第2章new用户供电系统第3节

第三节变电所的设置和变压器的选择一、变电所的作用与组成变电所的主要作用是降低电压并向用电设备或用电设备组配电。

用户变电所按电压等级分为总降压变电所和10(6)kV变电所（在工业企业称为车间变电所）。总降压变电所将进线35~110kV降为6~10kV，配电给10(6)kV变压器或高压用电设备，然后由10(6)kV变电所再次降压为380/220V供给低压用电设备。如果进线电压为10(6)kV，则可在用户区内设置10(6)kV总配电所。由35kV直接供电的35/0.4kV变电所称为直接降压变电所。用户供电系统结构框图1－总降压变电所2－配电所3－10(6)kV变电所4－高压用电设备企业供电系统的外部送电线路：这是企业与电力系统相联络的高压进线，从电力系统受电，向企业总降压变压器供电。电压范围：6~110kV。企业内部高压网路经过一次降压，以6~10kV电压向车间变电站或高压设备供电。低压配电网路：从车间变电站以380/220V的电压向各车间各用电设备供电。

高低压开关、供配电线路和测量保护设备等是变电所中的主要电气设备，实现着电能的控制与分配和供电系统的监视与保护。

安全、可靠、合理、经济是对用户供电系统的基本要求，也是对用户变电所的要求。变电所的设计要保证操作人员安全和供用电设备安全，变电所的设置要满足用电负荷对供电可靠性和电能质量的要求，同时，既要考虑用户用电负荷进一步发展的需要，又要努力降低建设投资和年运行费用。二、变电所的设置1．总降压变电所或总配电所

当用户供电电压为35kV及以上时，一般应考虑设置总降压变电所。对于以35kV供电的用户，若用户没有高压用电设备，为简化供电系统，减少投资和电能损耗，在周围环境允许时，也可以不设总降压变电所，而以35／0.4kV的变压器直接向负荷供电。总降压变电所可以设置1~2台降压变压器。当供电电压为10(6)kV且有多台高压用电设备或10(6)kV变电所较多时，宜设置总配电所。对负荷不大的小型用户，可将总配电所与某个10(6)kV变电所合并，扩充为变配电所，或仅设一个独立式变电所。2．车间变电所

主要取决于车间负荷的大小、车间之间的距离、各车间之间的工艺联动要求及经济效果。负荷较小时，可考虑合建变电所；负荷较大时，可考虑单独建立变电所以供电给本车间负荷及邻近散小负荷。一个车间变电所一般设置1-2台变压器，考虑到低压开关的断流能力，单台变压器容量不宜大于1250kVA三、变电所位置的确定

总降压变电所的位置应接近负荷中心，并适当靠近电源的进线方向，以便使有色金属耗量最少和线路功率及电能损耗最小。同时，还应考虑变电所周围的环境、进出线的方便和设备运输的方便。负荷指示图注：1．圆中带斜线者为动力负荷，不带斜线者为照明负荷

2．分线值为示例，分子为动力负荷，分母为照明负荷变电所出线计算负荷中心确定后可以画出负荷指示图，根据电压等级和负荷类型（动力与照明）金属材料消耗(铜,铝)总材料体积若各回路电流密度稳定计算有色金属消耗最少的可能:令:或.

极值条件:上述计算仅仅根据线路功耗最小为目标,求出变电所的最佳坐标(x,y)的位置.

实际上,变电所的位置确定还涉及到多种因素:建筑环境,进线出线的便利性,防火防爆,防腐蚀要求,安全保护程度,周边障碍,今后预测发展空间等等.总之还需要兼顾其他多方面的关系.

天津某开发区远期负荷密度如下图所示。图中不同颜色对应了不同的负荷密度范围，暖色调代表了较高的负荷密度，如粉色对应的负荷密度范围在50000kW/km2-60000kW/km2,而蓝色范围在30000kW/km2－35000kW/km2。根据负荷分布预测确定的35kV变电站站址及供电范围如图2所示。图中放射线的中心是规划的变电站，射线末端指向各个小区的负荷中心。图1

天津某开发区远期负荷密度(局部)

图2

天津某开发区远期35kV及以上变电站站址及供电范围(局部)四.变压器的选择变压器的台数,变压器的过载能力和经济运行是变压器的选择中需要棕合考虑范畴.(一)变压器的过载能力正常运行时，变压器负荷不应超过额定容量。但是变压器并非总是在最大允许的负荷下工作。在不下降寿命指标时具有一定的短期超负荷能力。

