1某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計前言在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重很?。ǔ娀I(yè)外） 。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。課程設(shè)計是檢驗我們上學(xué)期學(xué)習(xí)情況的一項綜合測試，它要求我們把所學(xué)的知識全部適用，融會貫通的一項訓(xùn)練，是對我們能力的一項綜合評定，它要求我們充分發(fā)掘自身的潛力，開拓思路設(shè)計出合理適用的供配電系統(tǒng)。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源。電能即易于由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其他形式的能量以供應(yīng)用。電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)、測量。有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。而工廠供電就是指工廠所需要電能的供應(yīng)和分配。工廠供電設(shè)計要達(dá)到為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，保障工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須做到：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)。同時課程設(shè)計也是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過設(shè)計可以鞏固各課程理論知識，了解工廠供電設(shè)計的基本方法，了解工廠供電電能分配等各種實際問題，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計算繪圖、編號、設(shè)計說明書等方面得到訓(xùn)練，為以后工作奠定基礎(chǔ)。2目錄第一章 設(shè)計任務(wù)書 ........................................................11.1 設(shè)計題目 ..................................................................................................................................11.2 設(shè)計要求 ..................................................................................................................................11.3 設(shè)計依據(jù) ..................................................................................................................................11.3.1 工廠總平面圖 ...............................................................................................................11.3.2 工廠負(fù)荷情況 ...............................................................................................................11.3.3 供電電源情況 ...............................................................................................................21.3.4 氣象資料 .......................................................................................................................31.3.5 地質(zhì)水文資料 ...............................................................................................................31.3.6 電費(fèi)制度 .......................................................................................................................3第二章 負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償 ............................................42.1 負(fù)荷計算 ...................................................................................................................................42.1.1 單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 ............................................................................42.1.2 多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 ............................................................................42.2 無功功率補(bǔ)償 ...........................................................................................................................62.2.1 有關(guān)功率的名詞解釋 ....................................................................................................62.2.2 提高功率因數(shù)的意義 ....................................................................................................72.2.3 提高功率因數(shù)方法 ........................................................................................................72.2.4 電容器的選擇、補(bǔ)償方式和聯(lián)接方式 ........................................................................82.2.4 無功補(bǔ)償?shù)挠嬎?..........................................................................................................11第三章 