第2章new用戶供電系統(tǒng)第3節(jié)

第三節(jié)變電所的設置和變壓器的選擇一、變電所的作用與組成變電所的主要作用是降低電壓并向用電設備或用電設備組配電。

用戶變電所按電壓等級分為總降壓變電所和10(6)kV變電所（在工業(yè)企業(yè)稱為車間變電所）?？偨祲鹤冸娝鶎⑦M線35~110kV降為6~10kV，配電給10(6)kV變壓器或高壓用電設備，然后由10(6)kV變電所再次降壓為380/220V供給低壓用電設備。如果進線電壓為10(6)kV，則可在用戶區(qū)內(nèi)設置10(6)kV總配電所。由35kV直接供電的35/0.4kV變電所稱為直接降壓變電所。用戶供電系統(tǒng)結構框圖1－總降壓變電所2－配電所3－10(6)kV變電所4－高壓用電設備企業(yè)供電系統(tǒng)的外部送電線路：這是企業(yè)與電力系統(tǒng)相聯(lián)絡的高壓進線，從電力系統(tǒng)受電，向企業(yè)總降壓變壓器供電。電壓范圍：6~110kV。企業(yè)內(nèi)部高壓網(wǎng)路經(jīng)過一次降壓，以6~10kV電壓向車間變電站或高壓設備供電。低壓配電網(wǎng)路：從車間變電站以380/220V的電壓向各車間各用電設備供電。

高低壓開關、供配電線路和測量保護設備等是變電所中的主要電氣設備，實現(xiàn)著電能的控制與分配和供電系統(tǒng)的監(jiān)視與保護。

安全、可靠、合理、經(jīng)濟是對用戶供電系統(tǒng)的基本要求，也是對用戶變電所的要求。變電所的設計要保證操作人員安全和供用電設備安全，變電所的設置要滿足用電負荷對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，同時，既要考慮用戶用電負荷進一步發(fā)展的需要，又要努力降低建設投資和年運行費用。二、變電所的設置1．總降壓變電所或總配電所

當用戶供電電壓為35kV及以上時，一般應考慮設置總降壓變電所。對于以35kV供電的用戶，若用戶沒有高壓用電設備，為簡化供電系統(tǒng)，減少投資和電能損耗，在周圍環(huán)境允許時，也可以不設總降壓變電所，而以35／0.4kV的變壓器直接向負荷供電。總降壓變電所可以設置1~2臺降壓變壓器。當供電電壓為10(6)kV且有多臺高壓用電設備或10(6)kV變電所較多時，宜設置總配電所。對負荷不大的小型用戶，可將總配電所與某個10(6)kV變電所合并，擴充為變配電所，或僅設一個獨立式變電所。2．車間變電所

主要取決于車間負荷的大小、車間之間的距離、各車間之間的工藝聯(lián)動要求及經(jīng)濟效果。負荷較小時，可考慮合建變電所；負荷較大時，可考慮單獨建立變電所以供電給本車間負荷及鄰近散小負荷。一個車間變電所一般設置1-2臺變壓器，考慮到低壓開關的斷流能力，單臺變壓器容量不宜大于1250kVA三、變電所位置的確定

總降壓變電所的位置應接近負荷中心，并適當靠近電源的進線方向，以便使有色金屬耗量最少和線路功率及電能損耗最小。同時，還應考慮變電所周圍的環(huán)境、進出線的方便和設備運輸?shù)姆奖?。負荷指示圖注：1．圓中帶斜線者為動力負荷，不帶斜線者為照明負荷

2．分線值為示例，分子為動力負荷，分母為照明負荷變電所出線計算負荷中心確定后可以畫出負荷指示圖，根據(jù)電壓等級和負荷類型（動力與照明）金屬材料消耗(銅,鋁)總材料體積若各回路電流密度穩(wěn)定計算有色金屬消耗最少的可能:令:或.

極值條件:上述計算僅僅根據(jù)線路功耗最小為目標,求出變電所的最佳坐標(x,y)的位置.

實際上,變電所的位置確定還涉及到多種因素:建筑環(huán)境,進線出線的便利性,防火防爆,防腐蝕要求,安全保護程度,周邊障礙,今后預測發(fā)展空間等等.總之還需要兼顧其他多方面的關系.

