0242-某精细化工厂高压配电所及全厂配电系设计【CAD图+说明书】
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摘 要
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能既易于由其他形式的能量转化而来，又易于转化为其他形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其他高新技术都是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
本次设计是在“安全、合理、优质、经济”的设计要求之上，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作。在设计的过程中合理地处理了局部和全局、当前和长远等关系。既照顾局部和当前的利益，又顾全大局，适应发展。
本次设计包括电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂变配电所及其一次系统设计，工厂高压电气设备的选择，工厂供电系统的继电保护及二次接线等五大部分的内容。由于时间的关系，防雷与接地这块内容没有涉及。本次设计在变压器的选择，导线选择，微机保护和供电自动化等方面，作了一些新的论述，相应的补充了有关的技术资料。
本设计注重理论结合实际，在设计的过程当中穿插了我国的最新标准规范，同时为了更好的有关专业术语和符号的含义，对部分专业术语在首次出现时加注了英文。
在设计的过程中，为了更好的联系实践，还到巨化的电化厂，锦纶厂等相关工厂实地考察了他们的高配设计，还请相关的技术人员加以指导。
限于本人的知识水平和实践经验，错漏在所难免，敬请原谅。
关键词：自动化；配电系统；短路电流；无功补偿；继电保护；备自投；二次接线等
- 内容简介：
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第1章 负荷计算和无功补偿1.1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。1.1.1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。在一级负荷这，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。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。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。各级电力负荷对供电电源的要求一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。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。常用的应急电源可使用下列几种电源：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路；蓄电池；干电池。二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷，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。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kv及以上的专用架空线路供电。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。三级负荷对供电电源的要求三级负荷属不重要的一般负荷,对供电电源无特殊要求。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。负荷计算的目的是确定供电系统的最大负荷（也称计算负荷）。供电系统要能够在正常条件下可靠的运行，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是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。工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电容量的基本依据。确定工厂计算负荷的方法很多，可按具体情况选用。.负荷计算的各种方法需要系数法。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。1.2.1 低压侧负荷计算方法简介负荷计算的方法很多，常用的主要有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位产量耗电量法、单位产值耗电量法、单位面积用电量法等其中需要系数法计算比较简单，适用于用电设备台数比较多、多台设备容量差别不十分悬殊的用电场合，特别适用于车间及工厂的计算负荷的计算，一般多用于初步设计和方案估算等，是目前用得最普遍的一种方法。二项式法主要考虑了用电设备的数量以及一些大容量的用电设备对计算负荷的影响，所以得到的结果往往偏大，适用于用电设备台数较少，而有些设备的容量相差较悬殊的场合，一般比较适用于设备组的计算以及有些施工计算的场所。利用系数法是以概率论为基础分析所有用电设备在工作时的功率迭加来求解计算负荷的数值，因此求出的结果比需要系数法和利用系数法更接近实际，但由于过程较麻烦，而且利用系数累积的也不多，所以实际应用较少。已知产品的单位产量的耗电量或单位产值的耗电量时，初步设计和方案估算采用单位产量和单位产值耗电量法计算是最简单的。单位面积用电量法适用于住宅、办公楼和具有均匀分布负荷的生产线等的负荷计算，一般较多用于照明设计中。（工业企业供电课程设计及实验指导书。4页。王建南编）1.2.2 负荷计算的各种方法 1) 按需要系数法计算负荷；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： (1-1） (1-2） (1-3） (1-4)实际上，需要系数数值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因数有关，而且与操作人员的技能及生产组织等多种因数有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。