GB50052-2009供配电系统设计规范
2020-11-11 14:21:26
3.0.1 用电负荷分级的意义,在于正确地反映它对供电可靠性要求的界限,以便恰当地选择符合实际水平的供电方式,提高投资的经济效益,保护人员生命安全。负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定。安全包括了人身生命安全和生产过程、生产装备的安全。
确定负荷特性的目的是为了确定其供电方案。在目前市场经济的大环境下,政府应该只对涉及人身和生产安全的问题采取强制性的规定,而对于停电造成的经济损失的评价主要应该取决于用户所能接受的能力。规范中对特别重要负荷及一、二、三级负荷的供电要求是最低要求,工程设计中用户可以根据其本身的特点确定其供电方案。由于各个行业的负荷特性不一样,本规范只能对负荷的分级作原则
强制性条文
3.0.1 用电负荷分级的意义,在于正确地反映它对供电可靠性要求的界限,以便恰当地选择符合实际水平的供电方式,提高投资的经济效益,保护人员生命安全。负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定。安全包括了人身生命安全和生产过程、生产装备的安全。
确定负荷特性的目的是为了确定其供电方案。在目前市场经济的大环境下,政府应该只对涉及人身和生产安全的问题采取强制性的规定,而对于停电造成的经济损失的评价主要应该取决于用户所能接受的能力。规范中对特别重要负荷及一、二、三级负荷的供电要求是最低要求,工程设计中用户可以根据其本身的特点确定其供电方案。由于各个行业的负荷特性不一样,本规范只能对负荷的分级作原则性规定,各行业可以依据本规范的分级规定,确定用电设备或用户的负荷级别。
停电一般分为计划检修停电和事故停电,由于计划检修停电事先通知用电部门,故可采取措施避免损失或将损失减少至最低限度。条文中是按事故停电的损失来确定负荷的特性。
政治影响程度难以衡量。个别特殊的用户有特别的要求,故不在条文中表述。
1 对于中断供电将会产生人身伤亡及危及生产安全的用电负荷视为特别重要负荷,在生产连续性较高行业,当生产装置工作电源突然中断时,为确保安全停车,避免引起爆炸、火灾、中毒、人员伤亡,而必须保证的负荷,为特别重要负荷,例如中压及以上的锅炉给水泵,大型压缩机的润滑油泵等;或者事故一旦发生能够及时处理,防止事故扩大,保证工作人员的抢救和撤离,而必须保证的用电负荷,亦为特别重要负荷。在工业生产中,如正常电源中断时处理安全停产所必须的应急照明、通信系统;保证安全停产的自动控制装置等。民用建筑中,如大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统;大型国际比赛场馆的记分系统以及监控系统等。
2 对于中断供电将会在经济上产生重大损失的用电负荷视为一级负荷。例如:使生产过程或生产装备处于不安全状态、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、生产企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等将在经济上造成重大损失,则其负荷特性为一级负荷。大型银行营业厅的照明、一般银行的防盗系统;大型博物馆、展览馆的防盗信号电源、珍贵展品室的照明电源,一旦中断供电可能会造成珍贵文物和珍贵展品被盗,因此其负荷特性为一级负荷。在民用建筑中,重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆,以及经常用于重要活动的大量人员集中的公共场所等,由于电源突然中断造成正常秩序严重混乱的用电负荷为一级负荷。
3 中断供电使得主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等将在经济上造成较大损失,则其负荷特性为二级负荷。中断供电将影响较重要用电单位的正常工作,例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷,以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱,因此其负荷特性为二级负荷。