變電所位置和型式選擇 .............................................133.1 變配電所所址選擇的一般原則 .............................................................................................133.2 型式與布置 .............................................................................................................................133.3 負(fù)荷中心的確定方法 .............................................................................................................143.2.1 負(fù)荷指示圖 ..................................................................................................................143.2.2 負(fù)荷電能矩 ..................................................................................................................143.2.3 負(fù)荷功率矩 ..................................................................................................................14第四章 變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇 .............................1734.1 臺數(shù) .........................................................................................................................................174.2 容量 .........................................................................................................................................174.3 臺數(shù)、容量、類型的選擇 .....................................................................................................17第五章 變電所主接線方案的設(shè)計 ...........................................185.1 裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案: ........................................................................................185.2 裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案 .........................................................................................195.3 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 .................................................................................................19第六章 短路電流的計算 ...................................................216.1 繪制計算電路 .........................................................................................................................216.2 確定短路計算基準(zhǔn)值 .............................................................................................................216.3 計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值 .................................................................................216.4 k-1 點(diǎn)（10.5kV 側(cè)）的相關(guān)計算 ........................................................................................226.5 k-2 點(diǎn)（0.4kV 側(cè)）的相關(guān)計算 ..........................................................................................22第七章 變電所一次設(shè)備的選擇和校驗 .......................................237.1 10kV 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 ................................................................................................247.1.1 按工作電壓選擇 ..........................................................................................................247.1.2 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗 .................................................257.2 380V 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 ................................................................................................267.3 高低壓母線的選擇 ..............................................................................................................27第八章 變電所進(jìn)出線的選擇和校驗 .........................................288.1 10kV 高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇 ........................................................................................288.1.1 