工業(yè)企業(yè)供電：第四章工業(yè)企業(yè)變電站及供電網(wǎng)絡(luò)

1、第四章 工業(yè)企業(yè)變電站及供電網(wǎng)絡(luò) 要點(diǎn)：圍繞工廠內(nèi)部供電系統(tǒng)，著重討論：（1）變電站設(shè)計(jì)（數(shù)量、位置、連接方式）（2）變壓器臺(tái)數(shù)、容量的選擇（3）供電網(wǎng)絡(luò)的各種接線方式（4）導(dǎo)線、電纜截面選擇（5）高壓電氣設(shè)備選擇。車間變電站企業(yè)內(nèi)高壓網(wǎng)絡(luò)低壓供電網(wǎng)絡(luò)總變電站企業(yè)電源進(jìn)線工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)4.1.1變電站位置和數(shù)量的確定原則 （1）工業(yè)企業(yè)變電站組成： 企業(yè)總降壓變電站 車間變電站 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.1變電站位置和數(shù)量的確定原則 （2）變電站的位置確定原則： 選擇在負(fù)荷中心。減少配電線長度及導(dǎo)線截面，降低有色金屬及年電能消耗。 線路進(jìn)出方便。 運(yùn)輸條件好。便于變壓器和電氣設(shè)備的搬運(yùn)。

2、遠(yuǎn)離劇烈震動(dòng)的大型設(shè)備和車間（如鍛造車間）。 地下水位較低的場所。防止電纜溝內(nèi)出現(xiàn)積水。 各種污染源的上風(fēng)側(cè)（如化工廠、煙囪、燒結(jié)廠等）。防止因空氣污穢引起電氣設(shè)備的絕緣水平降低。 與其他建筑物保持足夠的防火間距； 有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1工業(yè)企業(yè)變電站 （3）變電站的數(shù)量確定原則： 總降壓變電站 設(shè)一個(gè)總降壓變電站車間和廠房布局比較集中。但要考慮一級負(fù)荷的備用電源問題。 設(shè)二個(gè)或二個(gè)以上總降壓變電站兩個(gè)或兩個(gè)以上集中大負(fù)荷，且彼此之間相距較遠(yuǎn)時(shí)。 車間變（配）電站 根據(jù)車間負(fù)荷的大小、負(fù)荷級別及相鄰車間的距離等因素全面考慮。4.1.1變電站位置和數(shù)量的確定原則本節(jié)結(jié)束4

3、.1.2 變電站的主要電氣設(shè)備電力變壓器變電站的核心 高壓斷路器閉合和開斷電路的設(shè)備。由于有熄滅電 弧的機(jī)構(gòu)，所以用于通斷短路故障電流。隔離開關(guān)隔離電壓的作用，保證設(shè)備檢修時(shí)與電源 系統(tǒng)隔離，沒有熄弧機(jī)構(gòu)，不能切負(fù)荷， 必須與高壓斷路器配合使用。 隔離開關(guān)與斷路器的操作順序： 斷電時(shí)：先斷路器，后隔離開關(guān) 合閘時(shí)：先隔離開關(guān)，后斷路器 4.1工業(yè)企業(yè)變電站QS 隔離開關(guān)QF1斷路器S11-M.R1000/10系列三相卷鐵心全密封配電變壓器開關(guān)觸頭在絕緣油中閉合和斷開。油只作滅弧功能，油量少，易燃易爆危險(xiǎn)性較大。體積小，價(jià)廉，維護(hù)方便。不能頻繁操作。 610kv多用。開關(guān)觸頭在 SF6氣體中 閉

4、合和斷開。 SF6氣體兼有滅弧和絕緣功能。滅弧能力強(qiáng)，屬高速斷路器。斷流容量大，電絕緣性能好，檢修周期長?？深l繁操作。無燃燒爆炸危險(xiǎn)，體積小，維護(hù)要求嚴(yán)格，價(jià)貴。在全封閉組合電器中多采用。不適于高寒地區(qū)。 LW8-40.5型戶外交流高壓六氟化硫斷路器開關(guān)觸頭在真空的容器內(nèi) 閉合和斷開。滅弧能力強(qiáng)燃弧時(shí)間短，屬高速斷路器。開斷能力強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。壽命長，易維修?？深l繁操作。無易燃易爆危險(xiǎn)。 由于開斷速度高, 易產(chǎn)生截流過電壓,對變壓器等感性負(fù)載易造成危害,應(yīng)配置過電壓吸收裝置。ZN28A-12系列戶內(nèi)交流高壓真空斷路器閘刀式隔離開關(guān)負(fù)荷開關(guān) 介于隔離開關(guān)與高壓斷路器之間的開關(guān)設(shè)備；

