造成的損失極大，對于這樣的關(guān)鍵信息網(wǎng)絡(luò)而言，即使只有一個(gè)重要／關(guān)鍵性的服務(wù)器發(fā)生癱瘓故障，也將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此其中的IT設(shè)備劃分為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。其中的一個(gè)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷情況如下：IT設(shè)備負(fù)荷為400kVA，IAC（InstrumentationAndControl）負(fù)荷為240kW，制冷系統(tǒng)為兩套，每套負(fù)荷均為130kW，精密空調(diào)為兩套，一套負(fù)荷為92kW，另一套負(fù)荷為86.3kW，另外還有少量部分照明負(fù)荷。德方概念設(shè)計(jì)提供的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖見圖3-2、圖3-3。3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建圖3-2

數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖（一）3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建圖3-3數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)示意圖（二）3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建3.4

末端切換問題GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)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(fēng)機(jī)房的消防用電設(shè)備及消防電梯等的供電，應(yīng)在其配電線路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置?！?；上述做法國內(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(cè)和變壓器低壓側(cè)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(shè)計(jì)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(qiáng)烈的質(zhì)疑。通過對單回路（雙回路）計(jì)算模型、單回路10kV電源進(jìn)線

+備用發(fā)電機(jī)（低壓母線處切換）計(jì)算模型

、單回路10kV電源進(jìn)線

+備用發(fā)電機(jī)（用電負(fù)荷處末端切換）計(jì)算模型

中可得出以下結(jié)論（見圖3-4~6）：1）單獨(dú)采用備用柴油發(fā)電機(jī)供電的可靠性最差，年平均故障時(shí)間DHY達(dá)15.268890小時(shí)。2）單回路10kV電源進(jìn)線

+備用發(fā)電機(jī)（低壓母線處切換）是上述所有方案中供電可靠性最高的，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(dá)0.492492小時(shí)，這個(gè)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(dú)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(jìn)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0.052267小時(shí)，從而提高了末端的供電可靠性。3低壓應(yīng)急電源供電系統(tǒng)的構(gòu)建圖3-4單回路（雙回路）計(jì)算模型圖3-6單回路10kV電源進(jìn)線

+備用發(fā)電機(jī)（用電負(fù)荷處末端切換）計(jì)算模型圖3-5單回路10kV電源進(jìn)線

+備用發(fā)電機(jī)（低壓母線處切換）計(jì)算模型4變電所布置與中國相比，德國變電所的布置有以下幾個(gè)特點(diǎn)：4.1

德方設(shè)計(jì)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(hù)，柜后不維護(hù)，設(shè)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(shè)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(hù)，但目前的絕大多數(shù)設(shè)計(jì)，都留了了柜后維護(hù)通道。另外，正常變電所屋頂利用了車間金屬屋面板，而應(yīng)急變電所設(shè)有混凝土屋頂及隔墻與正常變電所隔開，以保證應(yīng)急變電所的安全。從圖4-1中可以看出，遵循IEC標(biāo)準(zhǔn)的德國設(shè)計(jì)，對安全設(shè)施電源的安全及可靠性所采取的措施遠(yuǎn)高于中國，國內(nèi)考慮到經(jīng)濟(jì)性，一般對電源的安全及可靠性雖有所考慮，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(shè)置示例4變電所布置圖4-2為寶馬工廠內(nèi)變壓器及低壓配電柜柜前維護(hù)方案的安裝實(shí)例。從圖中可以看出，變電所兩側(cè)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(shí)際上目前生產(chǎn)的多種低壓配電柜可以設(shè)計(jì)為靠墻安裝，也可以設(shè)計(jì)為離墻安裝，靠墻安裝時(shí)為柜前維護(hù)。對于變壓器，防護(hù)等級(jí)較高的帶外殼干式變壓器國外也可以設(shè)計(jì)為靠墻安裝。圖4-2變壓器及低壓配電柜柜后不維護(hù)方案示例4變電所布置4.2