10kV 高壓進(jìn)線的選擇校驗 .........................................................................................288.1.2 高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 .....................................................288.2 380 低壓出線的選擇 ..............................................................................................................298.2.1 鑄造車間 ......................................................................................................................298.2.2 鍛壓車間 ......................................................................................................................308.2.3 金工車間 ......................................................................................................................308.2.4 熱處理車間 .................................................................................................................318.2.5 電鍍車間 ...................................................................................................................328.2.6 倉庫 .............................................................................................................................3248.2.7 裝配車間 ......................................................................................................................338.2.8 機(jī)修車間 ......................................................................................................................338.2.9 鍋爐房 ..........................................................................................................................348.2.10 工具車間 ....................................................................................................................358.2.11 生活區(qū) .......................................................................................................................358.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 ............................................................................368.3.1 按發(fā)熱條件選擇 ..........................................................................................................368.3.2 校驗電壓損耗 ..............................................................................................................368.3.3 短路熱穩(wěn)定校驗 ..........................................................................................................37第九章 變電所二次回路方案的選擇及繼電保護(hù)的整定 .........................389.1 變電所二次回路方案的選擇 .................................................................................................389.2 變電所的保護(hù)裝置 ................................................................................................................389.2.1 主變壓器的繼電保護(hù)裝置 ..........................................................................................389.2.2 裝設(shè)電流速斷保護(hù) ......................................................................................................399.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置 .....................................................................409.4 變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置 .....................................................................................................40第十章 防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計 .........................................4110.1 變電所的防雷保護(hù) ...............................................................................................................4110.1.1 直接防雷保護(hù) ...........................................................................................................4110.1.2 