5、結(jié)構(gòu)上與隔離開關(guān)相似，但具有特殊的滅弧裝置；能斷開相應(yīng)的負(fù)荷電流，不能切斷短路電流。通常與高壓熔斷器配合使用（利用熔斷器斷短路電流）用于次要網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（10KV以下）。 母線匯集和分配電流的主要環(huán)節(jié)。分為： 鋼心鋁絞線（戶外）； 矩形鋁（或銅）排（戶內(nèi)）。 電流互感器及電壓互感器 供計(jì)量檢測儀表的繼電保護(hù)裝置使用 電流互感器變流（通常二次為5A) 電壓互感器變壓（通常二次為100V） 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.2 變電站的主要電氣設(shè)備FZRN21-12D/T125-31.5型戶內(nèi)交流高壓真空負(fù)荷開關(guān)熔斷器組合電器電流互感器電壓互感器三相電壓互感器 單相電壓互感器母線其它： 高壓開關(guān)柜 電容器功

6、率補(bǔ)償； 避雷器防雷擊； 繼電保護(hù)裝置各種變壓器、線路保護(hù)； 計(jì)量儀表電度、電壓、電流、頻率、功率因數(shù)。 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.2 變電站的主要電氣設(shè)備本節(jié)結(jié)束GG-1A(F)型固定式高壓開關(guān)設(shè)備GN2-12(Z)箱型固定式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備（戶內(nèi)）KYN28A-12(Z)B型鎧裝移開式交流金屬開關(guān)設(shè)備（戶內(nèi)）高壓電容器與電容器柜4.1工業(yè)企業(yè)變電站高壓避雷器4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 組成：電力變壓器、高壓斷路器、隔離開關(guān)、母線、電流互感器和電壓互感器及連接導(dǎo)線。 目的：如何將上述設(shè)備連接在一起，從而接受和分配 電能。 基本要求： （1）根據(jù)負(fù)荷等級要求保證供電的可

7、靠性。 （2）力求簡單、運(yùn)行靈活、操作安全方便，避免運(yùn)行人員誤操作。（靈活性） （3）應(yīng)使投資最省，運(yùn)行費(fèi)用最少。（經(jīng)濟(jì)性） （4）具有發(fā)展的可能性。（可擴(kuò)展性）4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線4.1.3.1 總降壓變電站主結(jié)線（1）線路變壓器組主結(jié)線 主結(jié)線圖：4.1工業(yè)企業(yè)變電站 電源側(cè)：由雙側(cè)隔離開關(guān)的線路 和斷路器QF1送電。 變壓器高壓側(cè)： 只裝一組隔離開關(guān)，具有切斷變壓器空載電流的能力； 條件：供電線路較短，電源側(cè)繼電器保護(hù)裝置反應(yīng)變壓器內(nèi)部及其低壓側(cè)的短路故障，且靈敏度亦滿足要求。 圖41 線路變壓器組主結(jié)線 變壓器低壓側(cè)變壓器高壓側(cè)QS 隔離開關(guān)電源側(cè)QF1斷路器Q

8、SQSQFQSQSFUQF24.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 裝一組高壓熔斷器，切斷短路電流。 條件：系統(tǒng)短路電流小。 裝設(shè)高壓斷路器、隔離開關(guān) 條件：高壓熔斷器不能滿足切開短路 電流的要求，同 時(shí)考慮運(yùn)行操作上的方便。 變壓器低壓側(cè)： 通過斷路器接至單母線，向各配出負(fù)荷供電。 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線FUQSQF2QFQS 變電站停送電規(guī)程：停電過程：先停低壓側(cè)斷路器、隔離器開關(guān) 再停高壓 側(cè)斷路器、隔離開關(guān)。送電過程：先送高壓側(cè)隔離開關(guān)，斷路器，再送低壓側(cè) 隔離開關(guān)，斷路器。線路變壓器組主結(jié)線小結(jié)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)線簡單，使用設(shè)備少。 缺點(diǎn)：當(dāng)發(fā)生短路或任一高壓設(shè)