天津某開發(fā)區(qū)遠期負荷密度如下圖所示。圖中不同顏色對應了不同的負荷密度范圍，暖色調(diào)代表了較高的負荷密度，如粉色對應的負荷密度范圍在50000kW/km2-60000kW/km2,而藍色范圍在30000kW/km2－35000kW/km2。根據(jù)負荷分布預測確定的35kV變電站站址及供電范圍如圖2所示。圖中放射線的中心是規(guī)劃的變電站，射線末端指向各個小區(qū)的負荷中心。圖1

天津某開發(fā)區(qū)遠期負荷密度(局部)

圖2

天津某開發(fā)區(qū)遠期35kV及以上變電站站址及供電范圍(局部)四.變壓器的選擇變壓器的臺數(shù),變壓器的過載能力和經(jīng)濟運行是變壓器的選擇中需要棕合考慮范疇.(一)變壓器的過載能力正常運行時，變壓器負荷不應超過額定容量。但是變壓器并非總是在最大允許的負荷下工作。在不下降壽命指標時具有一定的短期超負荷能力。

有兩種超負荷運行現(xiàn)象。

〈1〉正常過負荷

〈2〉事故過負荷（1）正常過負荷

溫度是決定負荷大小的重要因素，因為穩(wěn)升太高容易引起絕緣加速老化。通常夏季處于低負荷運行；冬季允許一定的過負荷運行，但最大過負荷量<15%。為了提高變壓器的過負荷能力,通常采取一些強制冷卻措施.如自然循環(huán)油冷系統(tǒng)。變壓器晝夜負荷而允許的過負荷是由變壓器日運行負荷曲線的填充系數(shù)和最大負荷持續(xù)時數(shù)所決定。定義:表2-2給出填填充系數(shù),最大負荷持續(xù)時和允許過負荷百分比之間的關系。日負荷曲線填充系數(shù)α最大負荷在下列持續(xù)時間下,變壓器過負荷的百分數(shù)2h4h6h8h10h12h0.500.600.700.750.800.850.90282317.51411.584242015121073201712.5108.562161410874.5-12107.565.53-765432-表2-2自然循環(huán)油冷雙繞組變壓器的允許過負荷百分數(shù)參見表2-2,當測得某臺變壓器最大負荷100kVA,晝夜平均負荷為68kVA,則填充系數(shù)0.68(按0.7查表)變壓器可在超載15%情況下連續(xù)運行4小時.(2)事故急救過負荷變壓器正常過負荷情況下,絕緣老化的自然損壞率的80%,余量20%是為了滿足急救過負荷而儲備.當供電系統(tǒng)發(fā)生故障或并列運行變壓器中一臺發(fā)生故障運行時,另運行變壓器一臺可在急救過負荷下運行一段時間.表2-3給出變壓器允許的事故急救過負荷數(shù)值和時間表3-3列出變壓器允許的事故負荷數(shù)值與時間.

表2-3變壓器急救情況下的允許過負荷百分數(shù)自然循環(huán)油浸式過負荷百分數(shù)306075100200過負荷時間/min1204520101.5干式過負荷百分數(shù)1020305060過負荷時間/min756045185(二)變壓器的經(jīng)濟運行變壓器是變電所主要耗電設備,當變電所裝有兩臺以上變壓器時,經(jīng)常需要投入或切換.那么變電所的經(jīng)濟運行性能就是指變壓器的損耗最小的運行方式.變壓器的經(jīng)濟運行條件:有功損耗最小(此時的電能損耗最小,運行費用最低).電力變壓器的功率損耗概念變壓器的功率損耗可歸納為磁損和電損.

磁損耗:由于主磁通Фm在變壓器內(nèi)的有功和無功損耗,Фm僅與外加電壓有關與負荷電流無關,所以磁損耗是一個常數(shù).

電損耗:指負荷電流在變壓器繞組中產(chǎn)生有功功率損耗P和無功功率損耗Q.單臺變壓器的有功功率損耗歸算值:其中:KL:變壓器的負荷率,KL=S/SNT(S:變壓器的負荷);kq:功率損耗歸算系數(shù),表示供電電源到用戶產(chǎn)生的有功功率損耗系數(shù).