雷電侵入波的防護(hù) ...................................................................................................4110.2 變電所公共接地裝置的設(shè)計 ...............................................................................................4110.2.1 接地電阻的要求 ........................................................................................................4110.2.2 接地裝置的設(shè)計 ........................................................................................................42論文總結(jié) .................................................................43參考文獻(xiàn) .................................................................441第一章 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目╳╳機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計1.2 設(shè)計要求要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖紙。1.3 設(shè)計依據(jù)1.3.1 工廠總平面圖圖 1-1 工廠總平面圖1.3.2 工廠負(fù)荷情況工廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為 4000 小時，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為 8 小時。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負(fù)荷外，其余均屬三級負(fù)荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額定電壓為 380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為 220V。本廠的統(tǒng)計資料如表 1-1 所(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)2示。廠房編號 廠房名稱 負(fù)荷類別 設(shè)備容量/kW 需要系數(shù) 功率因數(shù)動力 300 0.3 0.71 鑄造車間照明 10 0.8 1動力 300 0.3 0.652 鍛壓車間照明 10 0.8 1動力 300 0.3 0.653 金工車間照明 10 0.8 1動力 150 0.5 0.84 熱處理車間照明 5 0.8 1動力 250 0.5 0.85 電鍍車間照明 5 0.8 1動力 20 0.4 0.86 倉庫照明 1 0.8 1動力 150 0.3 0.77 裝配車間照明 5 0.8 1動力 150 0.2 0.658 機(jī)修車間照明 3 0.8 1動力 80 0.7 0.89 鍋爐車間照明 1 0.8 1動力 300 0.3 0.6510 工具車間照明 10 0.9 111 生活區(qū) 照明 300 0.7 0.91.3.3 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條 10 Kv 的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為 LGJ-120,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為 1.5 m；干線首端（即電力系統(tǒng)饋電變電站）距本廠約 10km,干線首端所裝設(shè)高壓斷表 1-1 機(jī)械廠統(tǒng)計資料表3路器的斷流容量為 500 MV.A，此斷路器配備有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)整定的動作時間為 1.5 S。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為 80 km，電纜線路總長度為 20 km。1.3.4 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為 40℃，年平均氣溫為 25℃年，年最低氣溫為-20℃，年最熱月平均最高氣溫為 35℃，年最熱月平均氣溫為 30℃，年最熱月地下 0.8 米處平均溫度 25℃。1.3.5 地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔 20 m，地層以黃土為主，地下水位為 3m.1.3.6 電費(fèi)制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費(fèi)制交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按所裝用的主變壓器容量計為 15 元/kVA，動力電費(fèi)為 0.3 元/kWh，照明（含家電）電費(fèi)為元 0.5 元/kWh。工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不低于 0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費(fèi)：6～10kV 為 800 元/KVA。4第二章 負(fù)荷計算和無功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計算2.1.1 單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a)有功計算負(fù)荷（單位為 KW） = ， 為系數(shù)30PdKedb)無功計算負(fù)荷（單位為 kvar） = tanQ30?c)視在計算負(fù)荷（單位為 kvA） =30Scosd)計算電流（單位為 A） = , 為用電設(shè)備的額定電壓（單位為 KV）30INU2.1.2 多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a)有功計算負(fù)荷（單位為 KW） =30PipK???30式中 是所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷 之和， 是有功負(fù)荷同時系數(shù)，可取 0.85~0.95iP??30 ?b)無功計算負(fù)荷（單位為 kvar）， 是所有設(shè)備無功 之和； 是無功負(fù)荷同時系數(shù)，可取iqQK????3030i?3030QqK??0.9~0.97c)視在計算負(fù)荷（單位為 kvA） 23030PS??d)計算電流（單位為 A） NUI經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算表，如表 2-1 所示（額定電壓取 380V）表 2-1 廠房及生活區(qū)負(fù)荷計算表計算負(fù)荷編號 名稱 類別設(shè)備容量/kWeP需要系數(shù) dKcos?tan/kW30P/kvar30Q/kVA30S/A30I1 鑄造 動力 300 0．3 0．