毕业设计21精细化工厂高配所及全厂配电系统的设计
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机械机电毕业设计论文
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毕业设计21精细化工厂高配所及全厂配电系统的设计,机械机电毕业设计论文
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1 第 1章 概述 “电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。掌握工厂电力负荷的基本概念，准确地确定工厂的计算负荷是设计供配电系统的基础。 1.1 电力负荷的分级 按 GB50052-1995供配电系统设计规范规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级： 一级负荷 (first order load) 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报 废、使用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。 一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。 二级负荷 (second order load) 二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。二级负荷要求由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在同一变电所），在其中一条回路或一台变压 器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。 三级负荷 (third order load) 三级负荷为一般负荷 ， 指所有不属于上述一、二级负荷者。 1. 2 负荷计算的目的和意义 供 配电系统要在正常条件下可靠地运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际 运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是进行供电系统设计，选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷的计算是否准确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济、合理。 供配电系统进行电力设计的基本原始资料是用户提供的用电设备安装容量，这种原始资料首先要变成设计所需的计算负荷（计算负荷是根据已知用电设备安装容量确定的、预期不变的最大理想负荷），然后根据计算负荷选择校验供配电系统的电气设备、导线型号，确定变压器的容量，制定改善功率因素的措施，选择及整定保护设备等。因此，计算负荷是供配电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷估算过高，将增加供配电设备的容量，造成投资和有色金属的浪费；计算负nts2 荷过低，设计出的供配电系统的线路和电气设备承受不了实际的负荷电流，使电能损耗增大，使用寿命降低，甚至影响到系统正常可靠运行。 第二章 负荷计算及无功补偿 2.1 负荷计算 需要系数法。用设备功率乘以需要系数和功率因数，直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。 使 用范围：当用电设备台数较多、各台设备容量相差不太悬殊时，特别在确定车间和工厂的计算负荷，宜于采用。 本设计属于初步设计阶段，原始资料中已经给出需要系数。综上所述，本设计负荷计算采用需要系数法。 需用系数法求解计算负荷的步骤一般应从设备安装处到电源侧逐级向上计算，也可以在已知一些部门或企业的设备容量及需要系数时直接计算。 需要系数法的基本公式： ed PKP 30 (1-1) tan3030 PQ (1-2) cos3030PS (1-3) NUSI3 3030 (1-4) 确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数） PK 和 qK ： 对于车间干线取 PK =0.85 0.95 qK =0.90 0.97 对低压母线 （ 1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取 PK =0.80 0.90 nts3 qK =0.85 0.95 （ 2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时取 PK =0.90 0.95 qK =0.93 0.97 总的有功计算负荷为 3030 PKP P (1-5） 总的无功计算负荷为 3030 QKQ q (1-6） 总的视在计算负荷为 23023030 qpS (1-7) 我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国均普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便 。 