9、備檢修時(shí)全部負(fù)荷 停電。 適用于：供電電源只有一回線路，變電站裝設(shè)一臺(tái) 變壓器，三級負(fù)荷的變電站。4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線（2）橋式主結(jié)線 橋式主接線分內(nèi)橋和外僑兩種形式。實(shí)際是兩個(gè)線路-變壓器組接線的組合。 內(nèi)橋式主結(jié)線 如圖4-2所示 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 內(nèi)橋式主結(jié)線實(shí)際是利用橋接斷路器QF5將兩個(gè)線路變壓器組單元結(jié)線連接起來。 所謂內(nèi)橋式主結(jié)線，即橋接 斷路器QF5位于線路斷路器QF1和QF2的內(nèi)側(cè)，并靠近變壓器。 優(yōu)點(diǎn)：提高了線路運(yùn)行的靈活性，增強(qiáng)了變電站供電的可靠性。 （如：線路L1，檢修）電源進(jìn)線QS1QF1QS3QS5QF3QS7QS

10、11QS12QF6QS2QF2QS4QS6QF4QS8QS9QS10QF5T1T2電源進(jìn)線4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線圖42 內(nèi)橋式主結(jié)線缺點(diǎn)：檢修線路斷路器QF1或QF2時(shí)系統(tǒng)只能有一路電源進(jìn)線供電。不滿足一級負(fù)荷的供電要求。外橋式主結(jié)線 橋接斷路器QF5跨接 在線路斷路器QF1和QF2的外側(cè)。 QS1QF1QF3QS5QF2QF4QS6QF5T1T2QS3QS7QS8QS2電源進(jìn)線QS4圖43 外橋式主結(jié)線電源進(jìn)線4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線電源進(jìn)線QS1QF1QS3QS5QF3QS7QS11QS12QF6QS2QF2QS4QS6QF4QS8QS9QS10Q

11、F5T1T2電源進(jìn)線4.1工業(yè)企業(yè)變電站圖42 內(nèi)橋式主結(jié)線QS1QF1QF3QS5QF2QF4QS6QF5T1T2QS3QS7QS8QS2電源進(jìn)線QS4圖43 外橋式主結(jié)線電源進(jìn)線1、進(jìn)線線路較長，因而故障與檢修機(jī)會(huì)較多（內(nèi)橋）2、變電站負(fù)荷比較大，因而其變壓器經(jīng)常切換的總降壓變電站（外橋）3、當(dāng)供電系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)供電，變電站的高壓側(cè)有穿越功率時(shí)。 （外橋）由于穿越功率不通過線路斷電器QF1，QF2，直接由橋接斷電器QF5轉(zhuǎn)送，這對減少線路斷路器的故障以及對繼電保護(hù)裝置的整定極為有利。4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線內(nèi)橋主線結(jié)線方式適用于：進(jìn)線線路較長，因而故障與檢修機(jī)會(huì)較多，變電

12、站負(fù)荷比較平穩(wěn)，因而其變壓器不經(jīng)常切換的總降壓變電站。外橋主線結(jié)線適用場合： 進(jìn)線線路較短，故障與檢修機(jī)會(huì)較少的總降壓變電站。 變電站的負(fù)荷變化較大，變壓器需經(jīng)常投切的總降壓變電站。 當(dāng)供電系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)供電，變電站的高壓側(cè)有穿越功率時(shí)。橋式主結(jié)線小結(jié)： 適用企業(yè)總降壓變電站兩回電源線路供電，裝設(shè)兩臺(tái)變壓器。 由于可保證對一、二級負(fù)荷的可靠供電，所以被廣泛采用。（3）單母線分段主結(jié)線 見圖44單母線分段主結(jié)線4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 單母線分段主結(jié)線基本 同外橋式主結(jié)線。由于 企業(yè)總降壓變電站的高 壓進(jìn)線還負(fù)責(zé)將進(jìn)線二 電源轉(zhuǎn)送到其它負(fù)荷中 ，所以在二個(gè)進(jìn)線電源 側(cè)增加兩段母