7 1.02 90 91.8 —— ——5照明 10 0.8 1 0 8 0 —— ——車間小計 310 —— 98 91.8 134.28 204動力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 —— ——照明 10 0.8 1 0 8 0 —— ——2鍛壓車間小計 310 —— 98 105.3 143.85 218.6動力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 —— ——照明 10 0.8 1 0 8 0 —— ——3金工車間小計 310 —— 98 105.3 143.85 218.6動力 150 0.5 0.8 0.6 75 45 —— ——照明 5 0.8 1 0 4 0 —— ——4熱處理車間小計 155 —— 79 45 90.92 138.1動力 250 0.5 0.8 0.6 125 75 —— ——照明 5 0.8 1 0 4 0 —— ——5電鍍車間小計 255 —— 129 75 149.2 226.7動力 20 0.4 0.8 0.6 8 4.8 —— ——照明 1 0.8 1 0 0.8 0 —— ——6 倉庫小計 21 —— 8.8 4.8 10.02 15.2動力 150 0.3 0.7 1.02 45 45.9 —— ——照明 5 0.8 1 0 4 0 —— ——7裝配車間小計 155 —— 49 45.9 67.14 102動力 150 0.2 0.65 1.17 30 35.1 —— ——照明 3 0.8 1 0 2.4 0 —— ——8機(jī)修車間小計 153 —— 32.4 35.1 47.77 72.58動力 80 0.7 0.8 0.6 56 33.6 —— ——照明 1 0.8 1 0 0.8 0 —— ——9鍋爐車間小計 81 —— 56.8 33.6 65.99 100.3動力 300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 —— ——照明 10 0.9 1 0 9 0 —— ——10工具車間小計 310 —— 99 105.3 144.53 219.6611 生活區(qū) 照明 300 0.7 0.9 0.44 210 92.4 229.43 348.6動力 2000照明 360958 739.5 —— ——總計計入 =0.85, =0.9pK??q??0.77 814.3 665.6 1051.7 15982.2 無功功率補(bǔ)償電力系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)五大部分構(gòu)成，由于電能不能大量存儲，所以發(fā)電、輸電、配電和用電必須同時進(jìn)行，即電力系統(tǒng)必須保持平衡。然而來自電力線路、電力變壓器以及用電設(shè)備的無功負(fù)載大量存在，使電力系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。對于配電系統(tǒng)來說，為數(shù)眾多的異步電動機(jī)、變壓器等設(shè)備要消耗大量的無功功率，對配電網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不良影響：1) 供電線路的電流增大，使線路和設(shè)備的損耗增大，嚴(yán)重時會威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行；2) 配電系統(tǒng)的視在功率增大，使發(fā)電機(jī)、變壓器等供電設(shè)備的容量增加，電力用戶的控制設(shè)備、測量儀表的規(guī)格也相應(yīng)增大；3) 導(dǎo)致供電電壓降低。保持電力系統(tǒng)的平衡，解決配電系統(tǒng)功率因數(shù)低的有效途徑就是對配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。按照我國供電部門的規(guī)定，高壓供電的用戶必須保證功率因數(shù)在 0.9 以上，低壓供電的用戶必須在 0.85 以上。為了使用戶注意提高功率因數(shù)，供電部門還對大宗用電單位實行按戶月平均功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的辦法。調(diào)整功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般為 0.85，大于 0.85 時給以獎勵，低于 0.85 時便要增收電費(fèi)甚至罰款，功率因數(shù)很低時供電部門要停止供電。2.2.1 有關(guān)功率的名詞解釋輸入功率=輸入電流×(乘)輸入電壓;也就決定是我們要用的電量。輸出功率=輸入功率-無用功部分;就是我們實際上的到的功率。輸出功率是各類能源或能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（如動力、照明設(shè)備）向外輸出的能量與時間的比值，即單位時間內(nèi)能源或設(shè)備向外界提供的能量。其單位一般為瓦特、千瓦，在電力系統(tǒng)中也常用伏安、千伏安來表示。無功功率:電網(wǎng)中的感性負(fù)載（如電機(jī)，扼流圈，變壓器，感應(yīng)式加熱器及電焊機(jī)等）都會產(chǎn)生不同程度的電滯，即所謂的電感。感性負(fù)載具有這樣一種特性-----即使所加電壓改變方向，感性負(fù)載的這種滯后仍能將電流的方向（如正向）保持一段時間。一旦存在了這種電流與電壓之間的7相位差，就會產(chǎn)生負(fù)功率，并被反饋到電網(wǎng)中。電流電壓再次相位相同時，又需要相同大小的電能在感性負(fù)載中建立磁場，這種磁場反向電能就被稱作無功功率。無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。在交流電路中，由于有感性或容性儲能設(shè)備，電壓與電流有相位差，通俗講就是電壓與電流不在同一時間到達(dá)；因此，表面看電壓有多大、電流有多大，實際并沒有做那么大的功，有電源與儲能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換。2.2.2 提高功率因數(shù)的意義提高功率因數(shù)，可以降低線路上的損耗，提高輸出功率。在建筑供電系統(tǒng)中，供電線路，其電阻不可忽略。充分發(fā)揮電源設(shè)備潛力。提高功率因數(shù)，可以減少線路上電壓降，提高末端電壓，有利于用電提高供電可靠性?？蓽p少對供配電設(shè)施的投資，增加供配電系統(tǒng)的功率儲備，使用戶獲得直接的經(jīng)濟(jì)利益。在同樣的有功功率下，功率因數(shù)提高，負(fù)荷電流就減少，而向符合傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要，亦即可以增大原有設(shè)備的供電能力。對尚處于設(shè)計階段的新建筑來說，提高功率因數(shù)則能降低配電設(shè)備的設(shè)備容量，從而減少投資費(fèi)用。2.2.3 提高功率因數(shù)方法1、提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)：1 選、2 調(diào)、3 換。通過適當(dāng)措施提高自然功率因數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，在建筑供電系統(tǒng)的總無功功率中，電動機(jī)和變壓器約占 80%左右，其余則消耗在輸電線路及其他感應(yīng)設(shè)備中，因此，提高自然功率因數(shù)可以通過合理選擇感應(yīng)電動機(jī)的容量、使用中減少感應(yīng)電動機(jī)的空載運(yùn)行、條件許可時盡量使用同步電動機(jī)、以最佳負(fù)荷率選擇變壓器等方法達(dá)到目的。1）選：正確的選擇、合理的使用電動機(jī)和變壓器，在條件允許的條件下，盡量選擇鼠籠型電動機(jī)。避免：空載、輕載運(yùn)行。2）調(diào)：合理選擇變壓器的容量，盡量空載、輕載運(yùn)行。3）換：更換設(shè)備為節(jié)能設(shè)備，對大容量，長時工作的礦井通風(fēng)機(jī)采用同步電動機(jī)，使其工作在過激狀態(tài)。