4 在一个区域内,当用电负荷中一级负荷占大多数时,本区域的负荷作为一个整体可以认为是一级负荷;在一个区域内,当用电负荷中一级负荷所占的数量和容量都较少时,而二级负荷所占的数量和容量较大时,本区域的负荷作为一个整体可以认为是二级负荷。在确定一个区域的负荷特性时,应分别统计特别重要负荷,一、二、三级负荷的数量和容量,并研究在电源出现故障时需向该区域保证供电的程度。
在工程设计中,特别是对大型的工矿企业,有时对某个区域的负荷定性比确定单个的负荷特性更具有可操作性。按照用电负荷在生产使用过程中的特性,对一个区域的用电负荷在整体上进行确定,其目的是确定整个区域的供电方案以及作为向外申请用电的依据。如在一个生产装置中只有少量的用电设备生产连续性要求高,不允许中断供电,其负荷为一级负荷,而其他的用电设备可以断电,其性质为三级负荷,则整个生产装置的用电负荷可以确定为三级负荷;如果生产装置区的大部分用电设备生产的连续性都要求很高,停产将会造成重大的经济损失,则可以确定本装置的负荷特性为一级负荷。如果区域负荷的特性为一级负荷,则应该按照一级负荷的供电要求对整个区域供电;如果区域负荷特性是二级负荷,则对整个区域按照二级负荷的供电要求进行供电,对其中少量的特别重要负荷按照规定供电。
3.0.2 条文采用的“双重电源”一词引用了《国际电工词汇》IEC 60050.601-1985第601章中的术语第601-02-19条“duplicate supply”。因地区大电力网在主网电压上部是并网的,用电部门无论从电网取几回电源进线,也无法得到严格意义上的两个独立电源。所以这里指的双重电源可以是分别来自不同电网的电源,或者来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱,或者来自同一个电网但其间的电气距离较远,一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时,另一个电源仍能不中断供电,这样的电源都可视为双重电源。
一级负荷的供电应由双重电源供电,而且不能同时损坏,只有必须满足这两个基本条件,才可能维持其中一个电源继续供电。双重电源可一用一备,亦可同时工作,各供一部分负荷。
3.0.3 一级负荷中特别重要的负荷的供电除由双重电源供电外,尚需增加应急电源。由于在实际中很难得到两个真正独立的电源,电网的各种故障都可能引起全部电源进线同时失去电源,造成停电事故。对特别重要负荷要由与电网不并列的、独立的应急电源供电。
工程设计中,对于其他专业提出的特别重要负荷,应仔细研究,凡能采取非电气保安措施者,应尽可能减少特别重要负荷的负荷量。
3.0.9 备用电源与应急电源是两个完全不同用途的电源。备用电源是当正常电源断电时,由于非安全原因用来维持电气装置或其某些部分所需的电源;而应急电源,又称安全设施电源,是用作应急供电系统组成部分的电源,是为了人体和家畜的健康和安全,以及避免对环境或其他设备造成损失的电源。本条文从安全角度考虑,其目的是为了防止其他负荷接入应急供电系统,与第3.0.3条1款相一致。
4.0.2 应急电源与正常电源之间应采取可靠措施防止并列运行,目的在于保证应急电源的专用性,防止正常电源系统故障时应急电源向正常电源系统负荷送电而失去作用,例如应急电源原动机的启动命令必须由正常电源主开关的辅助接点发出,而不是由继电器的接点发出,因为继电器有可能误动而造成与正常电源误并网。有个别用户在应急电源向正常电源转换时,为了减少电源转换对应急设备的影响,将应急电源与正常电源短暂并列运行,并列完成后立即将应急电源断开。当需要并列操作时,应符合下列条件:①应取得供电部门的同意;②应急电源需设置频率、相位和电压的自动同步系统;③正常电源应设置逆功率保护;④并列及不并列运行时故障情况的短路保护、电击保护都应得到保证。
具有应急电源蓄电池组的静止不间断电源装置,其正常电源是经整流环节变为直流才与蓄电池组并列运行的,在对蓄电池组进行浮充储能的同时经逆变环节提供交流电源,当正常电源系统故障时,利用蓄电池组直流储能放电而自动经逆变环节不间断地提供交流电源,但由于整流环节的存在因而蓄电池组不会向正常电源进线侧反馈,也就保证了应急电源的专用性。
国际标准IEC 60364-5-551:第551.7条 发电设备可能与公用电网并列运行时,对电气装置的附加要求,也有相关的规定。
5.0.6 图2表示供电端按逆调压、稳压(顺调压)和不调压三种运行方式用电设备端电压的比较。