具体的计算以一号变电所为例 HFP车间： ed PKP 30 =1385 0.7=969.5 tan3030 PQ =969.5 1.30=1260.35(KVAR) cos3030PS =969.5/0.6=1615.8(KVA) 聚合 车间： ed PKP 30 =550 0.7=385(KW) tan3030 PQ =385 0.7=392.7(KVAR) cos3030PS =385/1.02=550(KVA) 成品库 ： ed PKP 30 =50 0.3=15 tan3030 PQ =915 1.73=25.95(KVAR) cos3030PS =15/0.5=30(KVA) nts4 N0.1变电所总计： 30)2(30 PKP P =0.95 (969.5+385+15)=1301.025(KW) 30)2(30 QKQ q =0.97 (1260.35+392.7+35.95)=1638.33(KVAR) 2 )2(302 )2(30)2(30 qpS =2084.49(KVA) cos = )2(30)2(30SP=1301.025/2084.49=0.624 nts5 补偿前其他车间的负荷计算同上， 计算结果详见附表 1 附表 1 参数 序号 车间用 电单位 名称 设备容量 需要系数dK cos tan 计算负荷 30P KW 30Q KVAR 30S KVA 1号 变电 所1 HFP车间 1385 0.7 0.6 1.30 969.5 1260.35 1615.8 聚合 车间 550 0.7 0.7 1.02 565 424 550 成品库 50 0.3 0.5 1.73 15 25.95 30 小计 1301 1628 2084.49 2号 变电所2 冷冻站 800 0.7 0.75 0.88 560 49 492.8 746.67 循环水站 150 0.7 0.75 0.88 105 92.4 140 小计 631.75 567.64 849.31 3号 变电所4 FEP 车间 1400 0.7 0.6 1.30 980 1274 1633.33 单体包装车间 120 0.3 0.5 1.73 36 62.28 72 检测站 156 0.75 0.8 0.75 117 87.75 146.25 原料库 30 0.25 0.5 1.73 7.5 12.975 15 小计 1083.4 1393.9 1765.46 4号 变电所3 办公楼 86 0.8 0.8 0.75 68.8 51.6 86 水泵房 230 0.75 0.8 0.75 172.5 129.375 215.625 锅炉房 150 0.75 0.8 0.75 113 85 141 中央控制楼 250 0.6 0.8 0.75 150 112.5 187.5 电修车间 250 0.3 0.65 1.17 75 87.75 115.38 冰库 280 0.75 0.8 0.75 127.5 129.37 215.625 高配所配电箱 50 1 0.8 0.75 50 37.5 62.5 小计 796.86 640.78 1022.54 各车间6 千伏高压负荷 -30螺杆冰机 2 400 0.7 0.8 0.75 560 420 700 -15螺杆冰机 2 500 0.7 0.8 0.75 700 525 875 车间干线上的有功和无功负荷分别计入一个同时系数为 PK 取 0.95和 qK 取0.97 nts6 2.2 低压侧无功补偿 2.2.1概述 随着人们对配电网建设的重视和无功补偿技术的发展，低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及。从静 态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点补偿，都取得了丰富的经验 践中也暴露出一些 问题，必须引起重视。 (1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。 (2)量测的问题。目前 10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计，且人员的技术水平和管理水平参差不 齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。 380V终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。 (3)谐波的问题。电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大 谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。 (4)无功倒送的问题。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功倒送，这引起充分考虑。 综上所述， 10kV配电网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响（包括网损）。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。 