2、人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)8無功功率的人工補(bǔ)償裝置：主要有同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電抗器兩種。1）并聯(lián)同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償器，屬于有源補(bǔ)償器。同步調(diào)相機(jī)是一種專用于補(bǔ)償無功功率的同步電動機(jī)，通過調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)的勵磁電流可補(bǔ)償供電系統(tǒng)的無功功率，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)輸出無功功率為無極調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)的范圍較大，并且在端電壓下降 10%以內(nèi)時，無功輸出基本不變，當(dāng)端電壓下降 10%以上時，可強(qiáng)行勵磁增加無功輸出。作為并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)計的同步調(diào)相機(jī)實質(zhì)上是一個被拖動到某一轉(zhuǎn)速下并與電力系統(tǒng)同步且空載運(yùn)行的電動機(jī)。根據(jù)控制需要，控制其勵磁磁場，使其工作在過勵磁或欠勵磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無功功率。同步調(diào)相機(jī)可對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲比較大，維護(hù)復(fù)雜，成本高，響應(yīng)速度慢。不適應(yīng)各類快速變化非線性負(fù)載的要求。同時，同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償單位無功功率造價高。每輸出 1K var 的無功功率要損耗 0.5%～ 3%的有功功率，基建安裝要求高、不易擴(kuò)建、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，所以一般用于電力系統(tǒng)中的樞紐變電站及地區(qū)降壓變電站。2）并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器。我們知道，當(dāng) COSφ＜0.9 時，采用人工補(bǔ)償法來提高功率因數(shù)，廣泛采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。電感性負(fù)載并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜骺梢蕴岣吖β室驍?shù)，所以在建筑供電系統(tǒng)中，同樣可以并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。并聯(lián)電容器安裝簡單、容易擴(kuò)建、運(yùn)行維護(hù)方便，補(bǔ)償單位無功功率的造價低、有功損耗?。ㄐ∮?0.3%） ，因此廣泛用于工廠企業(yè)及民用建筑供電系統(tǒng)中。但是，缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定無功，不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實現(xiàn)對無功的動態(tài)補(bǔ)償，且還有可能與系統(tǒng)發(fā)生諧波放大甚至諧振。無功補(bǔ)償使用專用的電力電容器，其規(guī)格品種很多，按安裝方式分為戶內(nèi)式和戶外式，按相數(shù)分為單相和三相，按額定電壓分為高壓和低壓電容器等等。2.2.4 電容器的選擇、補(bǔ)償方式和聯(lián)接方式1）電容器無功容量的計算 圖 2-1圖 2-1 電容器無功容量計算Qc=Pi(tan ANT－tan ac)?? ??92）電容器（柜）臺數(shù)的確定需電容器臺數(shù)： 每相所需電容器臺數(shù)： n=N/3 取其相等或稍大的偶數(shù)，因為變電所采??=????????用單母線分段式結(jié)線。3）并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式? 高壓集中補(bǔ)償 電容器集中裝設(shè)在變配電所的高壓電容器室內(nèi)，與高壓母線相聯(lián)。其中電壓互感器 TV 為電容器切除時放電用。按 GB-50053-1994《10kV 及以下變電所設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：高壓電容器組宜采用中性點(diǎn)不接地的星形接線，容量較小時（450kvar 及以下）則可接成三角形。? 低壓集中補(bǔ)償 電容器集中裝設(shè)在變電所的低壓配電室或單獨(dú)的低壓電容器室內(nèi)，與低壓母線相聯(lián)，低壓電容器組一般采用三角形接線，利用白熾燈或?qū)Ｓ玫姆烹婋娮璺烹姟? 低壓分散補(bǔ)償 電容器分散裝設(shè)在低壓配電箱旁或與用電設(shè)備并聯(lián)，低壓電容器組一般采用三角形接線，直接利用用電設(shè)備（如感應(yīng)電動機(jī)）本身的繞組放電。4） 電容器的聯(lián)接方式高壓電容器的一次接線方式較多，目前采用的有單星形接線、雙星形接線、三角形接線等。而在《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：電容器組宜采用單星形接線或雙星形接線，這兩種接線方式在實際運(yùn)行中，都有比較成熟的經(jīng)驗。下面對幾種常用的接線方式作一個簡要的概述。? 單星形接線 在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中采用單星形接線。當(dāng)一相電容器發(fā)生擊穿時，不致引起相間短路，這種接線可以采用靈敏的保護(hù)方式。電流平衡保護(hù)用于星形接線時，有靈敏簡單、經(jīng)濟(jì)可靠的優(yōu)點(diǎn)。一般電容器裝設(shè)在 10kV 電網(wǎng)使用時，均采用這種接線方式。如圖 a 所示。? 雙星形接線 當(dāng)電容器組容量足夠大、使用電容器單元數(shù)足夠多時，可以考慮選擇采用雙星形接線，采用雙星形接線方式時，可以采用中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)、橫聯(lián)差動保護(hù)等可供選擇的繼電保護(hù)方式較多，但設(shè)計時注意當(dāng)其中某相的一個臂短路時，短路電流的初始值中會包含有健全臂的放電電流，其它常規(guī)的如相間過電流過電流保護(hù)等并無特殊。具體主接線見圖 b。? 三角形接線 在 10kV 電網(wǎng)中，當(dāng)電容器額定電壓為 10kV 時，可以接成三角形接線并聯(lián)在電網(wǎng)上，使電容器容量得到充分利用。此種接線方式的缺點(diǎn)在于當(dāng)電容器擊穿時，即形成相間短路，增加了爆破燃燒的危險性，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為此，要求設(shè)計靈敏度較高10的相間電流（電壓）平衡保護(hù)，在電容器擊穿 50％～70％時，保護(hù)有足夠的靈敏度動作于跳閘。具體接線如圖 c 所示。? 雙三角接線 當(dāng)電容器的額定電壓與系統(tǒng)電壓符合并且電容個數(shù)足夠多時可以采用雙三角接線，這種種接線方式的一大特點(diǎn)是可以使整定方便、靈敏度確定的相電流橫差保護(hù)。具體接線方式見圖 d。圖 a 圖 b圖 c 圖 d5） 三角形接法和星形接法的優(yōu)缺點(diǎn)比較△或 Y（雙 Y） 優(yōu)選△，因為容量為 Y 的 1/3 且電壓低，放電 1 分鐘，殘壓 50V 以下。