變壓器柜內(nèi)設(shè)接地刀每臺(tái)變壓器高壓側(cè)設(shè)接地開關(guān)，該接地開關(guān)設(shè)在變壓器外殼內(nèi)，且當(dāng)該接地開關(guān)進(jìn)行接地操作時(shí)，接地開關(guān)向上級(jí)高壓柜發(fā)出先行接地動(dòng)作信號(hào)（注意，是先行信號(hào)，接地開關(guān)閉合之前發(fā)出），使斷路器自動(dòng)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(shè)計(jì)理念，是從安全角度考慮的。國內(nèi)一般在變壓器前設(shè)置一個(gè)環(huán)網(wǎng)柜或負(fù)荷開關(guān)柜，該做法德國以前也采用，目前被淘汰。圖4-3

變壓器及接地開關(guān)安裝示意圖4變電所布置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(shè)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柜頂設(shè)有母線的低壓配電柜為第一級(jí)配電柜，從第一級(jí)配電柜引入電源的配電柜稱第二級(jí)配電柜，以此類推。變電所內(nèi)常見的第2～3級(jí)配電柜有照明及維修配電系統(tǒng)的總配電柜、電容補(bǔ)償/諧波治理裝置、照明配電柜等。電容補(bǔ)償柜/諧波治理裝置和第一級(jí)配電柜不布置在一起，而國內(nèi)習(xí)慣把電容補(bǔ)償裝置設(shè)在變壓器后總進(jìn)線柜后。圖1中3ACC1柜為一套調(diào)諧濾波裝置，由4面控制柜組成，筆者認(rèn)為德國的這種做法有利于電容補(bǔ)償裝置/調(diào)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(shè)備的影響，該工程的變壓器、各級(jí)低壓配電柜（箱）均為下進(jìn)線下出線，故變電所區(qū)域總是設(shè)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(dāng)變電所設(shè)置在一層時(shí)，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(shè)計(jì)，圖4-4為設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)，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(jià)較貴。架空地板高度一般設(shè)在800～1500mm，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(shè)水噴淋系統(tǒng)，故噴淋管道的安裝必須考慮。4變電所布置圖4-4

電氣專用架空地板工程實(shí)例5低壓配電裝置華晨寶馬項(xiàng)目的低壓配電裝置，根據(jù)容量、功能的不同設(shè)有不同的標(biāo)準(zhǔn)柜(StandardCabinet)，每種標(biāo)準(zhǔn)柜內(nèi)配置完全相同，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)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(gè)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)配電柜柜型表5.1

第一級(jí)低壓配電柜（變電所內(nèi)）所準(zhǔn)低配柜型TYPE1

4x630ATYPE2

4x400ATYPE3

7x250A開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)配置4x630A外形尺寸（x深x高）斷路器脫扣器置要求荷及瞬（可）荷及瞬（可）荷及瞬1000mmx1000mmx2200mm1000mmx1000mmx2200mm1000mmx1000mmx2200mm4x400A7x250A2x630A荷及瞬（可）荷及瞬（可）荷及瞬（可）荷及瞬TYPE42x630A+2x400ATYPE51x630A+4x250A1000mmx1000mmx2200mm1000mmx1000mmx2200mm2x400A1x630A4x250A1x400A荷及瞬（可）荷及瞬TYPE6

1x400A+4x250A1000mmx1000mmx2200mm800mmx1000mmx2200mm4x250ATYPE71x1600A/1x1250A/1x1000A1x1600A/1x1250A/1x1000A荷及瞬（可)1x1000A/1x1250A1x1000A/1x1251A荷及瞬（可)荷及瞬（可)TYPE8

2x1000A/2x1250A1000mmx1000mmx2200mm1000mmx1000mmx2200mm荷、短路短延、瞬，短路短延整定0.2sTYPE91x4000A，1x4000A荷、短路短延、瞬，短路短延整定0.4sTYPE101x4000A，TYPE111x2500A，1x4000A1x2500A1000mmx1000mmx2200mm800mmx1000mmx2200mm荷、短路短延、瞬，短路短延整定0.2s荷、短路短延、瞬，短路短延整定0.4sTYPE121x2500A，1x2500A800mmx1000mmx2200mm5低壓配電裝置5.1