2.2.2 控制无功功率的方法 由于 电力系统中无功功率的有害性 ,人们很早就对各种补偿技术有所认识。在电力系统中 ,控制无功功率的方法很多 ,包括采用同步发电机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等 。 采用电容器进行无功补偿属于静态补偿。 静止无功补偿装置或称 SVC-静止无功系统是相对于调相机而言的一种利用电容器和各种类型的电抗器进行无功补偿 (可提供可变动的容性或感性无功 ) 的装置 ,简称静补装置 (静补 ) 或静止补偿器。 在上述静态无功补偿装置中 ,由于容抗是固定的 ,因而无功补偿容量也是固定不变的 ,它不能跟随供电系统中感性负荷的变化而变化 ,所以不能 实现无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展 ,对无功功率动态补偿的需求越来越迫切。 nts7 2.2.3 并联电容器接线方式及选择 根据移相电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压成组补偿和低压分散补偿三种方式。 高压集中补偿是将高压移相电容器集中装设在变配电所的 10KV 母线上，这种补偿方式只能补偿 10KV 母线前（电源方向）所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路没有得到无功补偿，所以这种补偿方式的 经 济 效果较后两种补偿方式差。同时因我厂存在整流装置，虽然我们对其进行了调整，但仍然不能完全避免谐波分量的产生。如采用高压集中补偿，会对高压电容器的安全运行造成严重 影响 。 低压分散补偿，又称个别补偿，是将移相电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近。这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率，因此它的补偿范围最大，效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并 被切除，所以利用率不高。 低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上，这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些，比较 经济 ，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。同时由于我厂存在谐波源，车间变压器的存在，也起到了隔离和衰减谐波的作用。有利于低压移相电容器的 安全稳定运行。 分散就地补偿 GB50052 1995供电系统设计规范指出，容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿 三种无功补偿的方案综合比较 补偿方式 补偿对象 降低损耗范围 改善电压效果 单位投资大小 设备利用率 维护方便程度 高压集中补偿 工厂无功需求 工厂主变压器和输电网 较好 较大 较高 方便 低压集中补偿 配电变压器无功需求 车间配电变压器及输电王 较好 较大 较高 方便 分散就地补偿 终端用户无功需求 整个电网 最好 较大 较低 方便 nts8 2.2.4 低压无功补偿装置的选择 目前国内低压开关柜生产的类型很多，考虑运输和维护方便，本设计采用浙江开关厂有限公司生产的 MNS（ Z）低压抽出式开关柜。 产品概述 MNS(Z)低压抽出式开关柜适用于交流 50 60Hz,额定工作电压 660V及以下的供电系统，用于发电、输电、配电、电能转换和电能消耗设备的控制。 结构特点 该产品采用标准模块设计，设计紧凑，通用性强，安装灵活；阻燃工程塑料的大量采用，有效提高产品的安全性能。 MNS（ Z）低压抽出式开关柜的主电路一次方案如下表所示。 MNS（ Z）低压抽出式开关柜主接线方案 （节选） MNS(Z)低压抽出式开关柜 技术参数 额定绝缘电压 660V 额定工作电压 380V,660V 主母线最大工作电流 5500A(IP00),4700A(IP30) 主母线短时 (1s)耐受电流 100kA(有效值 ) 主母线短时（ 0.1s）峰值电流 250kV（ 最大值 ） 配电母线（垂直母线）最大工作电流 1000A 配电母线（垂直母线）短时峰值电流 标准型 90kA(最大值 ) 加强型 130kA（最大值） 方案编号 124 125 126 127 128 129 130 131 一次方案 最大补偿容量（ kvar） (8 16) 128 (12 16) 192 (8 16) 128 (12 16) 192 (8 16) 128 (16 16) 256 (8 16) 128 (16 16) 256 主要电器元件 QSA-400 NT或 RT20 B30C BH-40 BCMJ3（ 10-16KVAR） QSA-400 NT 或 RT20 B30C BH-40 BCMJ3（ 10-16KVAR） DCHR1-2 NT 或 RT20 B30C BH-40 BCMJ （ 10-16KVAR） DCHR1-3 NT 或 RT20 B30C BH-40 BCMJ （ 10-16KVAR） DCHR1-2 NT 或 RT20 B30C BH-40 BCMJ3 （ 10-16） DCHR1-3 NT 或 RT20 B30C BH-40 BCMJ3 （ 10-16） 柜宽（ mm） 600 800 600 800 600+200 600+400 600+200 600+400 设备室高 72E 72E 72E 72E nts9 2.2.5 低压侧各需无功补偿车间补偿容量计算 本厂的功率因素值应在 0.9以上，考虑到变压器的无功功率损耗 TQ 远大于有功功率损耗 TP ，一般 TQ =（ 45） TP ，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因素数应略高于高压侧补偿后的功率因素数 0.9，这里取 92.0cos 。 