第三節(jié)變電所的設(shè)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(shè)備或用電設(shè)備組配電。

用戶變電所按電壓等級(jí)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）。總降壓變電所將進(jìn)線35~110kV降為6~10kV，配電給10(6)kV變壓器或高壓用電設(shè)備，然后由10(6)kV變電所再次降壓為380/220V供給低壓用電設(shè)備。如果進(jìn)線電壓為10(6)kV，則可在用戶區(qū)內(nèi)設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(luò)的高壓進(jìn)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(guò)一次降壓，以6~10kV電壓向車間變電站或高壓設(shè)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(shè)備供電。

高低壓開關(guān)、供配電線路和測(cè)量保護(hù)設(shè)備等是變電所中的主要電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)著電能的控制與分配和供電系統(tǒng)的監(jiān)視與保護(hù)。

安全、可靠、合理、經(jīng)濟(jì)是對(duì)用戶供電系統(tǒng)的基本要求，也是對(duì)用戶變電所的要求。變電所的設(shè)計(jì)要保證操作人員安全和供用電設(shè)備安全，變電所的設(shè)置要滿足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，同時(shí)，既要考慮用戶用電負(fù)荷進(jìn)一步發(fā)展的需要，又要努力降低建設(shè)投資和年運(yùn)行費(fèi)用。二、變電所的設(shè)置1．總降壓變電所或總配電所

當(dāng)用戶供電電壓為35kV及以上時(shí)，一般應(yīng)考慮設(shè)置總降壓變電所。對(duì)于以35kV供電的用戶，若用戶沒(méi)有高壓用電設(shè)備，為簡(jiǎn)化供電系統(tǒng)，減少投資和電能損耗，在周圍環(huán)境允許時(shí)，也可以不設(shè)總降壓變電所，而以35／0.4kV的變壓器直接向負(fù)荷供電?？偨祲鹤冸娝梢栽O(shè)置1~2臺(tái)降壓變壓器。當(dāng)供電電壓為10(6)kV且有多臺(tái)高壓用電設(shè)備或10(6)kV變電所較多時(shí)，宜設(shè)置總配電所。對(duì)負(fù)荷不大的小型用戶，可將總配電所與某個(gè)10(6)kV變電所合并，擴(kuò)充為變配電所，或僅設(shè)一個(gè)獨(dú)立式變電所。2．車間變電所

主要取決于車間負(fù)荷的大小、車間之間的距離、各車間之間的工藝聯(lián)動(dòng)要求及經(jīng)濟(jì)效果。負(fù)荷較小時(shí)，可考慮合建變電所；負(fù)荷較大時(shí)，可考慮單獨(dú)建立變電所以供電給本車間負(fù)荷及鄰近散小負(fù)荷。一個(gè)車間變電所一般設(shè)置1-2臺(tái)變壓器，考慮到低壓開關(guān)的斷流能力，單臺(tái)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(yīng)接近負(fù)荷中心，并適當(dāng)靠近電源的進(jìn)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(shí)，還應(yīng)考慮變電所周圍的環(huán)境、進(jìn)出線的方便和設(shè)備運(yùn)輸?shù)姆奖?。?fù)荷指示圖注：1．圓中帶斜線者為動(dòng)力負(fù)荷，不帶斜線者為照明負(fù)荷

2．分線值為示例，分子為動(dòng)力負(fù)荷，分母為照明負(fù)荷變電所出線計(jì)算負(fù)荷中心確定后可以畫出負(fù)荷指示圖，根據(jù)電壓等級(jí)和負(fù)荷類型（動(dòng)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(jì)算有色金屬消耗最少的可能:令:或.

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

實(shí)際上,變電所的位置確定還涉及到多種因素:建筑環(huán)境,進(jìn)線出線的便利性,防火防爆,防腐蝕要求,安全保護(hù)程度,周邊障礙,今后預(yù)測(cè)發(fā)展空間等等.總之還需要兼顧其他多方面的關(guān)系.

天津某開發(fā)區(qū)遠(yuǎn)期負(fù)荷密度如下圖所示。圖中不同顏色對(duì)應(yīng)了不同的負(fù)荷密度范圍，暖色調(diào)代表了較高的負(fù)荷密度，如粉色對(duì)應(yīng)的負(fù)荷密度范圍在50000kW/km2-60000kW/km2,而藍(lán)色范圍在30000kW/km2－35000kW/km2。根據(jù)負(fù)荷分布預(yù)測(cè)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(gè)小區(qū)的負(fù)荷中心。圖1

天津某開發(fā)區(qū)遠(yuǎn)期負(fù)荷密度(局部)

圖2

天津某開發(fā)區(qū)遠(yuǎn)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(tái)數(shù),變壓器的過(guò)載能力和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是變壓器的選擇中需要棕合考慮范疇.(一)變壓器的過(guò)載能力正常運(yùn)行時(shí)，變壓器負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)額定容量。但是變壓器并非總是在最大允許的負(fù)荷下工作。在不下降壽命指標(biāo)時(shí)具有一定的短期超負(fù)荷能力。