則:求極值:得到經(jīng)濟運行條件的經(jīng)濟負荷率:多臺變壓器的經(jīng)濟運行應按有功功率損耗歸算值最小條件投運變壓器:3.變壓器的臺數(shù)的選擇原則(1)車間變電所:#一般生產(chǎn)車間盡可能用一臺變壓器.#如果車間一二級負荷比重大則必須采用兩個電源變壓器,當出現(xiàn)故障時可以通過聯(lián)絡線互相切換,保證不斷電.#當車間負荷晝夜變化大向幾個負荷曲線差異明顯的車間供電,用一臺變壓器不經(jīng)濟.可以考慮采用兩個容量一大一小的采用兩個電源變壓器。#特殊場合可選用多臺變壓器.如井下變電所遇到運輸不方便,空間高度不夠等原因。(2)企業(yè)總降壓變電所:企業(yè)大多數(shù)負荷為三級負荷可裝設一臺變壓器.如企業(yè)一二級負荷比重大則必須采用兩個變壓器,以做備用,防止一臺變壓器出事故或檢修時另一臺變壓器繼續(xù)承擔一二級負荷.分期建設的大型企業(yè),存在會引起電網(wǎng)嚴重波動的設備可以增設專用變壓器,使得變壓器臺數(shù)增加.(3)兩個變壓器互為備用的方式<1>明備用:每臺變壓器按100%負荷來選擇,其中一臺工作,另一臺備用.<2>暗備用:正常運行時,兩臺變壓器各承擔50%負荷但按70~80%負荷計算.2.變壓器的容量選擇變壓器的額定容量是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下,露天裝設的變壓器在正常使用期限內(nèi)所能持續(xù)輸?shù)娜萘?kVA).

根據(jù)國家(GB1094-79)標準規(guī)定國產(chǎn)變壓器的使用環(huán)境溫度-30~+40.C,使用壽命25年.變壓器的使用壽命取決于絕緣的老化程度,這和環(huán)境溫度的變化以及負荷大小有密切關系.變壓器容量選擇首先滿足計算負荷下能長期可靠運行單臺變壓器：兩臺并列運行變壓器：

SNTi：變壓器額定容量；

Sc1，Sc2：一級，二級負荷的計算負荷。3-8某工廠35kV總降壓變電所，擬選用兩臺等容量變壓器，已知工廠總計算負荷為5000kVA，其中一，二級負荷容量為3500kVA，試求變壓器在明備用與暗備用方式運行時的容量。五、變電所主要電氣設備

一次設備是指直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設備，主電路中的變壓器、高壓斷路器、負荷開關、隔離開關、熔斷器、電抗器、并聯(lián)補償電力電容器、電力電纜、送電線路以及母線等設備都屬于一次設備。大體可分為五類：能量變換設備，開關設備，載流導體，互感器，電抗器與避雷器。

塑料外殼式斷路器

110kV戶外高壓六氟化硫斷路器負荷開關隔離開關BUSSMANN圓管型快速熔斷器

NT低壓高分斷能力熔斷器

電容式電壓互感器

電流互感器

二次側必須短路二次側必須開路

對一次設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的輔助電氣設備稱為二次設備。變電所的二次設備包括測量儀表、控制與信號回路、繼電保護裝置以及遠動裝置等。它們相互間所連接的電路稱為二次回路或二次接線。二次回路按照功用可分為控制回路、合閘回路、信號回路、測量回路、保護回路以及遠動裝置回路等；按照電路類別分為直流回路、交流回路和電壓回路。反映二次接線間關系的圖稱為二次回路圖。二次回路的接線圖按用途可分為原理接線圖、展開接線圖和安裝接線圖3種形式。第四節(jié)變電所的電氣主接線一、電氣主接線及其要求

電氣主接線表示電能從電源分配給用電設備的主要電路，主接線圖應表示出所有的電氣設備及其連接關系。由于三相交流電力裝置中三相連接方法相同，為清晰起見，主接線圖通常只表示電氣裝置的一相連接，因而主接線圖也稱為單線圖。安全、可靠、靈活、經(jīng)濟是對變電所主接線的基本要求。

安全包括設備安全和人身安全。因此，電氣設計必須遵照國家標準和電氣設計規(guī)范，正確設計電氣回路，合理選擇電氣設備，嚴格配置正常監(jiān)視系統(tǒng)和故障保護系統(tǒng)，全面考慮各種保障人身安全的技術措施。

可靠就是變電所的主接線應能滿足各級負荷對供電可靠性的要求。提高供電可靠性的途徑很多，例如，設置備用電源并采用備用電源自動投入裝置、多路并聯(lián)供電等。電氣設備是供電系統(tǒng)中最薄弱的元件，為了使供電系統(tǒng)工作可靠，接線方式應力求簡單清晰，減少電氣設備的數(shù)目。