无功补偿车间补偿容量计算公式 QC=P30（ tan 1 tan 2） （ kvar） 或 QC=P30qC （ kvar） 式中 P30 全厂的有功计算负荷 （ kw） qC 补偿率 （ kvar/kw） tan1、 tan2 补偿前后功率因数的正切值。 具体的计算以一号变电所 为例 )t an( t an 303030 PQQQ C =1301 0.872=1134.472(KVAR) （注；将无功补偿后低压侧功率因素提高到 0.92。） NO.1变电所的无功补偿柜的主副容量选择为： 16 16=256(KVAR) 其他变电所的无功补偿柜的选择如下表 变电所号 MNS(Z)低压抽出式开关柜 方案编号 最大补偿 容量 （ vark ） 主柜 台数 副柜 台数 主柜 副柜 NO.1 129 131 ( )256 2 2 NO.2 124 126 ( )128 1 1 NO.3 125 127 (1612 )192 2 2 NO.4 124 126 ( )128 1 1 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为（以 NO.1变电所为例）： 230230)2(30 qpS = =1434.4(KW) 变压器的功率损耗为 (KW) 16 8 16 8 16 16 2 2 ) 1024 1628 ( 1301 21 4 . 1434 015 . 0 015 . 0 ) 2 ( 30 S P T nts10 (KVAR) 变电所高压侧的计算负荷为 P30(1)”=1301+21=1322(KW) 30Q (1)”=1628-1024+86=690(KVAR) (KVA) 无功补偿后，车间的功率因素（最大负荷时）为： cos = )1(30)1(30SP=1322/1491.2=0.886 其他的计算详见下表 变电所号 计算负荷 cos 30P （ KW） 30Q （ KVAR） 30S （ KVA） NO.1 1322 690 1491.2 0.886 NO.2 642.3 354 733.4 0.876 NO.3 1102.1 700.43 1305.8 0.844 NO.4 810.1 437.9 920.9 0.879 2.3 全厂负荷计算及高压无功补偿 确定全厂计算负荷的方法很多，需要系数法是最常用的一种。用这种方法计算时，先从用电端起逐渐往电源方向计算，即首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷；其次是将全厂各车间高压侧负荷相加（如有高压用电设备，也要加上高压用电设备的计算负荷）同 时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数（对总降压变电所的有功功率和无功功率的同时系数分别取0.8-0.9和 0.93-0.97）。便得出工厂总降压变电所（或总配电所）低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。由于本厂不设总降压变电所，所以没有总降压变电所的主变压器。所以不需要考虑主变压器的功率损耗，只要进行高压侧无功补偿即可。 2.3.1 变压器功率损耗的计算 1）高压侧有功计算负荷 3030 PKP P （ K p取 0.90） .86 4 . 1434 06 . 0 06 . 0 ) 2 ( 30 S Q T 2 . 1491 .1322690 2 2 2 ) 1 ( 30 2 ) 1 ( 30 ) 2 ( 30 q p S nts11 3030 PKP P =0.90（ 1322+642.3+1102.1+810.1+560+700） =4622.85KW 2）高压侧无功计算负荷 3030 QKQ q （ qK 取 0.92） 3030 QKQ q = 0.92（ 690+254+700.43+437.9+420+525） = 2785.14 kvar 3）高压侧视在功率 23023030 qpS 23023030 qpS =5297.01 KVA 4）功率因数 cos = 3030SP=4622.85/5297.01=0.873 因此，必须对全厂高压侧功率因数进行补偿。设计任务书要求全厂功率因数要在0.9以上。在此取 0.92计算。 则所需补偿容量为 )92.0a r c c o st a n85.0a r c c o s( t a n30 PQ c=4622.85 0.133 =616.7 kvar 2.3.2 高压侧无功补偿 无功补偿一般采用并联电容器，用于提高工频电力系统功率因数，补偿电力系统感性负载的无功功率，改善电压质量，降低线路损耗。 