13、線。 原來的橋接斷路器，現(xiàn) 負(fù)責(zé)二段母線的連接， 所以標(biāo)為QF1分段 斷路器。 圖44 單母線分段主結(jié)線 QF1電源進(jìn)線電源進(jìn)線轉(zhuǎn)送負(fù)荷轉(zhuǎn)送負(fù)荷QF2T1T2一段母線二段母線4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 適用于：具有一、二級負(fù)荷，且高壓側(cè)進(jìn)出線數(shù)量較多的總降壓變電站。 變電站的低壓側(cè)也為單母線分段結(jié)線方式，分段斷路器QF2可合上，使兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，也可斷開使兩臺(tái)變壓器分別運(yùn)行。 缺點(diǎn)：當(dāng)其中任一段母線需要檢修或發(fā)生故障時(shí)，則接于該段母線的全部進(jìn)出線均將停止運(yùn)行。 4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線 （4）雙母線主結(jié)線 特點(diǎn)：各級電壓的母線 均由、兩組母線組成，兩組

14、母線間用母線聯(lián)絡(luò)斷路器連接，正常運(yùn)行一組母線工作，另一組母線備用，母線聯(lián)絡(luò)斷路器QF1斷開。 圖45雙母線主結(jié)線 電源進(jìn)線L2電源進(jìn)線L1T1T24.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線QF1優(yōu)點(diǎn)：克服上述幾種主結(jié)線由于母線故障或檢修而長期影響供電的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)：設(shè)備較多，初投資增加，結(jié)線復(fù)雜。4.1.3.2 車間變電站主結(jié)線 車間變電站的主結(jié)線由車間的負(fù)荷性質(zhì)及生產(chǎn)工藝要求決定。 一般采用：線路一變壓器組、單母線或單母線分段方式。 (1)線路一變壓器組只對三級負(fù)荷供電，且用電量較小的車間（同總降壓變） (2)單母線610KV高壓負(fù)荷的出線較多時(shí)， 如負(fù)荷中有一、二級負(fù)荷，則應(yīng)有與其它電源相

15、聯(lián)絡(luò)的線路作為備用電源。4.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線TtransformerTVvoltage transformerTAcurrent transformer FarresterFVvalve arrester FPpipe arrester （儀用互感器）M電源進(jìn)線380V高壓電機(jī)閥型避雷針M 10KVFUFTA1TVT14.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線備用電源圖46 車間變電站單母線主結(jié)線 （3）單母線分段 車間負(fù)荷中一、二級負(fù)荷比重較大，要求供電可靠高；兩回電源進(jìn)線分別接于兩段母線； 正常運(yùn)行時(shí)母線分段斷路器QF1斷開。當(dāng)一段母線失去電源時(shí)自動(dòng)投入分段斷路器

16、。 圖47采用分段單母線的車間變電站主結(jié)線FU低壓T1T1FU進(jìn)線進(jìn)線低壓TV1TV2QF14.1工業(yè)企業(yè)變電站4.1.3變電站的主結(jié)線本節(jié)結(jié)束4.2變電站內(nèi)的變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇4.2.1變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則（1）企業(yè)總降壓變電站變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則 企業(yè)絕大部分屬于三級負(fù)荷： 裝設(shè)一臺(tái)變壓器+從鄰近企業(yè)取的低壓備用電源。 企業(yè)一、二級負(fù)荷占較大： 裝設(shè)兩臺(tái)變壓器，互為備用。 特殊情況下，可裝設(shè)兩臺(tái)以上變壓器。 注：當(dāng)變電站僅裝設(shè)一臺(tái)變壓器時(shí)，其容量應(yīng)考慮1525%的富裕，以備發(fā)展的需要。（2）車間變壓器臺(tái)數(shù)選擇原則 一般生產(chǎn)車間，盡量裝設(shè)一臺(tái)。 車間的一、二級負(fù)荷比重較大 ： 應(yīng)裝設(shè)兩臺(tái)變