第一級(jí)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(cè)總進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)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5低壓配電裝置變電所低壓配電裝置（沈陽）圖5-2變電所低壓配電裝置（萊比錫）變電所低壓配電裝置5低壓配電裝置5.2其他低壓配電柜第一級(jí)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(shè)有不同的標(biāo)準(zhǔn)柜，每種標(biāo)準(zhǔn)柜內(nèi)配置完全相同，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況從中找出適合的類型，這和國內(nèi)每個(gè)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)修改后使用最多的4種標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目。表5-2

標(biāo)準(zhǔn)配電柜內(nèi)主要元件表準(zhǔn)柜型TYPE7TYPE7ATYPE6TYPE6C1回路格1NH03，熔體630A，3極NH03，熔體400A，3極NH1，熔體200A，3極NH1，熔體200A，3極2無無NH1，熔體200A，3極NH1，熔體200A，3極248個(gè)相微型斷路器，30mA剩余流保，接自1出1回路格14個(gè)NH00熔斷器，3極出2回路格無14個(gè)NH00熔斷器，3極16個(gè)DⅢ熔斷器，3極，接自110個(gè)D02熔斷器，1極，接自216個(gè)三相微型斷路器，30mA剩余流保，接自2無25個(gè)回路，每回路路器，30mA剩余流保，接自16A微型斷出3回路無無無25低壓配電裝置5.2其他低壓配電柜表5-3

TYPE6，7標(biāo)準(zhǔn)配電柜5低壓配電裝置5.4熔斷器優(yōu)點(diǎn)簡析上海電器科學(xué)研究院負(fù)責(zé)組織制定的國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ１３５３９．５—２０１３《低壓熔斷器

第５部分：低壓熔斷器應(yīng)用指南》

（等同ＩＥＣ６０２６９－５：２０１０）指出，熔斷器具有１４種優(yōu)點(diǎn)。l

高分?jǐn)嗄芰Γǜ唠娏鞣謹(jǐn)嗟燃?jí)）；l

不需要復(fù)雜的短路計(jì)算；l

容易和廉價(jià)的系統(tǒng)擴(kuò)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(qiáng)制消除故障；l

熔斷器不能復(fù)位，此舉迫使用戶在重新接通電路之前需識(shí)別和消除故障。l

可靠性；l

無移動(dòng)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(shí)，新熔斷器保證了其所提供的保護(hù)恢復(fù)到最初水平。l

經(jīng)濟(jì)有效的保護(hù)；l

緊湊的結(jié)構(gòu)提供了高短路水平時(shí)的廉價(jià)過電流保護(hù)。l

不損害起動(dòng)器和接觸器（根據(jù)IEC60947-4-1為2型保護(hù)）；l

通過限制短路能量和峰值電流至極低水平，熔斷器實(shí)際上適用于2型保護(hù)，不損害電動(dòng)機(jī)電路的元件。5低壓配電裝置5.4熔斷器優(yōu)點(diǎn)簡析l

當(dāng)分?jǐn)嘧罡叨搪冯娏鲿r(shí)，不釋放氣體，火焰，電弧或其它材料。此外，分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí)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(biāo)準(zhǔn)的熔斷器特性和高的限流等級(jí)保證了熔斷器和其他電器之間的有效配合。l

標(biāo)準(zhǔn)性能；l

根據(jù)IEC60269系列設(shè)計(jì)和制造的熔斷體保證了全球范圍內(nèi)具有標(biāo)準(zhǔn)特性的產(chǎn)品更換。l

改進(jìn)電網(wǎng)質(zhì)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(yù)；l

一旦安裝完畢，熔斷器不能變動(dòng)或調(diào)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(hù)；l