需要系数值与用电设备的类别和工作状态有极大的关系，在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应属于小批量生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批生产。再如起重机、行车或电葫芦，应该都属于吊车类。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）和：对于车间干线取=0.850.95=0.900.97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=0.800.90=0.850.95（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时取=0.900.95=0.930.97总的有功计算负荷为 (1-5）总的无功计算负荷为 (1-6）总的视在计算负荷为 (1-7）2) 按二项式法确定计算负荷；二项式法的基本公式： (1-8)式中，为二项式第一项，表示设备组的平均负荷，其中是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法中所述；为二项式的第二项，表示设备组中的x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。其余的计算负荷、和的计算与前述需要系数法的计算相同二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了其中少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式更适用于确定设备台数较少而容量差别大的低压分支干线的计算负荷。但二项式系数主要只有机械加工工业用电设备组的数据，其他行业的这方面数据尚缺，从而使其应用受到一定的局限。供电设计的经验说明，选择低压分支干线时，按需要系数法计算的结果往往偏小，以采用二项式法计算为宜。我国建筑行业标准JGJ/T161992民用建筑电气设计规范也规定；“用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法”。不同类型的多个用电设备组的计算负荷。采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时，应考虑各组设备的最大负荷不同时出现的因数。但不是计入一个同时系数，而是在各组设备中取其中一组最大的附加负荷，在加上各组的平均负荷，即总的有功计算负荷为 (1-9)总的无功计算负荷为 (1-10)关于总的视在计算负荷仍按式（1-6）计算除采用以上的方法外，还有二项式法以及近年国内出现的ABC法，变值需要系数法等。这些方法有的已经被其他方法代替，有的实用数据不多，尚未推广，故不在此介绍。1.2.3 低压侧各个车间的负荷计算综合上述四种负荷计算方法的优缺点，同时根据现有的手中的资料，需要系数法较适宜本设计的要求，其计算过程相对简单，计算结果一目了然。具体的计算以一号变电所为例HFP车间： =13850.7=969.5=969.51.30=1260.35(KVAR)=969.5/0.6=1615.8(KVA)聚合车间： =5500.7=385(KW)=3850.7=392.7(KVAR)=385/1.02=550(KVA)成品库 ： =500.3=15=9151.73=25.95(KVAR)=15/0.5=30(KVA)N0.1变电所总计： =0.95(969.5+385+15)=1301.025(KW)=0.97(1260.35+392.7+35.95)=1638.33(KVAR)=2084.49(KVA)=1301.025/2084.49=0.624补偿前其他车间的负荷计算同上， 计算结果详见（表1）（表1） 参数序号车间用电单位名称设备容量需要系数计算负荷KWKVARKVA1号变电所1HFP车间13850.70.61.30969.51260.351615.8聚合车间5500.70.71.02565424550成品库500.30.51.731525.9530小计0.6241.2513011628202084.492号变电所2冷冻站8000.70.750.8856049 492.8746.67循环水站1500.70.750.8810592.4140小计0.740.89631.75567.64849.313号变电所3办公楼860.80.80.7568.851.686水泵房2300.750.80.75172.5129.375215.625锅炉房1500.750.80.7511385141中央控制楼2500.60.80.75150112.5187.5电修车间2500.30.651.177587.75115.38冰库2800.750.80.75127.5129.37215.625高配所配电箱5010.80.755037.562.5小计0.780.80796.86640.781022.544号变电所4FEP车间14000.70.61.3098012741633.33单体包装车间1200.30.51.733662.2872检测站1560.750.80.7511787.75146.25原料库300.250.51.737.512.97515小计0.611.291083.41393.91765.46各车间6千伏高压负荷-30螺杆冰机24000.70.80.75560420700-15螺杆冰机25000.70.80.75700525875车间干线上的有功和无功负荷分别计入一个同时系数为取0.95和取0.971.3 低压侧无功补偿 工厂中有好多的感性电机，很大程度上影响供电效率，所以补偿无功就显得非常的重要。1.3.1 概述工业企业中绝大多数用电设备是感性负荷，不仅消耗有功功率，还要从电源取用无功功率。还有些生产设备(如电弧炉等)在生产过程中经常出现无功冲击负荷。这种冲击负荷比正常取用的无功功率可能增大56倍。无功功率增大使供给系统的功率因数降低。功率因数降低将造成下列不良影响：(1)引起线路电流增大，使供电设备不能充分利用，降低供电能力；(2)电流增大使设备和线路功率损耗和电能损耗增大；(3)线路电压损失增大，影响负荷端电压质量；(4)对发电机而言，无功电流增大，使电机转子去磁效应增加，端电压下降，电机达不到额定出力。