17、壓器； 裝設(shè)一臺(tái)變壓器 +相鄰車間聯(lián)絡(luò)線； 車間的負(fù)荷晝夜變化較大時(shí)，裝設(shè)兩臺(tái)變壓器 特殊場所可選用多臺(tái)小容量變壓器（井下變電站） 4.2.1變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則4.2變電站的變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇（3）兩臺(tái)變壓器互為備用的方式 在供電設(shè)計(jì)時(shí)，選擇變壓器的臺(tái)數(shù)和容量，實(shí)質(zhì)上就是確定其合理的備用容量的問題。 兩臺(tái)變壓器，有以下兩種備用方式： 明備用 運(yùn)行方式：一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用，每臺(tái)承擔(dān)100%的計(jì)算負(fù)荷。 容量選擇：每臺(tái)均按計(jì)算負(fù)荷的100%來選擇。 4.2.1變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則4.2變電站的變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇 暗備用 運(yùn)行方式：正常時(shí)兩臺(tái)變壓器同時(shí)投入，每臺(tái)變壓器 承擔(dān)50%的計(jì)算負(fù)

18、荷。 容量選擇：每臺(tái)均按計(jì)算負(fù)荷的7080%來選擇，多出部分用于變壓器單臺(tái)運(yùn)行時(shí)承擔(dān)另一臺(tái)變壓器所帶的一部分重要負(fù)荷。 這樣，變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率 ： 4.2.1變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則4.2變電站的變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇例題：如某企業(yè)計(jì)算負(fù)荷總?cè)萘繛?5000kVA，由兩臺(tái)變壓器供電。如以暗備用方式使用，則每臺(tái)變壓器正常運(yùn)行時(shí)承擔(dān)的負(fù)荷容量為 ；每臺(tái)變壓器容量 。如以明備用方式使用，則每臺(tái)變壓器正常運(yùn)行時(shí)承擔(dān)的負(fù)荷容量為 ；每臺(tái)變壓器容量為 。 4.2.1變壓器臺(tái)數(shù)的選擇原則4.2變電站的變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇本節(jié)結(jié)束 變壓器的額定容量變壓器標(biāo)牌上的容量，是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，變壓器在正

19、常使用期限內(nèi)能持續(xù)輸出的容量（KVA） 電力變壓器使用期限=使用壽命，25年 （環(huán)境溫度：最大：40 最高日平均：30） 當(dāng)然變壓器的使用壽命取決于其絕緣的老化速度，也就是與周圍環(huán)境溫度的變化以及它的負(fù)荷大小緊密相關(guān)。4.2.2變壓器容量選擇4.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇4.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇以前的方法著眼于如何充分利用變壓器的過負(fù)荷能力 方面（節(jié)省投資，但電能損耗增大）。 基本原則同上 明備用 100 暗備用 50% 目前的文獻(xiàn)在某些情況下，把變壓器的容量適當(dāng)選大 些，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。 具體要通過方案比較來確定。4.2.2變壓器容量選擇本節(jié)結(jié)束 當(dāng)變電站裝設(shè)兩臺(tái)或

20、兩臺(tái)以上變壓器時(shí)，就提出一個(gè)選擇性問題，即變電站負(fù)荷的變化在什么范圍投切變壓器，使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)方式。 所謂變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式指變壓器在功率損耗最小情況下的運(yùn)行方式，此時(shí)電能損耗最小，運(yùn)行費(fèi)用最低。4.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇4.2.3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行4.2.3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 為分析問題的方便，我們將無功損耗歸算為等效的有功損耗：變壓器的空載損耗： 變壓器的短路損耗： 無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，取0.060.1KW/Kvar 意義：單位無功損耗，相對應(yīng)的有功損耗增加。4.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇4.2.3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 變壓器的功率損耗為：可看出 與負(fù)荷S的平方成正比，成拋物線。 （2）二臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn) 設(shè)兩臺(tái)變壓器1T，2T，其單獨(dú)運(yùn)行功率損耗曲線如圖48的1、2曲線。 兩條曲線相加，即得兩變壓器并列運(yùn)行時(shí)的功率損耗曲線3。4.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇4.2.3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 圖484.2變電站的變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇2T單獨(dú)運(yùn)行1T單獨(dú)運(yùn)行兩臺(tái)并列運(yùn)行S（投入運(yùn)行的容量KVA）321紅線：合成曲線4.2.3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行從曲線看出： SS1（曲線2，3的PT大于曲線1） 變壓器1T單獨(dú)運(yùn)行，功率損耗最小，運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。S1SS3（