(山东电力建设第三工程公司 山东青岛 266100)
摘要：通过对标准，设计，造价，节能等各方面的分析，得出690V低压配电系统应用在发电厂厂用低压系统比400V低压配电系统具有优势。对设计人员在690 V配电系统的设计及690V低压配电系统在国内外EPC工程中的应用提供一定的指导。
关键词： 低压配电系统 设计 工程造价 能效
引言
借某项目投标技术配合的契机，通过分析标准要求，系统设计，设备造价投入及能效等各方面对690V应用到火力发电厂与400V系统进行比较，得出690V系统应用较400V系统具有积极意义的结论。同时介绍了690V低压系统在国内外的应用现状以及其发展趋势分析其在发电厂工业设计中的应用前景。
一、标准分析
首先看一下我国电压标准和IEC标准的对比，我国标准三相四线或三相三线系统的标称电压380/660V这一标准电压与IEC标准电压中的400/690V标准电压相对应。下文所有涉及到400V的地方同时对应指代380V，同理，所有涉及到690V的地方对应指代660V。在本文中不再比较IEC标准与GB标准的区别。
660V作为我国的标准电压，却在电气设计相关标准中完全没有提及。电力设计的相关标准中，如，GB50660-2011《大中型火力发电厂设计规范》中规定：
16.3.1.2 200MW级及以上的机组，主厂房内的低压厂用电系统宜采用动力与照明分开供电的方式。动力网络的电压宜采用380V、380/220V。
以上规范中规定了200MW及以上的机组低压动力电源宜采用380V。因此我国发电厂厂用低压系统全部采用的380V（400V），没有采用660V（690V）的。在《GB50052-95供配电系统设计规范》和《GB50054-95低压配电设计规范》以及我们发电机的专用设计规范GB50660-2011《大中型火力发电厂设计规范》根本不提660V电压，低压配电只有380/220V一档可用。《DL/T 5153-2002火力发电厂厂用电设计技术规定》因为没有发电厂应用660V的实例而直接取消了660V的内容。
二、 系统设计
400V厂用系统与690V系统在接线方式上还是有区别的。400V供电系统为中性点直接接地的三相四线制系统(TN-S)，中性线N线可以引出也可以不引出，断路器可以用四线制的。而690V供电系统也是TN-S系统，但其中性点N不引出，断路器用三线制的。
A公司设计的690V低压系统接线形式为3 Phase+ N + PE（TN-S）系统，其中性点N不引出，PE线单独分设，系统接地方式为直接接地方式。厂用照明，电机加热器等经小隔离变压器降压到400/230V使用，不再单独设立MV/LV照明变压器和独立的照明段。其690V系统不再分PC和MCC段，而全部在一段母线上。
690V系统的设计关键点是系统出口短路水平的确定。在400V系统中一般400V低压系统母线的短路电流限制在50kA以内，但是690V系统由于国内没有太多设计经验，在其低压变压器出口母线侧发生短路故障时，其短路电流的实际情况缺乏技术标准和设计规范的支持。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过《IEC 60909三相交流系统中的短路电流计算》中的相关计算标准，仅考虑了短路点所在线路标称电压的不同，由于电压不同而引起同等容量变压器高压侧系统及变压器自身的电阻电抗的不同，简单的计算如下：变压器短路阻抗计算公式：
Zs=(cUn)2/Ss''×103 ( 式S-6)
Xs=0.995Zs
Rs=0.1Xs
式中 Zs —归算到变压器低压侧的高压系统电抗，mΩ；
Un —变压器低压侧标称电压，kV，；
Ss″—变压器高压侧系统短路容量，MVA。
Xs—归算到变压器低压侧的高压系统阻抗，mΩ；
Rs——归算到变压器低压侧的高压系统电阻，mΩ；
由上式可以得出，690V系统和400V系统，变压器高压系统的电阻、电抗和阻抗比为电压比的平方值，为(690/400)2=3倍。
我们假设变压器一次侧电源情况一样，同等容量的变压器，接入400V低压系统和690V低压系统时，变压器低压侧出口发生短路故障时，（忽略低压侧的阻抗值）计算公式如下：
Ik=Uav(3×R2+X2)
式 S-7
式中，Ik-故障点的三相短路电流，A；
Uav-短路点所在线路的平均电压，V；
R、X —短路点以前的总阻抗和总电抗，Ω。
变压器二次侧出口处发生三相短路故障时，对应400V系统和690V系统的计算如下：
Ik6903=Un6903 ×R6902+X6902=3×Un4003×3R4002+3X4002=3×Un4003×3× R4002+X4002=Un4003×3×R4002+X4002 =Ik(400)(3)3 ( 式 S-8)
由上式S-8可得，690V变压器出口短路电流是同样系统配置下400V的13倍。由以上计算可以，相同容量变压器，低压侧采用690V系统比采用400V，其出口短路电流要小57%。 这为690V的系统低压侧断路器产品的设计和选择提供了更有利的条件，可以选择比400V断路额定和短路电流均小一等级的断路器，节省配电装置的整体造价投资。同时，变压器的阻抗选取也不会面临比400V更严峻的考验，因此，采用690V低压配电系统，从限制短路电流及下游断路器的选择来看，均比400V系统面临的条件要宽容。
三、系统优势
采用690V供电，同样的系统容量，同样的输电距离，690V系统有如下优势：
1.增强输电能力：低压电压增大，电缆截面减少，会减少单位电缆的线路损耗，同时，可以在同样的电压降的水平下，使低压电缆可以传输更远的距离。
2.电压稳定性好，提高供电质量：供电电压由400V升到690V后，线路压降百分数△U%将降为原来的1/3。电动机的输出转矩与电压的平方成正比，电压提高后，电压降减少，电动机的输出转矩提高了，对大功率的电动机的启动和正常运转有积极意义。
3.减少电能损耗：低压电压增大为原来的3，则同样容量电动机，其运行电流将降为原来的1/3,电动机启动电流和运行电流减少，线路电能损耗和设备发热量会减少。
四、现状及结论
目前690V工业低压等级的设计和应用在一些发达国家的工业领域，已经有较多业绩和成功的案例，但是在我国，虽然690V也是标准电压，但是在电气系统的设计领域却完全没有应用实例，国内设计院都缺少设计690V电压等级的经验。在将来能源可节约发展的大方向下，因为具有较多优势，690V低压系统在电厂建设应用中会被重视和推广。我国EPC承包商在国际电建领域已经有了较多的业绩，但是主要受国内设计标准的限制，在690V低压系统却涉猎较少。本文从各方面论证了在发电厂低压厂用配电系统中，采用690V较采用400V有节约工程造价和提高能效的优势。为国内EPC公司扩大设计视野，采用690V设计领域提供参考，同时也为我国设计团队采用690V低压系统的设计提供参考。
参考文献
［1］顾永辉主编，《工矿企业660V供电》,煤炭工业出版社, 1997年第一版
［2］钱建平 瞿苏寒等， 《660V供电系统的三相短路电流分析》 ，电气时代，2012 年第 11 期
［3］《IEC 60909三相交流系统中的短路电流计算》
作者简介：张静，山东电力建设第三工程公司，电气专业工程师
论文作者:张静
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：系统论文; 低压论文; 电压论文; 变压器论文; 电流论文; 标准论文; 阻抗论文; 《电力设备》2016年第15期论文;