无功功率增大对电源内部及企业配电系统运行造成不良影响。从节约电能，提高供电质量和提高供电设备的能力出发必须设法减小负荷无功功率的不良影响，即采用容性无功装置进行补偿，提高企业的功率因数，功率因数是供电系统一项重要的技术经济指标，补偿后的总功率因数要满足全国供用电规则中规定的“用电力率（功率因数）低于0.70时，电业局不予供电。新建及扩建的电力用户，其用电力率不应低于0.9”的要求。1.3.2 人工补偿方法提高功率因素的方法：提高自然功率因素和人为改善功率因素提高自然功率因素主要是通过采取措施降低用电设备所需的无功功率，人为改善功率因素主要是采用专门的补偿装置提供无功功率以改善功率因素提高自然功率因素对本厂的效果不好，因为在本次设计中具体的电气设备不清楚，只有靠通过提高变压器的负荷率来提高功率因素，是无法达到电业部门规定的是标准的，所以本厂是通过人为进行无功补偿而提高功率因素的在电力系统中,控制无功功率的方法很多,包括采用同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等同步调相机又称同步补偿器,是作为并联补偿设计的一种同步机,它属于有源补偿器。同步调相机同电容器相比,该装置的优点是:在系统电压下降时,靠维持或提高本身的出力,可以给系统提供紧急的电压支持。从功能上讲,同步调相机只不过是一个被拖动到某一转速并与电力系统同步运行的同步机。当电机同步运行后,根据需要,人们控制其磁场,使之产生无功功率,或从系统吸收无功功率。同步调相机具有调相的优点,但动态响应速度慢,发出单位无功功率的有功损耗大,运行维护复杂,不适应各类非线性负载的快速变化。并联电容器：因无旋转部分，具有安装简单，运行维护方便，有功损耗小以及组装灵活，扩容方便等特点，因此并联电容器应用做为普遍电容器从电网中切除后的残压可以通过短接放电来消除现在在企业变电所和车间中广泛使用的无功功率补偿装置，就是以并联电容器作为无功补偿元件而组合起来的一种成套装置1.3.3 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GB500521995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(表2)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1.3.4 补偿方式的确定并联电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿等三种方式。(一)高压集中补偿高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的610千伏母线上。这种补偿方式只能补偿610千伏母线以前所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果比后两种补偿方式差，但这种补偿方式的初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿，以满足工厂总的功率因数的要求高压电容器组采用星形接线，装在成套的高压电容器柜内，为防止电容器击穿时引起相间短路，所以星形接线的各边，均接有高压熔断器保护。由于电容器合闸涌流很大特别是高压电容器，因此宜采用串联电抗器加以限制。(二)低压集中补偿目前，国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式，是在配电变压器380 V侧进行集中补偿，在这种方式下，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远，可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况低压集中补偿的电容器组都采用三角形接线，一般利用220V，1525W的白炽灯的灯丝电阻来放电，但也有专门的放电电阻来放电的，放电用的白炽灯同时兼作电容器组正常工作的指示灯。(三)分散就地补偿目前，在我国城镇，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿，将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。GB500521995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。这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。与上述2种补偿方式相比，用户终端分散补偿方式更能体现以下优点a)线损率可减少20；b)减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；c)释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。1.3.5 无功补偿装置的选择本次设计的低压无功补偿采用的是浙江开关厂的MSN（Z）低压抽出式开关柜，根据经济性原则一般选用方案125进行补偿。在车间的低压母线上每段母线上各挂一台。具体参数见（表5）1.3.6 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远大于有功功率损耗，一般=（45），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。