有两种超负荷运行现象。

〈1〉正常过负荷

〈2〉事故过负荷（1）正常过负荷

温度是决定负荷大小的重要因素，因为稳升太高容易引起绝缘加速老化。通常夏季处于低负荷运行；冬季允许一定的过负荷运行，但最大过负荷量<15%。为了提高变压器的过负荷能力,通常采取一些强制冷却措施.如自然循环油冷系统。变压器昼夜负荷而允许的过负荷是由变压器日运行负荷曲线的填充系数和最大负荷持续时数所决定。定义:表2-2给出填填充系数,最大负荷持续时和允许过负荷百分比之间的关系。日负荷曲线填充系数α最大负荷在下列持续时间下,变压器过负荷的百分数2h4h6h8h10h12h0.500.600.700.750.800.850.90282317.51411.584242015121073201712.5108.562161410874.5-12107.565.53-765432-表2-2自然循环油冷双绕组变压器的允许过负荷百分数参见表2-2,当测得某台变压器最大负荷100kVA,昼夜平均负荷为68kVA,则填充系数0.68(按0.7查表)变压器可在超载15%情况下连续运行4小时.(2)事故急救过负荷变压器正常过负荷情况下,绝缘老化的自然损坏率的80%,余量20%是为了满足急救过负荷而储备.当供电系统发生故障或并列运行变压器中一台发生故障运行时,另运行变压器一台可在急救过负荷下运行一段时间.表2-3给出变压器允许的事故急救过负荷数值和时间表3-3列出变压器允许的事故负荷数值与时间.

表2-3变压器急救情况下的允许过负荷百分数自然循环油浸式过负荷百分数306075100200过负荷时间/min1204520101.5干式过负荷百分数1020305060过负荷时间/min756045185(二)变压器的经济运行变压器是变电所主要耗电设备,当变电所装有两台以上变压器时,经常需要投入或切换.那么变电所的经济运行性能就是指变压器的损耗最小的运行方式.变压器的经济运行条件:有功损耗最小(此时的电能损耗最小,运行费用最低).电力变压器的功率损耗概念变压器的功率损耗可归纳为磁损和电损.

磁损耗:由于主磁通Фm在变压器内的有功和无功损耗,Фm仅与外加电压有关与负荷电流无关,所以磁损耗是一个常数.

电损耗:指负荷电流在变压器绕组中产生有功功率损耗P和无功功率损耗Q.单台变压器的有功功率损耗归算值:其中:KL:变压器的负荷率,KL=S/SNT(S:变压器的负荷);kq:功率损耗归算系数,表示供电电源到用户产生的有功功率损耗系数.

则:求极值:得到经济运行条件的经济负荷率:多台变压器的经济运行应按有功功率损耗归算值最小条件投运变压器:3.变压器的台数的选择原则(1)车间变电所:#一般生产车间尽可能用一台变压器.#如果车间一二级负荷比重大则必须采用两个电源变压器,当出现故障时可以通过联络线互相切换,保证不断电.#当车间负荷昼夜变化大向几个负荷曲线差异明显的车间供电,用一台变压器不经济.可以考虑采用两个容量一大一小的采用两个电源变压器。#特殊场合可选用多台变压器.如井下变电所遇到运输不方便,空间高度不够等原因。(2)企业总降压变电所:企业大多数负荷为三级负荷可装设一台变压器.如企业一二级负荷比重大则必须采用两个变压器,以做备用,防止一台变压器出事故或检修时另一台变压器继续承担一二级负荷.分期建设的大型企业,存在会引起电网严重波动的设备可以增设专用变压器,使得变压器台数增加.(3)两个变压器互为备用的方式<1>明备用:每台变压器按100%负荷来选择,其中一台工作,另一台备用.<2>暗备用:正常运行时,两台变压器各承担50%负荷但按70~80%负荷计算.2.变压器的容量选择变压器的额定容量是指在规定的环境温度下,露天装设的变压器在正常使用期限内所能持续输的容量(kVA).

根据国家(GB1094-79)标准规定国产变压器的使用环境温度-30~+40.C,使用寿命25年.变压器的使用寿命取决于绝缘的老化程度,这和环境温度的变化以及负荷大小有密切关系.变压器容量选择首先满足计算负荷下能长期可靠运行单台变压器：两台并列运行变压器：

SNTi：变压器额定容量；

Sc1，Sc2：一级，二级负荷的计算负荷。3-8某工厂35kV总降压变电所，拟选用两台等容量变压器，已知工厂总计算负荷为5000kVA，其中一，二级负荷容量为3500kVA，试求变压器在明备用与暗备用方式运行时的容量。五、变电所主要电气设备

一次设备是指直接生产、输送和分配电能的设备，主电路中的变压器、高压断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路以及母线等设备都属于一次设备。大体可分为五类：能量变换设备，开关设备，载流导体，互感器，电抗器与避雷器。

塑料外壳式断路器

110kV户外高压六氟化硫断路器负荷开关隔离开关BUSSMANN圆管型快速熔断器

NT低压高分断能力熔断器

电容式电压互感器

电流互感器

二次侧必须短路二次侧必须开路

对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。变电所的二次设备包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置以及远动装置等。它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。二次回路按照功用可分为控制回路、合闸回路、信号回路、测量回路、保护回路以及远动装置回路等；按照电路类别分为直流回路、交流回路和电压回路。反映二次接线间关系的图称为二次回路图。二次回路的接线图按用途可分为原理接线图、展开接线图和安装接线图3种形式。第四节变电所的电气主接线一、电气主接线及其要求