分段母线分别无功补偿 由于本设计主接线方案采用单母线分段方式，因而，各段母线所带负荷及所需补偿无功容量也有差异，根据一次系统图各段母线所带负荷的分布情况分别计算进行无功的补偿（假设有两台变压器工作的变电所内各台变压器实际所带负荷为总该变电所全部负荷的二分之一），具体计算方法同上。 我将工厂的全部负荷分成两段： 1段 ： NO.1， NO.2， NO.3， NO.4， -30 螺杆冰机 ， -15 螺杆冰机 。 2段 ： NO.1， NO.2， NO.3， NO.4， -30 螺杆冰机 ， -15 螺杆冰机 各段母线具体补偿情况见表 分段母线无功补偿情况 比较 一段母线 二段母线 有功功率（ kw） 补偿前 2311 2311 补偿后 2311 2311 无功功率（ kvar） 补偿前 1393 1393 nts12 补偿后 1009 1009 视在功率（ KVA） 补偿前 2648 2648 补偿后 2522 2522 功率因数 补偿前 0.873 0.873 补偿后 0.916 0.916 考虑 以后发展需要，本设计选用无功补偿装置型号为： TBB10.5 1500/25，数量为两套，分别组装于高压侧两段母线上进行高压集中无功补偿。 2.3.3 TBB型高压并联电容器装置简介 TBB型高压并联电容器装置是主要由电容器、接地开关、放电线圈、氧化锌避雷器、串联电抗器、支柱瓷瓶、铁柜、联接母线等组成。用来改善工频交流电力系统的功率因数，减少线路损耗，提高供电电压质量，发挥供发电设备的潜力。 每台电容器柜由上、中、下三个小柜叠装而成，每个小柜内装 15 台电容器，5 台为一排，三小柜共装 45 台电容器，组成三相共组。 按电容器容量不同，构成每柜电容器的容量有 750、 1000、 1500三种。多台电容器柜还可以并装，构成容量不等的各种成套装置。 进线柜将三相电源分为两组，柜中两组电容器通过平衡保护电流互感器连接成双星型接线。进线柜内还设有接地隔离开关、防止电容器过电压的避雷器、放电线圈，其放电监视灯安装在柜门板上。电源进线可从柜上用母线连接，也可从柜底由电缆连接。进线柜有左进线和右进线之分。 TBB10.5 型并联补偿成套设备一次线路方案及主要电器设备 名 称 开关柜 电抗器 进线柜 电容器柜 电容器柜 一 次 线 路 图 电 气 名 称 型 号 隔离开关GN6 10 串联电抗器 CKS 10 避雷器 FS 10 FS 0.5 并联电容器 RWF11/ 3 25 1W 33 4 BFM11/ 3 并联电容器 BWF 25 11/ 3 1W 33 4 BFM11/3 50 1W 电流互感器 LQJ 10 (成套装置总电容 容抗的 6%) 放电线圈 JSJB 10 真空断路器ZN 10 放电指示灯 XD7 110V 隔离开关GN8 10 隔离开关GN6 10 跌落式熔断器 RW 10 跌落式熔断器 RW 10 电流互感器 LQJ 10 外型高 参见 GG 1A， GFC等开关柜尺参见串联电抗 器主要技术数据 3 3， 3 0 3 3， 3 0 宽 1 2 1 2 N+0.035 nts13 尺寸 深 寸 1 47 1 47 安装尺寸 (mm) 15 25 1000 1340 15 25/900 1340 2.3.4 全厂负荷计算表 全厂负荷计算总表 变电所号 NO1 变 NO2 变 NO3变 NO4变 6kv高压电机 有功功率 P30（ KW） 1301 632 1083 797 1260 无功功率 Q30（ Kvar） 1628 568 1394 641 945 计算负荷 S30（ KVA） 2084 849 1765 1023 1575 变压器有功功率损耗（ kW） 21 10.56 18.63 13.27 - 变压器无功功率损耗（ kvar） 86 42.26 74.54 53.09 - 高压侧有功功率P30（ KW） 1322 642.3 1102.1 810.1 1260 高压侧无功功率Q30（ Kvar） 690 354 700.43 437.9 945 高压侧视 在功率（ KVA） 1491.2 733.4 1305.8 920.9 1575 全厂高压侧计算负荷（高压补偿前） 有功功率（ kW） 无功功率（ kvar） 视在功率（ KVA） 功率因数 4622.85 2785.14 5297.01 0.873 全厂高压侧计算负荷（高压补偿后） 有功功率（ kW） 无功功率（ kvar） 视在功率（ KVA） 功率因数 4622.85 2017.14 5044 0.916 2.4 车间变电所变压器的选择 2.4.1概述 电力变压器 (power transformer, 文字符号 T 或 TM), 是变电所中最关键的一次设备 ,其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低 ,以利于电能合理的输送、分配和使用。 nts14 电力变压器全型号的表示和含义如下： 2.4.2 电力变压器的联结组别 电力变压器的联结组别 ,是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应线电压之间的不同相位关系。 1.配电变压器的联结组别 6 10KV配电变压器（二次侧电压为 220/380V）有 Yyn0和 Dyn11两种常用的联结组别。