有兩種超負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)象。

〈1〉正常過(guò)負(fù)荷

〈2〉事故過(guò)負(fù)荷（1）正常過(guò)負(fù)荷

溫度是決定負(fù)荷大小的重要因素，因?yàn)榉€(wěn)升太高容易引起絕緣加速老化。通常夏季處于低負(fù)荷運(yùn)行；冬季允許一定的過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，但最大過(guò)負(fù)荷量<15%。為了提高變壓器的過(guò)負(fù)荷能力,通常采取一些強(qiáng)制冷卻措施.如自然循環(huán)油冷系統(tǒng)。變壓器晝夜負(fù)荷而允許的過(guò)負(fù)荷是由變壓器日運(yùn)行負(fù)荷曲線的填充系數(shù)和最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)數(shù)所決定。定義:表2-2給出填填充系數(shù),最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)和允許過(guò)負(fù)荷百分比之間的關(guān)系。日負(fù)荷曲線填充系數(shù)α最大負(fù)荷在下列持續(xù)時(shí)間下,變壓器過(guò)負(fù)荷的百分?jǐn)?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(guò)負(fù)荷百分?jǐn)?shù)參見表2-2,當(dāng)測(cè)得某臺(tái)變壓器最大負(fù)荷100kVA,晝夜平均負(fù)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(yùn)行4小時(shí).(2)事故急救過(guò)負(fù)荷變壓器正常過(guò)負(fù)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(guò)負(fù)荷而儲(chǔ)備.當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障或并列運(yùn)行變壓器中一臺(tái)發(fā)生故障運(yùn)行時(shí),另運(yùn)行變壓器一臺(tái)可在急救過(guò)負(fù)荷下運(yùn)行一段時(shí)間.表2-3給出變壓器允許的事故急救過(guò)負(fù)荷數(shù)值和時(shí)間表3-3列出變壓器允許的事故負(fù)荷數(shù)值與時(shí)間.

表2-3變壓器急救情況下的允許過(guò)負(fù)荷百分?jǐn)?shù)自然循環(huán)油浸式過(guò)負(fù)荷百分?jǐn)?shù)306075100200過(guò)負(fù)荷時(shí)間/min1204520101.5干式過(guò)負(fù)荷百分?jǐn)?shù)1020305060過(guò)負(fù)荷時(shí)間/min756045185(二)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行變壓器是變電所主要耗電設(shè)備,當(dāng)變電所裝有兩臺(tái)以上變壓器時(shí),經(jīng)常需要投入或切換.那么變電所的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能就是指變壓器的損耗最小的運(yùn)行方式.變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件:有功損耗最小(此時(shí)的電能損耗最小,運(yùn)行費(fèi)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(wú)功損耗,Фm僅與外加電壓有關(guān)與負(fù)荷電流無(wú)關(guān),所以磁損耗是一個(gè)常數(shù).

電損耗:指負(fù)荷電流在變壓器繞組中產(chǎn)生有功功率損耗P和無(wú)功功率損耗Q.單臺(tái)變壓器的有功功率損耗歸算值:其中:KL:變壓器的負(fù)荷率,KL=S/SNT(S:變壓器的負(fù)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(jì)運(yùn)行條件的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率:多臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)按有功功率損耗歸算值最小條件投運(yùn)變壓器:3.變壓器的臺(tái)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(tái)變壓器.#如果車間一二級(jí)負(fù)荷比重大則必須采用兩個(gè)電源變壓器,當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以通過(guò)聯(lián)絡(luò)線互相切換,保證不斷電.#當(dāng)車間負(fù)荷晝夜變化大向幾個(gè)負(fù)荷曲線差異明顯的車間供電,用一臺(tái)變壓器不經(jīng)濟(jì).可以考慮采用兩個(gè)容量一大一小的采用兩個(gè)電源變壓器。#特殊場(chǎng)合可選用多臺(tái)變壓器.如井下變電所遇到運(yùn)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(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷可裝設(shè)一臺(tái)變壓器.如企業(yè)一二級(jí)負(fù)荷比重大則必須采用兩個(gè)變壓器,以做備用,防止一臺(tái)變壓器出事故或檢修時(shí)另一臺(tái)變壓器繼續(xù)承擔(dān)一二級(jí)負(fù)荷.分期建設(shè)的大型企業(yè),存在會(huì)引起電網(wǎng)嚴(yán)重波動(dòng)的設(shè)備可以增設(shè)專用變壓器,使得變壓器臺(tái)數(shù)增加.(3)兩個(gè)變壓器互為備用的方式<1>明備用:每臺(tái)變壓器按100%負(fù)荷來(lái)選擇,其中一臺(tái)工作,另一臺(tái)備用.<2>暗備用:正常運(yùn)行時(shí),兩臺(tái)變壓器各承擔(dān)50%負(fù)荷但按70~80%負(fù)荷計(jì)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(shè)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(guó)家(GB1094-79)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定國(guó)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(fù)荷大小有密切關(guān)系.變壓器容量選擇首先滿足計(jì)算負(fù)荷下能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行單臺(tái)變壓器：兩臺(tái)并列運(yùn)行變壓器：