靈活就是在保障安全可靠的前提下，主接線能夠適應不同的運行方式。例如負荷較輕時，能方便地切除不必要的變壓器，而在負荷增大時，又能方便地投入，以利于經(jīng)濟運行。檢修時操作簡單，不致中斷供電等。

經(jīng)濟是在滿足以上要求的前提下，盡量降低建設投資和年運行費用。但是，在投資增加不多或經(jīng)濟許可的情況下，應盡量提高供電可靠性，減少停電損失。二、母線制

母線是從配電變壓器或電源進線到各條饋出線路之間的電氣主干線，它起著從電源接收電能和給各饋出線分配電能的作用。母線制是指電源進線與各饋出線之間的連接方式。常用母線制主要有三種：單母線制、單母線分段制和雙母線制。1．單母線制圖2-12單母線制

單母線制的可靠性和靈活性都較低，母線或直接連接于母線上的任一開關發(fā)生故障或檢修時，全部負荷都將中斷供電2．單母線分段制

單母線分段制在可靠性和靈活性方面較單母線制有所提高，可滿足二類負荷和部分一類負荷的供電要求。當雙回路同時供電時，母線分段開關正常是打開的，一條回路故障或一段母線故障將不影響另一段母線的正常供電。此外，檢修亦可采用分段檢修方式，不致使全部負荷供電中斷。單母線分段的缺點是，某分段上的母線或母線隔離開關發(fā)生故障或檢修時，該段母線上的負荷將中斷供電，而且電源只能通過一回進線供電，供電功率較低。單母線分段制a)用隔離開關分段b)用斷路器分段3．雙母線制雙母線制

雙母線制的優(yōu)點有：①輪流檢修母線或母線隔離開關，不致引起供電中斷；②在工作母線發(fā)生故障時，通過備用母線能迅速恢復供電。

雙母線制的缺點：開關數(shù)目增多，聯(lián)鎖機構復雜，切換操作繁瑣，造價高。對用戶供電系統(tǒng)不推薦采用雙母線制。三、總降壓變電所的主接線

用戶供電系統(tǒng)中，總降壓變電所的常用電氣主接線可概括為兩類：線路變壓器組方式和橋形接線方式。1.線路—變壓器組接線線路—變壓器組接線方式

線路變壓器組接線方式的共同特點：一回電源進線經(jīng)過一臺主降壓變壓器供電到廠內(nèi)配電母線上。圖2-16雙回線路變壓器組接線方式

當用戶有兩回電源進線時，可采用雙回線路一變壓器組接線配以單母線分段制，用于對一、二級負荷供電，如圖2-16所示。如繼電保護和自動裝置無要求，母線分段開關可僅設隔離開關。但是某一回路中任意元件發(fā)生故障，則該回路中其他元件無法正常工作，因此線路或者變壓器得不到充分利用，可采用橋型接線補救。2．橋形接線圖2-17橋形接線方式a)內(nèi)橋接線b)外橋接線

橋形接線可用于給一、二級負荷供電。內(nèi)橋接線適用于線路較長或不需經(jīng)常切換變壓器的情況，而外橋接線適用于供電線路較短或需要經(jīng)常切換變壓器的情況。橋形接線線路復雜，高壓設備多，操作不便，投資大，在用戶供電系統(tǒng)中應用很少。四、10(6)kV配電所的主接線

配電所是用戶電能的中轉站。10(6)kV配電所(或總降壓變電所的配電部分)接收來自電源或總降壓變壓器的電能并分配給各饋出線的用戶，每個配電所的饋出線路一般不少于4~5回。此外，在配電母線上常設有電壓互感器、避雷器、靜電電容器、所用變壓器等。配電所的配電母線可以是單母線或單母線分段制。(1)10(6)kV電源進線配電所10(6)kV電源進線的接線方式(2)10(6)kV饋出線配電所10(6)kV饋出線的接線方式五、10(6)kV變電所的主接線10(6)kV變電所供電線路往往較短，并考慮環(huán)境美化因素，常采用電纜配電。由電纜供電的10(6)kV變電所典型主接線當10(6)kV變電所由架空線供電時圖2-21由架空線供電的10(6)kV變電所典型主接線圖2-22變電所低壓饋出線的典型接線方式六、變電所主接線的繪制

變電所主接線圖應說明：①電源電壓、電源進線回路數(shù)和線路結構；②變電所的接線方式和運行方式；③高壓開關柜和低壓配電屏的類型和電路方案；④高低壓電氣設備的型號及規(guī)格；⑤各條饋出線的回路編