现在 Dyn11配电变压器已得到广泛的应用。 2配电 变压器采用 Dyn11联结较之采用 Yyn0联结有下列的优点： （ 1） Dyn11联结比 Yyn0联结更有利于抑制高次谐波电流。 （ 2） Dyn11联结变压器的零序阻抗较之 Yyn0联结变压器的小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。 （ 3）当接用单相不平衡负荷时 ,由于 Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二 次绕组额定电流的 25%,因而严重限制了接用单相负荷的容量 ,影响了变压器设备能力的充分发挥。 Dyn11联结变压器的中性线电流允许达到相电流的 75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比 Yyn0联结变压器 大。这在现代的供电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广 Dyn11联结变压器就显得更重要。 2.4.3 变压器容量的计算 变压器的实际容量应记入一个温度系数 K 。 对室外的变压器，其实际容量是（ 0 av以为单位） ST= K SN T =(1-10020.0 av) SN T 式中， SN T 为变压器的额定容量。 nts15 室内变压器的实际容量（ 0 av以为单位） ST = K SN T =(0.92-10020.0 av) SN T 2.4.4 变电所主变压器台数和容量的选择 （一） 选择主变压器台数时因考虑下列原则： 1.应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便一台变压器故障或检修时，另一台变压器能够对一、二级负荷进行继续的供电。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所也可只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用的电源，或另有自备电源。 2.对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。 3.除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变 压器。而负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多的变压器。 4.在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余量。 （二）变电所主变压器容量的选择 1只装一台变压器的变电所 主变压器容量 ST（设计中一般概略的当作其额定容量 SN T）应满足全部用电设备总计算负荷 S30的需要，即 ST SN T S30 2. 装有两台变压器的变电所 每台变压器容量 ST（一般概略的当作 SN T）应同时满足以下两个条件： （ 1）只装一台主变压器的变电所 主变压器容量 ST（设计中，一般可概略地 当作其额定容量 SN T）应满足全部用 电设备总计算负荷 S30的需要，即 ST S30 （ 2）装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量 ST（一般可概略的当作 SNT）应同时满足以下两个条件： 1） .任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷 S30大约 60% 70%的需要即 ST =（ 0.6 0.7） S30 2） .任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷 S30（ I+II） 的需要，即 ST S30（ I+II） ST 单台主变压器的容量； S30 变电所总的计算负荷； S30( + ) 变电所的一、二级负荷的计算负荷。 3. 车间变电所主变压器的单台容量上限 车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于 1600KV A。这一方面是受以往nts16 低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制，另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和金属损耗量。 2.4.5 电力变压器的经济运行 经济运行是指能使系统的有功损耗最小、经济效益最佳的一种运行方式。 两台或多 台主变压器经济运行的条件如下 （ 1）当变压器的台数为两台时，经济运行的临界负荷为 SCR= SN 2（ P0+Kq Q0） /（ PK+ Kq QN） 经济运行条件为：如 S SCR，宜一台运行 如 S SCR，宜两台运行 （ 2）当变压器的台数为 N台时，经济运行的临界负荷为 SCR= SN N(N-1)（ P0+Kq Q0） /（ PK + Kq QN） 经济运行条件为：如 S SCR，宜 N-1台运行 如 S SCR，宜 N台运行 其中符号含义为： SN 变压器的额定容量（ kVA） S 变电所实际负荷（ kVA） P0 变压器的空载损耗（ kW） Q0 变压器空载时的无功损耗（ kvar），按下式计算 Q0 SN(I0%)/100 其中， I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值 PK 变压器的短路损耗（亦称负荷损耗 kW） Q0 变压器额定负荷时的无功损耗增量（ kvar），按下式计算 QN SN (UZ%)/100 其中， UZ%为变压器阻抗电压占额定电压的百分值。 