无功补偿车间补偿容量计算公式 QC=P30（tan1tan2） （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=13010.872=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：1616=256(KVAR)其他变电所的无功补偿柜的选择如下（表3）（表3）变电所号MNS(Z)低压抽出式开关柜方案编号最大补偿容量（）主柜台数副柜台数主柜副柜NO.1129131(1616)25622NO.2125127()19211NO.3125127()19211NO.4125127()19211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）：22230230)2(30qpS+= 1301 +（1628-1024） =1434.4(KW)变压器的功率损耗为 214.1434015.0015.0)2(30=DSPT(KW).864.143406.006.0)2(30=DSQT(KVAR)变电所高压侧的计算负荷为P30(1)”=1301+21=1322(KW)(1)”=1628-1024+86=690(KVAR)2.1491.1322690222)1(302)1(30)2(30=+=+=qpS(KVA)无功补偿后，车间的功率因素（最大负荷时）为：= =1322/1491.2=0.886其他的计算详见下（表4）表4变电所号计算负荷（KW）（KVAR）（KVA）NO.113226901491.20.886NO.2642.3354733.40.876NO.31102.1700.431305.80.844NO.4810.1437.9920.90.879MNS（Z）低压抽出式开关柜的主电路一次方案及容（表5）方案编号124125126127128129130131一次方案最大补偿容量（kvar）(8X16)128(12X16)192(8X16)128(12X16)192(8X16)128(16X16)256(8X16)128(16X16)256主要电器元件QSA-400NT或RT20B30CBH-40BCMJ3（10-16KVAR）QSA-400NT或RT20B30CBH-40BCMJ3（10-16KVAR）DCHR1-2NT或RT20B30CBH-40BCMJ（10-16KVAR）DCHR1-2NT或RT20B30CBH-40BCMJ3（10-16）柜宽（mm）600800600800600+200600+400600+200600+400设备室高72E72E72E72E用 途自动控制正柜自动控制副柜自动控制正柜自动控制副柜1.4车间变电所变压器的选择1.4.1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。电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变压器。直接供电给用电设备的终端变电所降压变压器，通称配电变压器。电力变压器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列两大类。R8容量系列是指容量等级是按R8=8101.33倍数递增的。我国老的变压器容量等级采用此系列，例如容量100KVA、135KVA、180KVA、240KVA、320KVA、420KVA、560KVA、750KVA、1000KVA等。R10容量系列是指容量等级是按R10= 1010 1.26 倍数递增的。我国新的变压器容量等级采用此等级，这也是IEC推荐的变压器容量系列。这种容量系列的容量等级较密，便于选用，例如容量100KVA、125KVA、160KVA、200KVA、250KVA、315KVA、400KVA、500KVA、630KVA、800KVA、1000KVA等。在高压、超高压设计方面，除开展了科技攻关、自主开发外，在进入20世纪80年代以来还先后引进了日立、东芝、ABB、三菱、西门子等公司的制造技术。目前在超高压500kV变压器制造中，从最初的大部分依赖进口，发展到如今可与进口产品具有相当竞争能力的产品。随着三峡工程的建设需要，引进的西门子公司变压器制造技术，在三峡水电站左岸应用的84kVA三相变压器制造中，我国已同外商合作，每台承担30%左右的制造份额；对于西门子公司设计、制造技术的关键部分已能完全掌握，三峡右岸所用变压器的制造，应用西门子技术，要求做到由国内承制，为参加投标创造了条件。电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。工厂变电所通常采用三相变压器。电力变压器按电压调节分，有无载调压和有载调压两大类。工厂变电所通常采用无载调压变压器。电力变压器按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。现在工厂变电所采用铜绕组的变压器。电力变压器按绕组型式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。工厂变电所一般采用双绕组变压器。变压器按绕组绝缘和冷却方式分，有油浸式、干式和冲气式等，其中油浸式变压器又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。工厂变电所大多采用油浸自冷式变压器，但是干式变压器和冲气式变压器是适用安全防火较高的场所使用。电力变压器按用途分，有普通电力变压器、全封闭变压器和防雷变压器等。工厂变电所大多采用普通变压器，有防火和防爆或有腐蚀性物质的场所则采用全封闭变压器，有防雷要求的场所则采用防雷变压器。1.4.2 电力变压器的型号及联结组别(一) 电力变压器全型号的表示和含义如下（图1）(二) 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610KV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,影响了变压电力变压器全型号（图1）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。1.4.3 变压器容量的计算电力变压器的的额定容量(铭牌容量)，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（一般按20年计算）所能连续输出的最大视在功率。按GB1094-1996电力变压器规定，电力变压器正常使用的环境温度条件为：最高温度为40，最热月平均温度为30，最高年平均气温为+20，最低气温对户外变压器为-25，对户内变压器为-5油浸式变压器顶层油的温升，规定不得超过周围气温55如按最高气温40计，则变压器顶层油温不得超过+95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（0av以为单位） ST= KSNT =(1-) SNT式中，SNT 为变压器的额定容量。