SNTi：變壓器額定容量；

Sc1，Sc2：一級(jí)，二級(jí)負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷。3-8某工廠35kV總降壓變電所，擬選用兩臺(tái)等容量變壓器，已知工廠總計(jì)算負(fù)荷為5000kVA，其中一，二級(jí)負(fù)荷容量為3500kVA，試求變壓器在明備用與暗備用方式運(yùn)行時(shí)的容量。五、變電所主要電氣設(shè)備

一次設(shè)備是指直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，主電路中的變壓器、高壓斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器、電抗器、并聯(lián)補(bǔ)償電力電容器、電力電纜、送電線路以及母線等設(shè)備都屬于一次設(shè)備。大體可分為五類：能量變換設(shè)備，開關(guān)設(shè)備，載流導(dǎo)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(fù)荷開關(guān)隔離開關(guān)BUSSMANN圓管型快速熔斷器

NT低壓高分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥?/p>

電容式電壓互感器

電流互感器

二次側(cè)必須短路二次側(cè)必須開路

對(duì)一次設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的輔助電氣設(shè)備稱為二次設(shè)備。變電所的二次設(shè)備包括測(cè)量?jī)x表、控制與信號(hào)回路、繼電保護(hù)裝置以及遠(yuǎn)動(dòng)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(hào)回路、測(cè)量回路、保護(hù)回路以及遠(yuǎn)動(dòng)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(guān)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(shè)備的主要電路，主接線圖應(yīng)表示出所有的電氣設(shè)備及其連接關(guān)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(jì)是對(duì)變電所主接線的基本要求。

安全包括設(shè)備安全和人身安全。因此，電氣設(shè)計(jì)必須遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，正確設(shè)計(jì)電氣回路，合理選擇電氣設(shè)備，嚴(yán)格配置正常監(jiān)視系統(tǒng)和故障保護(hù)系統(tǒng)，全面考慮各種保障人身安全的技術(shù)措施。

可靠就是變電所的主接線應(yīng)能滿足各級(jí)負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。提高供電可靠性的途徑很多，例如，設(shè)置備用電源并采用備用電源自動(dòng)投入裝置、多路并聯(lián)供電等。電氣設(shè)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(yīng)力求簡(jiǎn)單清晰，減少電氣設(shè)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(yīng)不同的運(yùn)行方式。例如負(fù)荷較輕時(shí)，能方便地切除不必要的變壓器，而在負(fù)荷增大時(shí)，又能方便地投入，以利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。檢修時(shí)操作簡(jiǎn)單，不致中斷供電等。

經(jīng)濟(jì)是在滿足以上要求的前提下，盡量降低建設(shè)投資和年運(yùn)行費(fèi)用。但是，在投資增加不多或經(jīng)濟(jì)許可的情況下，應(yīng)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(jìn)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(jìn)線與各饋出線之間的連接方式。常用母線制主要有三種：?jiǎn)文妇€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(guān)發(fā)生故障或檢修時(shí)，全部負(fù)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(fù)荷和部分一類負(fù)荷的供電要求。當(dāng)雙回路同時(shí)供電時(shí)，母線分段開關(guān)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(fù)荷供電中斷。單母線分段的缺點(diǎn)是，某分段上的母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時(shí)，該段母線上的負(fù)荷將中斷供電，而且電源只能通過(guò)一回進(jìn)線供電，供電功率較低。單母線分段制a)用隔離開關(guān)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(diǎn)有：①輪流檢修母線或母線隔離開關(guān)，不致引起供電中斷；②在工作母線發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)備用母線能迅速恢復(fù)供電。

雙母線制的缺點(diǎn)：開關(guān)數(shù)目增多，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)復(fù)雜，切換操作繁瑣，造價(jià)高。對(duì)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(diǎn)：一回電源進(jìn)線經(jīng)過(guò)一臺(tái)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(dāng)用戶有兩回電源進(jìn)線時(shí)，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(duì)一、二級(jí)負(fù)荷供電，如圖2-16所示。如繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置無(wú)要求，母線分段開關(guān)可僅設(shè)隔離開關(guān)。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(wú)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(bǔ)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(jí)負(fù)荷供電。內(nèi)橋接線適用于線路較長(zhǎng)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(fù)雜，高壓設(shè)備多，操作不便，投資大，在用戶供電系統(tǒng)中應(yīng)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(zhuǎn)站。10(6)kV配電所(或總降壓變電所的配電部分)接收來(lái)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(gè)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(shè)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(jìn)線配電所10(6)kV電源進(jìn)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(dāng)10(6)kV變電所由架空線供電時(shí)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(yīng)說(shuō)明：①電源電壓、電源進(jìn)線回路數(shù)和線路結(jié)構(gòu)；②變電所的接線方式和運(yùn)行方式；③高壓開關(guān)柜和低壓配電屏的類型和電路方案；④高低壓電氣設(shè)備的型號(hào)及規(guī)格；⑤各條饋出線的回路編