Kq 无功功率经济当量（ kW/kvar）如下表 序号 计算条件 无功经济当量 Kq(Kw/kvar) 1 由发电机电压直配的工 厂变电所 0.02 0.04 2 经两级变压的工厂变电所 0.05 0.08 3 经三级及以上变压的工厂变电所 0.1 0.15 备注 在不计及上述条件时，一般工厂取 Kq=0.1 Kw/kvar 2.4.6 变压器功率损耗的计算 变压器功率损耗也包括有功和无功两部分。 1、 变压器的有功功率损耗 变压器有功功率损耗又由两部分组成： 1） 铁心中的有功功率损耗，即铁损FeP。铁损在变压器一次绕组外施电压和频率 恒定的条件下是固定不变，与负荷大小无关。 nts17 2） 变压器有负荷时其一、二次 绕组中的有功功率损耗，即铜损CuP。铜损与负荷 电流（或功率）的平方成正比。 因此，变压器的有功功率损耗为： 2300230 )()(NKNCuFeT SSPPSSPPP 或 20 KT PPP 式中，NS为变压器额定容量；30S为变压器计算负荷；，NSS30称为变压器的负荷率。 2、 变压器的无功功率损耗 变压器的无功功率损耗也由两 部分组成： 用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率，用0Q表示NSIQ 100%00 式中， %0I为变压器空载电流占额定电流的百分值。 1） 消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部分无功功 率损耗用NQ表示。 NKN SUQ 100% 式中， %KU 为变压器短路电压占额定电压的百分值。因此，变压器的无功功率 损耗为 )(100 %100 %)( 23002300 NKNNNT SSUISSSQQQ 或 )100 %100 %( 20 KNT UISQ 以上各式中的0P、 KP 、 %0I和 %KU （或 %ZU ）等均可从有关手册和产品样本中查得。 2.4.7 本次设计电力变压器的选择 一般油浸式变压器应用较为广泛，且本设计中对于主变压器运行环境要求较高，属酸、碱腐 蚀的环境，所以选用电力变压器也要有相应的性能的 S11-M-30电力变压器。 如果车间负荷较小，且为三级负荷，可以选择一台车间变压器。但考虑工厂nts18 规模的扩大和车间日后负荷容量的增大，对单台变压器的容量适当取大一级容量，虽然初投资稍大，但更利于发展。 2.4.8 本次设计电力变压器的选择举例 NO.1变电所： ST 0.75 S30 =1118.25 kVA 因此选取变压器 S11-M-30-1000 两台。 其余几个变电所计算方法相同，这里不一一计算，其中污水处理厂变电所和华兴包装材料厂变电 所分别为转供二级和三级的，变压器容量已在任务书中给定。由于之前对 NO.1、 NO.2 等车间变电所进行了无功补偿，各变电所选择变压器 型号 、台数如下表。 变电所号 变 压 器 型 号 台 数 NO.1 S11-M-30-1250 2 NO.2 S11-M-30-800 2 NO.3 S11-M-30-1250 2 NO.4 S11-M-30-800 2 6kv高压电机 2.4.9 S11-M系列电力变压器简介 产品（技术）简要说明及主要技术指标 （一）产品简要说明 依据 GB1094.1-2-1996、 GB1094.3.5-1985 电力变压器和 GB6451-1999三相油浸式 电力 变压器 技术参 数和 要求 国家标 准， 从 2000 年 10月对S11-M-30-1600/10三相油浸式电力变压器进行小批试生产，经用户使用反映良好，产品通过国家变压器质量监督检验中心对 S11-M-1000/10检测，产品性能达到 JB/T3837-92中 11型的标准，达到高效率低消耗目标，产品技术性能达到了国内同类产品先进水平 nts19 （二） S11-M-30参数表如下 型 号 Type(%) 额定容量 Rated Capacity (kVA) 电压组合 Voltage Combination 联结组标号 - Connecting Symbol 空载损耗 No load (kW) 负载损耗 No load (kW) 空载 电流 No load Current 阻抗 电压 Imped Ance voltage (%) 重量 (kg) Weight 外形尺寸 (mm) Dimmensions 安装底座 中心距 Basement Central Distance (mm) 高压 H.V (kV) 高压分 接范围 Tapping Range Of H.V.