供配电技术(第3版)第四章

第四章变配电所及其一次系统内容：供电系统的组成、电气设备、供配电电压，变电所的配置，变压器台数和容量，主接线，变电所的布置和结构。重点:供配电系统的电压选择、变电所位置的确定、变配电所的一次设备和主接线图，以及变电所的布置和结构。第四章变配电所及其一次系统§4.1电压的选择§4.2变电所的配置§4.3变压器的选择§4.4变电所主要电气设备§4.5变配电所主接线§4.6变电所的布置和结构小结思考题与习题4.1电压的选择4.1.1供电电压的确定供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。究竟采用哪一级供电电压，主要取决于以下三个方面因素。（1）电力部门所能提供的电源电压。（2）企业负荷大小及距离电源线路远近。（3）企业大型设备的额定电压决定了企业的供电电压。4.1.2配电电压的确定配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。由用户总降压变电所向高压用电设备配电的配电电压，称为高压配电电压；由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的配电电压，称为低压配电电压。（1）高压配电电压高压配电电压通常采用10KV和6KV，一般情况下，优先采用10KV高配电电压。（2）低压配电电压我国规定低压配电电压等级为220V/380V，但在石油、化工及矿山可以采用660V的配电电压。4.2变电所的配置4.2.1变电所的类型变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分。变电所按其在供配电系统中的地位和作用分为总降压变电所、10kV变电所、车间变电所、杆上变电所、建筑物及高层建筑物变电所。1.总降压变电所35～110/6～10kV用户是否要设置总降压变电所，是由地区供电电源的电压等级和企业负荷大小及分布情况定。对大中型用户，由于负荷较大，往往采用35KV（或以上）供电，再降压至10kV或6kV，向各车间变电所和高压用电设备配电，这种降压变电所称为总降压变电所。2.10kV变电所设置10kV变电所主要是因为相邻几个车间负荷较大，将变电所建到某一车间不适宜；或由于车间环境的限制，如制药车间、化工车间之间由于管道较多或有腐蚀性气体、易燃易爆气体等环境限制，必须建立独立变电所；或中小型用户负荷不太大，建立一个用户独立变电所，向负荷供电。3.车间变电所6～10/0.4/0.23kV①车间附设变电所附设变电所是利用车间的一面或两面墙壁，而其变压器室的大门朝外开，如图4-1所示。车间附设变电所又分内附式和外附式。②车间内变电所车间内变电所位于车间内的单独房间内。4.建筑物及高层建筑物变电所建筑物及高层建筑物变电所是民用建筑中经常采用的变电所形式。高层建筑物多采用楼内建筑物变电所，置于高层建筑物的地下室或中间某层；地下室和高层；地下室、中间某层和高层。变压器一律采用干式变压器。5.杆上变电所变电器安装在室外电杆上，适用于315KVA及以下变压器，常用于居民区、用电负荷小的用电单位。6.箱式变电所4.2.2变电所的位置确定变电所的位置选择应根据选择原则，从安全、经济、方便等方面来综合考虑，经技术、经济比较后确定。1．变电所位置选择的原则（1）靠近负荷中心；（2）进出线方便，考虑电源的进线方向，偏向电源侧；（3）不应防碍企业的发展，要考虑扩建的可能性；（4）设备运输方便；（5）不宜设在污秽或有腐蚀性气体的场所；（6）屋外配电装置与其他建筑物，构筑物之间防火间距符合规定；（7）建筑物，变压器及屋外配电装置应与附近冷却塔或喷泉水池距离符合规定；3．负荷中心的确定（1）负荷指示图负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上。各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷“重心”（负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。由车间的计算负荷得负荷圆的半径r为式中K为负荷圆的比例（kW/mm2）,Pc为计算负荷。（2）按负荷功率矩法确定负荷中心设有负荷P1、P2、P3，如图示。