电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路，主接线图应表示出所有的电气设备及其连接关系。由于三相交流电力装置中三相连接方法相同，为清晰起见，主接线图通常只表示电气装置的一相连接，因而主接线图也称为单线图。安全、可靠、灵活、经济是对变电所主接线的基本要求。

安全包括设备安全和人身安全。因此，电气设计必须遵照国家标准和电气设计规范，正确设计电气回路，合理选择电气设备，严格配置正常监视系统和故障保护系统，全面考虑各种保障人身安全的技术措施。

可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。提高供电可靠性的途径很多，例如，设置备用电源并采用备用电源自动投入装置、多路并联供电等。电气设备是供电系统中最薄弱的元件，为了使供电系统工作可靠，接线方式应力求简单清晰，减少电气设备的数目。

灵活就是在保障安全可靠的前提下，主接线能够适应不同的运行方式。例如负荷较轻时，能方便地切除不必要的变压器，而在负荷增大时，又能方便地投入，以利于经济运行。检修时操作简单，不致中断供电等。

经济是在满足以上要求的前提下，尽量降低建设投资和年运行费用。但是，在投资增加不多或经济许可的情况下，应尽量提高供电可靠性，减少停电损失。二、母线制

母线是从配电变压器或电源进线到各条馈出线路之间的电气主干线，它起着从电源接收电能和给各馈出线分配电能的作用。母线制是指电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制。1．单母线制图2-12单母线制

单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或直接连接于母线上的任一开关发生故障或检修时，全部负荷都将中断供电2．单母线分段制

单母线分段制在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高，可满足二类负荷和部分一类负荷的供电要求。当双回路同时供电时，母线分段开关正常是打开的，一条回路故障或一段母线故障将不影响另一段母线的正常供电。此外，检修亦可采用分段检修方式，不致使全部负荷供电中断。单母线分段的缺点是，某分段上的母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的负荷将中断供电，而且电源只能通过一回进线供电，供电功率较低。单母线分段制a)用隔离开关分段b)用断路器分段3．双母线制双母线制

双母线制的优点有：①轮流检修母线或母线隔离开关，不致引起供电中断；②在工作母线发生故障时，通过备用母线能迅速恢复供电。

双母线制的缺点：开关数目增多，联锁机构复杂，切换操作繁琐，造价高。对用户供电系统不推荐采用双母线制。三、总降压变电所的主接线

用户供电系统中，总降压变电所的常用电气主接线可概括为两类：线路变压器组方式和桥形接线方式。1.线路—变压器组接线线路—变压器组接线方式

线路变压器组接线方式的共同特点：一回电源进线经过一台主降压变压器供电到厂内配电母线上。图2-16双回线路变压器组接线方式

当用户有两回电源进线时，可采用双回线路一变压器组接线配以单母线分段制，用于对一、二级负荷供电，如图2-16所示。如继电保护和自动装置无要求，母线分段开关可仅设隔离开关。但是某一回路中任意元件发生故障，则该回路中其他元件无法正常工作，因此线路或者变压器得不到充分利用，可采用桥型接线补救。2．桥形接线图2-17桥形接线方式a)内桥接线b)外桥接线

桥形接线可用于给一、二级负荷供电。内桥接线适用于线路较长或不需经常切换变压器的情况，而外桥接线适用于供电线路较短或需要经常切换变压器的情况。桥形接线线路复杂，高压设备多，操作不便，投资大，在用户供电系统中应用很少。四、10(6)kV配电所的主接线

配电所是用户电能的中转站。10(6)kV配电所(或总降压变电所的配电部分)接收来自电源或总降压变压器的电能并分配给各馈出线的用户，每个配电所的馈出线路一般不少于4~5回。此外，在配电母线上常设有电压互感器、避雷器、静电电容器、所用变压器等。配电所的配电母线可以是单母线或单母线分段制。(1)10(6)kV电源进线配电所10(6)kV电源进线的接线方式(2)10(6)kV馈出线配电所10(6)kV馈出线的接线方式五、10(6)kV变电所的主接线10(6)kV变电所供电线路往往较短，并考虑环境美化因素，常采用电缆配电。由电缆供电的10(6)kV变电所典型主接线当10(6)kV变电所由架空线供电时图2-21由架空线供电的10(6)kV变电所典型主接线图2-22变电所低压馈出线的典型接线方式六、变电所主接线的绘制

变电所主接线图应说明：①电源电压、电源进线回路数和线路结构；②变电所的接线方式和运行方式；③高压开关柜和低压配电屏的类型和电路方案；④高低压电气设备的型号及规格；⑤各条馈出线的回路编