室内变压器的实际容量（0av以为单位）ST= KSNT =(0.92-) SNT1.4.4变电所主变压器台数和容量的选择（一）变电所主变压器台数的选择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SNT）应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即STSNTS302 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SNT）应同时满足以下两个条件：（1） 任一台变压器单独使用时，宜满足总计算负荷S30的60%70%的需要， STSNT =（0.6 0.7）S30 （2） 任一台变压器单独使用时，应满足全部一、二级负荷的需要，即STSNT3 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1000KVA（或1250KVA）。这一方面是受以往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。1.4.变压器的并列运行条件两台或多台变压器并列运行时，必须满足三个基本条件：（1）所有并列变压器的一次电压及二次电压必须对应相等。也就是所有并列变压器的电压比必须相同，允许差值不得超过5%。如果并列变压器的电压比不同，则并列变压器二次绕组的回路内将出现环流，即二次电压较高的绕组将向二次电压较低的绕组供给电流，引起电能损耗，导致绕组过热或烧毁。（2）所有并列变压器的阻抗电压（即短路电压）必须相等。由于并列运行变压器的负荷是按其阻抗电压值成反比分配的，所以其阻抗电压必须相等，允许差值不得超过10%。如果阻抗电压差值过大，可能导致阻抗电压较小的变压器发生过负荷现象。（3）有并列变压器的联结组别必须相同。这也就是所有并列变压器的一次电压和二次电压相序和相位都应分别对应地相同，否则不能并列运行。1.4.6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。1.4.6.1变压器的型号及联结组选择目前比较常用的变压器是油浸式,干式,密闭式在工程实际上广泛应用的是油浸式由于本厂的环境条件是酸碱腐蚀环境，所以采用密闭的油浸式变压器国内油浸式变压器主要有S7,SF7,SZ7,SZL7,S9等系列，常用的配电变压器是S7和S9两个系列的产品早在1998年底S7型及以前型号变压器已由国家公布淘汰S9系列是全国统一设计的第二代节能新产品，它和S7系列相近，但损耗比S7系列更低与S7系列相比，空载损耗降低左右，负载损耗降低25%左右，1994年机械工业部沈阳变压器研究所在S7,S9等系列基础上研制出新的S9系列，与老S9系列相比总重量下降18%24%，成本降低16%23%新S9型与SH11-M型增量投资指标为：静态投资回收期为824年，动态内部收益率为0%13%。设10kV配变使用年限为20年，节电收益按0.5元/kWh计算；根据年损耗电量计算结果，经静态、动态经济效益分析数据如下（表6）新S9与SH11-M增量投资效益分析（表6）容量(KVA)建设资金增量(元)节电收益(元)投资回收期(年)内部收益率(%)新S9设备费SBH11-M设备费增量投资507180178601068059617.931.19809690234501376083216.532.10100107302536014630100714.523.65200166903715020460166412.295.84315213404649025150232110.837.67由上表可以明显看出SH11-M系列变压器的初投资比其他的变压器的初投资大了很多倍，但从的节能效果来看，大容量的变压器选用该类产品还是具有相当的竞争优势的，投资回收期也相对较多从长远来看，SH11-M系列变压器是电力发展中的必然选择变压器联结组别的选择由于本精细化工厂的车间部分变电所存在较为严重的“谐波源”，高次谐波电流比较突出。而配电变压器采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有下列优点：（1）有利于抑制高次斜波电流（2）更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。当接用单相不平衡负荷时，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%，而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。所以本设计主变压器的联结组别选择D，yn11，即/Y0-11联结组。1.4.6.2变压器台数和容量的选择1、主变压器采用两台的容量选择条件为：SNT0.7S30SNTS30(+)根据实际情况，车间变电所并非全部的设备都是二级负荷。根据经验公式SNT（0.700.85）S30，这里为了计算方便，统一取SNT=0.75S30。2、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。具体的计算过程以号车间为例子NO1变电所： S30 = 1491.2 KVAST =0.75S30 = 0.751491.2=1125KVA则可选SNT = 1250 KVA 的变压器2台，满足条件。变压器容量已在任务书中给定。各变电所选择变压器容量、台数如下（表7）SH11型非晶合金变压器技术参数型号电压组合(KV)联结组标号损耗(W)空载电流(%)阻抗电压(%)外型尺寸(mm)轨距(mm)高压分接范围低压空载负载长宽高SH11-30/1066.31010.5115%25%0.4Dyn11356001.004795285845400SH11-50/10508700.90820300900400SH11-63/106010400.90850315950400SH11-80/107012500.80875330990400SH11-100/108515000.80800340995550SH11-125/1010018000.809203451005550SH11-160/1011522000.709953551045550SH11-200/1013526000.6010053801075550SH11-250/1016030500.6010503951110550SH11-315/1018036500.5011104101175660SH11-400/1023043000.5011304201235660SH11-500/1028051000.4711954351265660SH11-630/1032062000.454.512704701365820SH11-800/1038075000.4013254851410820SH11-1000/10450103000.3813504851525820SH11-1250/10550120000.3513755101560820（表7）变电所号变 