供配电系统学习讲义

第二节 变电所位置的确定
一、变电所的类型
变电所是接受、变换、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、独立变电所、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 ）
①企业规模不太大，车间或生产厂房布局比较集中， 设一个总降压变电所 ；
②不含碳（C）元素，对于灭弧和绝缘介质来说，具 有极为优越的特性。
③不含氧（O）元素，不存在触头氧化问题。
④具有优良的电绝缘性能，在电流过零时，电弧暂时 熄灭后，SF6能迅速恢复绝缘强度，从而使电弧很快 熄灭 。
⑤在电弧的高温作用下，SF6会分解出氟（F2），具 有较强的腐蚀性和毒性
⑥能与触头的金属蒸汽化合为一种具有绝缘性能的白 色粉末状的氟化物。
（2） 容量： ①单台变压器容量的确定
单算台负变荷压Sc，器留其有额余定量容，量并SN考应虑能变满压足器全的部经用济电运设行备，的即计： SN = (1.15～1.4) SC
②2台变压器容量的确定 任意一台主变压器容量SN应同时满足下列两个条件： 任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的 60%~70%的要求。
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 （6）按用途分又可分为普通变压器和特种变压器。
2.型号及含义：
如S9-1000/10表示三相铜绕组油浸式（自冷式）变压 器，设计序号为9，容量为1000 kVA，高压绕组额定 电压为10 kV。
②企业规模较大，且有两个或以上的集中大负荷用电车 间群，而彼此之间相距又较远时，设立两个或两个以上 的总降压变电所。
2. 独立变电所 （6～10/0.4/0.23kV ）
设置独立变电所的原因
（1）相邻几个车间负荷大，将变电所建到某一车间不 适宜；
（2）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；
SN=（0.6~0.7）Sc 任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二 级负荷SC（Ⅰ+Ⅱ）的需要 SN ≥ SC（Ⅰ+Ⅱ）
③考虑负荷发展留有一定的容量裕度
2．车间变电所变压器台数和容量的确定
（1） 台数： ①同总降变电所 ②负荷不大时视负荷大小及距邻近车间变电所的距
离决定是否设车间变电所。
由邻近车间变电所供电的容量和距离
2．车间变电所位置选择的原则
在计算得出车间总计算负荷的基础上，按分散布置 并接近负荷中心的原则确定车间变电所的位置，便于低 压电网的备用联络。同时车间变电所位置选择还要考虑： 进出线方便；靠近电源测；运输方便等。
变电所选址尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基 本原则，可以按负荷矩法确定负荷中心。 3．负荷中心确定 负荷中心可以用负荷指示图或负荷矩的计算法近似确定。
3.变压器型号的选择原则
（1）在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的 场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；
（2）供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电 所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、SL9、S10M、S11、S11-M等）；
（3）对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单 位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器 （SC、 SCZ、SCL 、SG3、 SG10、 SC6等）；
（1）靠近负荷中心； （2）考虑电源的进线方向，偏向电源侧； （3）进出线方便； （4）设备运输方便； （5）不应防碍企业的发展，要考虑扩建的可能性； （6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所； （7）不应设在有剧烈震动和高温场所； （8）不应设在地势低洼和可能积水的场所； （9）不应设在有爆炸危险区域。
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．变压器正常过负荷 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%。
第一节 电压的选择
一、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。我国目前所用的供电电压为110kV、35kV、 10kV、6kV。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） 用户负荷大小及距离电源线路远近。 （3） 用户大型设备的额定电压决定了企业的供电电 压。
（1） 变压器台数的确定：1~2台
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。
二、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 （1）一般情况下,优先采用10kV作厂内高压配电电压。 （2）对于有6kV设备的企业，如化工、制药厂等 ： 若6kV设备容量较大时，采用6kV厂内高压配电电压；
（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。
解：根据车间变电所变压器台数及容量选择要求，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）×1350kV A=810kV A~945 kV A
且任一台变压器应满足SN≥680 kV A
因此，可选两台容量均为1000 kV A的变压器，具体型 号为S9-1000/10
（4）对电网电压波动较大，为改善电能质量采用有载 调压电力变压器(SLZ7、 SZ7、 SFSZ 、SGZ3等)。
二、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6~10KV/0.4KV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
（2）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。
若6kV设备容量较小时，高压配电电压采用10kV。6kV 设备采用10/6kV变压器供电。
(3)如果厂区环境条件允许也可采用35kV作为高压配 电电压深入负荷中心的直配方式,将35kV直接降为 380V供电。
2.低压配电电压
我国规定低压配电电压等级为380V/220V，但在石油、 化工及矿山（井）场所可以采用660V的配电电压。
应用场合：适用于需频繁操作及有易燃易爆危险 的场所，要求加工精度高，对其密封性能要求更 严。
3）真空断路器
利用 “真空”作为绝缘和灭弧介质。
真空断路器有落地式、悬挂式、手车式三种形式。
二、高压隔离开关
文字符号：QS
图形符号：
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。
第四节 变电所主要电器设备
一、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：QF 4、型号：
三、变压器容量和过负荷能力 1．变压器的容量
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 。
（2） 容量： ① 1台变压器：SN ≥ SC ② 2台变压器：SN = (0.6～0.7) SC SN ≥ SC（Ⅰ+Ⅱ） ③ 单台容量不宜超过1000KVA
计算负荷（kVA） 180 240 320 320以上
320 供电最大距离（m） 230 175 单独设变电所
例4-1 某一车间变电所（10kV/0.4 kV），总计算负 荷为1350 kVA，其中一、二级负荷680kVA。试选择变 压器的台数和容量。
需要指出由于负荷中心原则并不是确定变电所 位置的惟一因素，且负荷中心也是会随机变动的， 大多数工厂变电所的位置都是靠近负荷中心偏向电 源侧。
第三节 变压器的选择
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。
一、变压器型号选择 文字符号：T 图形符号（双绕组变压器）：
层建筑物的辅助建筑物内，变压器采用油浸式变压器。
5. 柱上（或杆上）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。
二、变电所的位置选择
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．总降压变电所位置选择的原则
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。
①楼内建筑物变电所
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。铁芯和绕组都不浸在 油中称干式
②辅助建筑物变电所 与独立变电所相似，辅助建筑物变电所置于离开高
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5、种类和结构
1）SN10-10型高压少油断路器 SN10-10型少油断路器按断流容量分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。 Ⅰ型，断流容量Soc为300MVA，Ⅱ型为500MVA；Ⅲ型为 750MVA。 油仅作灭弧介质。 2）SF6 断路器 利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。 SF6特点：①无色、无味、无毒且不易燃烧，在150℃ 以下时，其化学性能相当稳定。
第四章 供配电系统
供配电系统主要解决：（1）供配电电压的确定； （2）变电所的配置和位置选择； （3）变压器的台数 和容量的确定；（4）变电所主接线的确定；（5）配 电方式的确定。
第一节 电压的选择 第二节 变电所位置的确定 第三节 变压器的选择 第四节 变电所主要电器设备 第五节 变电所主接线 第六节 变电所的布置和结构
（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。
（3）中小型企业负荷不太大，建立一个全厂独立 变电所，向全厂各车间供电。
3. 车间变电所 （6～10/0.4/0.23kV）
①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。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