它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为P1（x1，y1）、P2（x2，y2）、P3（x3，y3）。现假设总负荷的负荷中心位于坐标P（x，y）处。负荷中心的坐标为：按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率和位置，而未考虑各负荷的工作时间,因而负荷中心被认为是固定不变的。（3）按负荷电能矩法确定负荷中心事实上，各负荷的工作时间不同，因而负荷中心不可能是固定不变的，负荷中心不只是与各负荷的功率有关，而且与各负荷的工作时间有关，因而提出了负荷电能矩来确定负荷中心的方法。类似负荷功率矩法的公式，按负荷电能矩法确定负荷中心的公式为式中，Pi为各负荷的有功计算负荷；Ai为各负荷的年有功电能消耗量ti为各负荷在同一时间内的实际工作时间，应采用各负荷的年最大负荷利用小时。图4-3企业变配电所和负荷指示图4.3变压器的选择4.3.1变压器型号的选择变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。1.变压器的分类（1）按绝缘介质分：油浸式；干式（2）按调压方式分：有载调压；无载调压（3）按相数分：单相；三相（4）按导线分：铜芯；铝芯（5）按冷却方式分：自冷；风冷；强冷2.型号及含义：3.变压器型号的选择根据使用要求和工作环境选择变压器型号,应选用低损耗节能型变压器（S10系列或S11系列）；对于高层建筑、地下建筑等对消防要求较高场所应采用干式电力变压器（SC10，SG11系列）；对电网电压波动较大、电能质量要求较高时,采用有载调压电力变压器（SZ10系列）。4.3.2变压器台数和容量的确定安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器（简称主变），安装在6~10（20）KV变电所的变压器常叫做配电变压器（简称配变）。1．总降变电所变压器台数和容量的确定（1）变压器台数的确定①满足负荷对供电可靠性的要求,Ⅰ、Ⅱ级负荷比较大时,选择2台主变压器。②季节性负荷或昼夜负荷比较大时，宜采用经济运行方式,技术经济合理时，可设2台主变。③三级负荷一般选择一台主变压器，如果负荷较大时，也可选择两台主变压器。有少量Ⅰ、Ⅱ级负荷可从邻近取得低压备用电源，可设1台主变压器。（2）容量：①1台变压器：SN=(1.15～1.4)SC②2台变压器：SN=(0.6～0.7)SCSN≥SC（Ⅰ+Ⅱ）2．车间变电所的变压器台数和容量的确定（1）台数：对于二，三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。对一，二级负荷较大的车间，采用两回路独立进线，设置两台变压器。（2）容量：①1台变压器：SN≥SC②2台变压器：SN=(0.6～0.7)SCSN≥SC（Ⅰ+Ⅱ）③单台容量不宜超过1000KVA例4-1某一10/0.4kV车间变电所，总计算负荷为1350kVA，其中一、二级负荷680kVA。选择变压器的台数和容量。解：该车间变电所有一、二级负荷，故宜选择两台变压器。任一台变压器单独运行时，要满足60%~70%的负荷，即SN=（0.6~0.7）×1350kVA=810kVA~954kVA且任一台变压器应满足SN≥680kVA因此，可选两台容量均为1000kVA的变压器，具体型号为S11-1000/10。返回4.3.3变压器的实际容量和过负荷能力1.变压器的实际容量电力变压器的额定容量，是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内（一般规定为20年）连续输出的最大视在功率。一般规定，如果变压器安装地点的年平均气温θ0.av≠20，则年平均气温每升高，变压器的容量应相应减小1％。因此变压器的实际容量应计入一个温度校正系数Kθ。对室外变压器其实际容量为：式中SN.T为变压器的额定容量。对室内变压器其实际容量为：2.变压器的正常过负荷能力对于油浸式变压器，其允许过负荷包括以下两部分：(1）由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷,由日负荷率和最大负荷持续时间确定；(2）由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷，夏季每低1%，冬季可过负荷1%，但不得超过15%。