結(jié)構(gòu)合適的熔斷器不需維護(hù)、調(diào)整或重新校核。在使用中它們能幾十年維持最初設(shè)計(jì)的過電流保護(hù)水平。6電容補(bǔ)償及諧波治理該工程由于業(yè)主使用了大量功率因數(shù)很高的設(shè)備，采用電容補(bǔ)償?shù)娜萘糠浅Ｐ?，按概念設(shè)計(jì)資料，一期工程全廠使用了接近50臺(tái)變壓器，但靜態(tài)電容補(bǔ)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(jī)，5次諧波含量很高，而涂裝車間由于電機(jī)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(yùn)行情況，這兩個(gè)車間均需要設(shè)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(shè)備在德國未通過內(nèi)部燃弧測試（100kA/0.3s）而被否決，后改為傳統(tǒng)的無源調(diào)諧濾波設(shè)備。無源濾波器出現(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、運(yùn)行可靠性較高以及運(yùn)行費(fèi)用較低的特點(diǎn)。它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。這種裝置的缺點(diǎn)主要是容易過載，在過載時(shí)會(huì)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(tái)1000kVA變壓器和涂裝車間一期9臺(tái)1600kVA變壓器共設(shè)置了16套無源調(diào)諧濾波設(shè)備，每套無源調(diào)諧濾波設(shè)備由4臺(tái)控制柜組成（參見前圖中的3ACC1），型號(hào)為PQM100-FK700-400/245-CPR+DyC-IND-400/4x61-CM06T-CB（德國MaschinenfabrikReinhausen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(yīng)投入步數(shù)：4×61kVar（自動(dòng)控制和可控硅開關(guān)）；7）濾波回路數(shù)：7×250赫茲（5次諧波）；8）額定電流：353A（基本），665A（250赫茲）；9）上級(jí)開關(guān)不小于1250A。需要提醒的一點(diǎn)是，由于業(yè)主在斷路器額定電流大于630A時(shí)使用了MT型斷路器，而MT型斷路器幾乎無限流功能，因此其下級(jí)配電裝置必須按預(yù)期的最大短路電流來選擇設(shè)備，如上述無源調(diào)諧濾波設(shè)備就需按預(yù)期的最大短路電流100kA來選擇。7布線系統(tǒng)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(diǎn)。管廊共設(shè)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)都是采用電纜隧道或電纜溝方案，而且設(shè)計(jì)、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(rèn)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(qiáng)調(diào)一次投資的節(jié)省，對于維護(hù)及擴(kuò)展的費(fèi)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(shè)計(jì)，給我的一個(gè)很大的感受是考慮的較為長遠(yuǎn)，不局限于眼前利益。圖7-1

地下管廊剖面示意圖7布線系統(tǒng)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、C、C1、D、D1、E、F、G、H等多種人孔井，全廠共使用400多個(gè)（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(yīng)急電源供電系統(tǒng)使用，見圖7-2中的點(diǎn)劃線及C型人孔；第三類為弱電系統(tǒng)使用（含消防報(bào)警），見圖7-2中的實(shí)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(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)示意圖。這類人孔的特點(diǎn)是均為矩形，四個(gè)面均設(shè)有出線孔，兩個(gè)出線方向的孔的高度一般是錯(cuò)開的，以便于管線的交叉，人孔內(nèi)設(shè)的HAC-30型槽式預(yù)埋件（哈芬槽）用于固定電纜托臂。圖7-2廠區(qū)人孔及排管平面示意圖圖7-3

D型人孔結(jié)構(gòu)示意圖7布線系統(tǒng)7.3母線槽對于該工程變壓器之間并列運(yùn)行的母線槽，設(shè)計(jì)與國內(nèi)相比主要有以下幾個(gè)不同：一是額定短時(shí)耐受電流較大。根據(jù)表2-1可知，母線槽上短路點(diǎn)的最大電流不超過75kA，另外考慮到保護(hù)母線槽的斷路器延時(shí)動(dòng)作時(shí)間為0.2s,該工程的并列運(yùn)行母線均要求其額定短時(shí)耐受電流不低于100kA。二是母線槽的防護(hù)等級(jí)較高，均按IP54選擇，原因是工廠內(nèi)的環(huán)境較為復(fù)雜，而國內(nèi)一般按IP40選擇。三是母線槽的接地形式特殊，為TN-C