压 器型 号台 数NO.1S11-M-30-12502NO.2S11-M-30-8002NO.3S11-M-30-12502NO.4S11-M-30-80026kv高压电机1.5 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1.5.1供电系统的功率损耗在确定各用电设备组的计算负荷后，如果要确定车间或工厂的计算负荷，就需要逐级计入有关线路和变压器的功率损耗。（一）线路功率损耗的计算线路功率损耗包括有功和无功两部分。1线路的有功功率损耗线路的有功功率损耗是电流通过线路电阻所产生的,按下式计算：式中,为线路的计算电流,为线路每相的电阻。电阻，其中L为线路长度，为线路单位长度的电阻值，可查相关手册或产品样品。2线路的无功功率损耗线路的无功功率损耗是电流通过线路电抗所产生，按下式计算；式中，为线路的计算电流；为线路每相的电抗。电抗，其中L为线路长度，为线路单元长度的电抗值，也可查相关手册或产品样品。但是查，不仅要根据导线（或电缆）截面，而且要根据导线之间的几何间距。所谓的几何间距，是指三相线路各相导线之间距离的几何平均值。如图所示A、B、C三相线路，其线间几何均距为如果线路的结构数据不详时，可按下（表8）取其电抗平均值，因为同一电压的同类线路的电抗值变动幅度一般不大。（表8 ） 电力线路每相的单位长度电抗平均值 （单位：/）线路结构线路电压220/380V610KV35KV架空线路0.320.350.40电缆线路0.0660.080.12（二）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。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。铁损可由变压器空载实验测定。变压器的空载损耗可认为就是铁损，因为变压器的空载电流很小，其在一次绕组中产生的有功损耗可略去不计。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。铜损与负荷电流（或功率）的平方成正比。铜损可由变压器短路实验测定。变压器的短路损耗（亦称负荷损耗）可认为就是铜损，因为变压器二次侧短路时一次侧短路电压很小，在铁心中产生的有功功率损耗可略去不计。因此，变压器的有功功率损耗为或 式中，为变压器额定容量；为变压器计算负荷；，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：1） 用来产生主磁通即产生励磁电流的一部分无功功率，用表示。它只与绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流（或近似地与空载电流）成正比，即式中，为变压器空载电流占额定电流的百分值。2） 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表示。由于变压器绕组的电抗远大于电阻，因此近似地与短路电压（即阻抗电压）成正比，即 式中，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或 以上各式中的、和（或）等均可从有关手册和产品样本中查得。在负荷计算中，SL7、S7、S9、SC9系列低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算:有功功率损耗 无功功率损耗 1.5.2 设计中的全厂高压侧的负荷计算1.5.2.1各变电所高压侧负荷计算（以NO.1变电所为例）：22230230)2(30qpS+= 1301 +（1628-1024） =1434.4(KW)变压器的功率损耗为 214.1434015.0015.0)2(30=DSPT(KW).864.143406.006.0)2(30=DSQT(KVAR)变电所高压侧的计算负荷为P30(1)”=1301+21=1322(KW)(1)”=1628-1024+86=690(KVAR)2.1491.1322690222)1(302)1(30)2(30=+=+=qpS(KVA)无功补偿后，车间的功率因素（最大负荷时）为：= =1322/1491.2=0.886其他的计算详下表。变电所号计算负荷（KW）（KVAR）（KVA）NO.113226901491.20.886NO.2642.3354733.40.876NO.31102.1700.431305.80.844NO.4810.1437.9920.90.879其他车间的计算情况与1号车间基本相似,这里就不详细计算了。 1.5.2.2全厂高压侧负荷计算在此，由于本厂线路布置较短，所以线路功率损耗忽略不记。1）高压侧有功计算负荷 （Kp取0.90） =0.90（1322+642.3+1102.1+810.1+560+700）=4622.85KW2）高压侧无功计算负荷 （取0.92）= 0.92（690+254+700.43+437.9+420+525）= 2785.14 kvar 3）高压侧视在功率 =5297.01 KVA4）功率因数=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 =4622.850.133=616.7 kvar全厂负荷计算总表见（表9）全厂负荷计算总表（表9）变电所号NO1变NO2变NO3变NO4变6kv高压电机低压有功功率P30（KW）130163210837971260低压无功功率Q30（Kvar）16285681394641945低压计算负荷S30（KVA）2084849176510231575变压器有功功率损耗（kW）2110.5618.6313.27-变压器无功功率损耗（kvar）8642.2674.5453.09-高
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