以上两部分过负荷同时考虑，室外变压器过负荷不得超过30%，室内变压器过负荷不得超过20%。干式变压器一般不考虑正常过负荷。3.变压器的故障过负荷能力在事故情况下，允许短时间较大幅度的过负荷运行，而不论故障前负荷大小，但运行时间不得超过规定时间。4.4变电所常用的电气设备4.4.1高压断路器1.作用：正常工作时断开和接通负荷电流；短路时断开短路电流。2.图形符号：3.文字符号：QF4.型号：5.种类和结构①高压真空断路器②SF6断路器③SN10-10型高压少油断路器图4-5ZN28-12真空断路器外形图1-面板2-真空灭弧室图4-7真空断路器灭弧室结构1-静导电杆2-静端盖3-静触头4-屏蔽罩5-动触头4.4.2高压隔离开关1.作用：正常时隔离电源，保证人身和设备安全。2.图形符号：3.文字符号：QS4.型号：5.种类和结构户内式：GN19-12户外式：GW4-40.5图4-8GN19-12高压隔离开关的外形1-支柱绝缘子2-闸刀3-框架4-转轴4.4.3高压负荷开关1.作用：通断负荷电流和过负荷电流。2.图形符号：3.文字符号：QL4.型号：4.4.4高压熔断器1.作用：过载、短路保护。2.图形符号：3.文字符号：FU4.型号：5.种类和结构（1）RN系列RN1型用于电力变压器和电力线路短路保护，RN2型用于电压互感器的短路保护。主要由熔管、触头座、动作指示器、绝缘子和底板构成。熔管一般为瓷质管，熔丝由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状，熔丝埋放在石英砂中，熔丝上焊有小锡球。（2）RW系列用于配电变压器或电力线路的短路保护和过负荷保护。其结构主要由上静触头、上动触头、熔管、熔丝、下动触头、下静触头、瓷安装板等组成。图4-10XRNT型熔断器外形结构1-瓷质管2-金属管帽3-弹性触座4-接线端子5-绝缘子6-底座图4-12RW10-12型跌开式熔断器外形结构1-管帽2-操作环3-熔断器4-动触头5-静触头6-下接线端子7-固定安装板8-绝缘瓷瓶4.4.5互感器1.作用：(1)将高电压、高电流变换成低电压、小电流供仪表、继电器使用；(2)隔离电源保证人身、仪表安全；(3)使仪表、继电器制造标准化。2.电流互感器(1）图形符号：(2）文字符号：TA(3）型号：(4）工作原理：一、二次饶组与一、二次电路串联，工作时接近于短路状态。电流互感器的变流比用Ki表示，则图4-15LZZBJ9-12外形结构(5）接线方式①一相式接线B相装一个电流互感器，如图4-14a所示。能测量一相电流，用于三相负荷平衡系统，供测量电流和过负荷保护。②两相式接线这种接线也叫不完全星形接线，如图4-14b所示。能测量三个相电流，公共线上的电流为，广泛用于中性点不接地系统，测量三相电流、电能及作过电流保护之用。③两相电流差接线这种接线又叫两相一继电器式接线，如图4-14c所示。流过电流继电器线圈的电流为两相电流之差，其量值是相电流的倍。适用于中性点不接地系统，作过电流保护之用。④三相星形接线由于每相均装有互感器，能反映各相电流，广泛用于三相不平衡高压或低压系统中，作三相电流、电能测量及过电流保护之用，如图4-14d所示。（6）电流互感器的主要性能①准确级电流互感器测量线圈的准确级设为0.1、0.2、0.5、1、3、5六个级别（数值越小越精确），保护用的互感器或线圈的准确级一般为５Ｐ和10Ｐ级两种。准确级的含义是：在额定频率下，二次负荷为额定负荷的25%～100%之间，功率因数为0.8时，各准确级的电流误差和相位误差不超过规定的限值。在上述条件下，０.1级电流误差为0.1%，保护用电流互感器５Ｐ、10Ｐ级的电流误差分别为1%和3%，其复合误差分别为5%和10%。②线圈铁芯特性测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和,以限制二次电流的增长倍数，保护仪表。保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和，二次电流与一次电流成比例增长，以保证灵敏度要求。③变流比与二次额定负荷电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择。二次绕组都规定了额定负荷，二次绕组