(%) 低压 L.V (kV) 总重 Total 油 Oil 器身 Body 长 （ L） 宽 （ W） 高 （ H） S11-M-10 10 6 6.3 10 10.5 5% 0.4 Yyn0； Dyn11 0.07 0.30 3.5 4.0 250 55 155 860 550 1010 400 S11-M-20 20 0.10 0.45 2.9 280 60 180 860 550 1030 S11-M-30 30 0.10 0.60 2.1 330 70 215 890 570 1070 S11-M-50 50 0.13 0.87 2.0 385 80 250 900 580 1090 S11-M-63 63 0.15 1.04 1.9 455 95 295 910 610 1110 S11-M-80 80 0.18 1.25 1.8 510 100 360 930 660 1130 S11-M-100 100 0.20 1.50 1.6 600 115 425 980 690 1170 S11-M-125 125 0.24 1.80 1.5 710 135 505 1010 720 1190 550 S11-M-160 160 0.27 2.20 1.4 850 170 545 1040 760 1240 S11-M-200 200 0.33 2.60 1.3 1005 200 645 1060 790 1360 S11-M-250 250 0.40 3.05 1.2 1185 235 760 1070 820 1440 660 S11-M-315 315 0.48 3.65 1.1 1350 265 885 1430 820 1455 S11-M-400 400 0.57 4.30 1.0 1670 310 1200 1540 880 1545 S11-M-500 500 0.68 5.10 1.0 2030 385 1400 1640 910 1585 S11-M-630 630 0.81 6.20 0.9 4.5 2115 380 1580 1670 970 1500 820 S11-M-800 800 0.98 7.50 0.8 2850 575 1710 1750 1000 1720 S11-M-1000 1000 1.15 10.30 0.7 3000 590 1890 1850 1090 1810 S11-M-1250 1250 1.36 12.00 0.6 3545 695 2230 1910 1130 1845 S11-M-1600 1600 1.6 14.50 0.6 4265 840 2680 1950 1150 1980 nts20 第 3 章 主接线及 配电所设计 3.1 工厂 配电所主接线设计 3.1.1 概述 主接线图也就是主电路图，是表示系统中电路能输送和分配路线的电路图。而用来控制、测量、和保护主电路（既一次电路）及其中设备运行的电路图，称为二次接线图，或称二次电路图，通称二次回路图。 对工厂变配电所的主接线方案有下列基本要求： （ 1）安全 应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。例如在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压刀开关。 （ 2）可靠 应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。例如对一、二级重要负荷，其主接线方案应考虑两台主变压器，且一般应为双电源供电。 （ 3）灵活 应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。 （ 4）经济 在满足上述要求的前提下，应尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进又经济适用的节能产品 。 3.1.2 高压配电电压等级的选择 工厂 供电电源电压主要是根据工厂负荷大小、供电距离，以及地区电网可能供电的电源电压，与其他部门协商决定。 根据设计说明书的要求，以及实际化纤厂内部有很多高压电机等设备，所以从临近电厂引入 6.3KV 电源两路进线，设置高配室和各低压变电所，省去了总降压变电所。而 车间及其他建筑物的低压配电电压应采用 220/380V。 3.1.3 变电所电气主接线 变电所电气主接线是根据电能输送和分配的要求表示主要电气设备相互之间的连接关系 ,以及本变电所与电力系统的电气连接关系。 主接线的确定对电力系统的安全、经济运行，对系统的稳定和调 度的灵活性，以及对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的拟定均有密切的关系。在确定变电所的接线方式时、要结合系统和用户的具体要求，同时还应考虑施工和检修是否方便。 nts21 （一）、基本要求 在选择发电厂或变电所的电气主接线时，应注意其在系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件，并考虑下列基本要求： 1) 供电的可靠性 当个别设备发生事故或需停电检修时不宜影响对系统供电；断路器等母线故障，母线检修时尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷或大部分二级负荷的供电。 2) 运行上的安全性和灵活 性 电气主接线要尽可能适应各种运行方式。不但在正常运行时能很方便地投入或切换某些设备，而且在其中一部分电路检修
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