图上设定逆调压和不调压时35kV母线电压变动范围为额定电压的0~+5%;各用户的重负荷和轻负荷出现的时间大体上一致;最大负荷为最小负荷的4倍,与此相应供电元件的电压损失近似地取为4倍;35kV、10kV和380V线路在重负荷时电压损失分别为4%、2%和5%;35kV/10kV及10kV/0.38kV变压器分接头各提升电压2.5%及5%。
由图可知,用电设备上的电压偏差在逆调压方式下可控制在+3.2%~-4.9%,在稳压方式下为+3.2%~-9.9%,不调压时则为+8.2%~-9.9%。根据此分析,在电力系统合理设计和用户负荷曲线大体一致的条件下,只在110kV区域变电所实行逆调压,大部分用户的电压质量要求就可满足。因此条文规定了“大于35kV电压的变电所中的降压变压器,直接向35、10、6kV电网送电时”应采用有载调压变压器,变电所一般是公用的区域变电所,也有大企业的总变电所。反之,如果中小企业都装置有载调压变压器,不仅增加投资和维护工作量,还将影响供电可靠性,从国家整体利益看,是很不合理的。
少数用户可能因其负荷曲线特殊,或距区域变电所过远等原因,在采用地区集中调压方式后,还不能满足电压质量要求,此时,可在35kV变电所也采用有载变压器。
以下列出美国标准处理调压问题的资料,以供借鉴。但应注意美国电动机标准是±10%,不是±5%。从美国标准中也可以看出,他们也是从整体上考虑调压,而不是“各自为政”。
美国电压标准(ANSI C84-1a-1980)的规定:
1 供电系统设计要按“范围A”进行,出现“范围B”的电压偏差范围应是极少见的,出现后应即采取措施设法达到“范围A”的要求。
2 “范围A”的要求:
115V~120V系统:
有照明时:用电设备处110V~125V;
供电点114V~126V。
无照明时:用电设备处108V~125V;
供电点114V~126V。
460V~480V系统(包括480V/277V三相四线制系统):
有照明时:用电设备处440V~500V;
供电点456V~504V。
无照明时:用电设备处432V~500V;
供电点456V~504V。
13200V系统:供电点12870V~13860V。
3 电动机额定电压:115、230、460V等。
照明额定电压:120、240V等。
从美国电压标准中计算出的电压偏差百分数:
对电动机:用电设备处(电机端子)无照明时+8.7%、-6%;有照明时+8.7%、-4.4%;
供电点+9.6%、-0.9%。
对照明:用电设备处+4.2%、-8.3%;
供电点+5%、-5%。
对高压电源(额定电压按13200V):照明+5%、-2.5%;电动机+9.6%、-1.7%。
7.0.7 我国工业与民用建筑中在相当长一段时间内,对1000kV·A及以下容量电压为10kV/(0.4~0.23)kV、6kV/(0.4~0.23)kV的配电变压器,几乎全部采用Y,yn0接线组别,但目前大都采用了D,yn11接线组别。
以D,yn11接线与Y,yn0接线的同容量的变压器相比较,前者空载损耗与负载损耗虽略大于后者,但三次及其整数倍以上的高次谐波激磁电流在原边接成三角形条件下,可在原边环流,与原边接成Y形条件下相比较,有利于抑制高次谐波电流,这在当前电网中接用电力电子元件日益广泛的情况下,采用三角形接线是有利的。另外D,yn11接线比Y,yn0接线的零序阻抗要小得多,有利于单相接地短路故障的切除。还有,当接用单相不平衡负荷时,Y,yn0接线变压器要求中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%,严重地限制了接用单相负荷的容量,影响了变压器设备能力的充分利用。因而在低压电网中,推荐采用D,yn11接线组别的配电变压器。
目前配电变压器的发展趋势呈现如下特点:
铁芯结构——变压器铁芯由插接式铁芯向整条硅钢片环绕,并已开始研究且生产非晶合金节能变压器。
绝缘特性——变压器采用环氧树脂浇铸,向采用性能更好的绝缘材料发展(如美国NOMEX绝缘材料),大大提高了变压器安全运行能力,且在变压器运行中无污染,对温度、灰尘不敏感。
体积、重量——体积向更小,重量向不断递减的趋势发展。
1250kV·A无外壳的变压器外形尺寸及重量比较见表8。
变压器性能——采用优质的硅钢片整条环绕的变压器其空载电流(取决于变压器铁芯的磁路结构,硅钢片质量以及变压器容量)、空载损耗(取决于变压器铁芯的磁滞损耗和涡流损耗)及噪声将大为降低。1250kV·A无外壳变压器空载电流、空载损耗及噪声比较见表9。
变压器容量——目前生产的变压器容量自30kV·A~2500kV·A,且有向更大容量发展的趋势。