1000V 以上的電容器應(yīng)采用電壓互感器放電。電容器放電回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)，以免放電回路斷開，危及人身安全。當(dāng)三相電容器采用單星形接線方式時，其無功功率為： CUUIQC?233??式中：U-電網(wǎng)線電壓；I-電網(wǎng)線電流； -電源角頻率；C- 電容器的電容。??當(dāng)三相電容器采用三角形接線方式時，其無功功率為： CIC 233??）（由上面兩個公式可以看出，同樣的電容器在同一電網(wǎng)中接成三角形時產(chǎn)生的無功功率是接成星形時的 3 倍。因此，一些技術(shù)資料上主張將電容器接成三角形，以補(bǔ)償更多的無功功率。原有的變電所設(shè)計規(guī)范(如 GBJ53-83)曾規(guī)定 10kV 及以下作并聯(lián)補(bǔ)償用的三相電力電容器宜接成三角形接線，11我國最早生產(chǎn)的高壓并聯(lián)電容器柜也多為三角形接線。但這其實只是表面現(xiàn)象，理由十分簡單，只因星形接法電容器額定電壓因是三角形接法的 1/ 3。√三角形接線的三相電容器直接接在電網(wǎng)線電壓上，任一臺并聯(lián)電容器內(nèi)部串聯(lián)元件發(fā)生貫穿性擊穿或極間故障時，都會形成相間短路，故障電流為兩相短路電流，容易引起電容器爆炸起火。各地變電所的實際運(yùn)行經(jīng)驗也表明，在高壓并聯(lián)電容器的膨脹、爆炸、起火事故中，采用三角形接線方式的占大多數(shù)?？梢?，從安全運(yùn)行的角度考慮，不宜推廣并聯(lián)電容器的三角形接法。相比之下，在星形接線方式中，當(dāng)其中一臺電容器發(fā)生貫穿性擊穿時，不會形成相間短路，故障電流也不會超過并聯(lián)電容器額定電流的 3 倍，比三角形接線方式中的故障電流小得多，如繼電保護(hù)設(shè)置合適，多數(shù)情況下不至于引起爆炸事故。因此，后續(xù)頒布的《35～110kV 變電所設(shè)計規(guī)范》(GB50059-92)明確規(guī)定，并聯(lián)電容器的接線方式應(yīng)使電容器組的額定電壓與接入電網(wǎng)的運(yùn)行電壓相配合，宜采用中性點(diǎn)不接地的星形或雙星形接線?，F(xiàn)有的額定電壓為 kV 和 kV 的電容器，36.1就是為適應(yīng)并聯(lián)電容器星形接線的需要而專門生產(chǎn)的。當(dāng)其中一臺電容器因故障退出運(yùn)行時，由于三相電容器組的阻抗不平衡，會導(dǎo)致中性點(diǎn)發(fā)生位移，從而使繼續(xù)運(yùn)行的電容器產(chǎn)生過電壓。針對此問題，可以裝設(shè)過電壓保護(hù)，故障時自動切除整組電容器。綜合國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗，在實際應(yīng)用中，高壓并聯(lián)電容器宜采用中性點(diǎn)不接地的星形接線方式。只有在電容器組的容量較小時可以采用三角形接線方式，具體地講，接在 6kV 或 10kV 母線上，容量不超過 180kVAr 或 300kVAr 的并聯(lián)電容器可以采用三角形接線。2.2.4 無功補(bǔ)償?shù)挠嬎阌杀?2.1 可知，該廠 380V 側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有 0.77。而供電部門要求該廠 10KV 進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于 0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此 380V 側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于 0.9，暫取 0.92 來計算 380V 側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：參照圖 2-2，選 PGJ1 型低壓自動補(bǔ)償評屏，并聯(lián)電容器為 BW0.4-14-3 型，采用其方案 1（主屏）1 臺與方案 3（輔屏）4 臺相結(jié)合，總共容量為 84kvar 5=420kvar。補(bǔ)償前后，變壓器低壓側(cè)?的有功計算負(fù)荷基本不變，而無功計算負(fù)荷 =（665.6-420）kvar=245.6 kvar，視在功率'30Q=850.5 kVA，計算電流 =1292.3 A,功率因數(shù)提高為2'30'30QPS?? NUSI'30'?= (tan - tan )=814.3[tan(arccos0.77) - tan(arccos0.92) ] = 328.98 kvarCQ30P1?212cos = =0.957。'?'30SP在無功補(bǔ)償前，該變電所主變壓器 T 的容量為應(yīng)選為 1250kVA,才能滿足負(fù)荷用電的需要；而采取無功補(bǔ)償后，主變壓器 T 的容量選為 1000kVA 的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補(bǔ)償點(diǎn)在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此無功補(bǔ)償后工廠 380V 側(cè)和 10kV 側(cè)的負(fù)荷計算如表 2.2 所示。表 2.2 無功補(bǔ)償后工廠的計算負(fù)荷計算負(fù)荷項目 cos?/KW30P/kvar30Q/kVA30S/A30I380V 側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷 0.77 814.3 665.6 1051.7 1598380V 側(cè)無功補(bǔ)償容量 -420380V 側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷 0.957 814.3 245.6 850.5 1292.3主變壓器功率損耗 0.015 =12.830S0.06 =5130S10KV 側(cè)負(fù)荷計算 0.941 827.1 296 878.5 50.7主 屏 輔 屏1#方 案6支 路 3#方 案6支 路2方 案8支 路 4方 案8支 路CC圖 2-2 PGJ1 型低壓無功功率自動補(bǔ)償屏的接線方案13第三章 變電所位置和型式選擇3.1 變配電所所址選擇的一般原則(1）變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定：? 接近負(fù)荷中心? 進(jìn)出線方便；? 接近電源側(cè)；? 設(shè)備運(yùn)輸方便；? 不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動或高溫的場所；? 不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所，當(dāng)無法遠(yuǎn)離時，不應(yīng)設(shè)在污染源盛行風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；? 不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰；? 不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方，當(dāng)與有爆炸或火災(zāi)危險環(huán)境的建筑物毗連時，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定；? 不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所。（2）裝有可燃性油浸電力變壓器的車間內(nèi)變電所，不應(yīng)設(shè)在三、四級耐火等級的建筑物內(nèi)；當(dāng)設(shè)在二級耐火等級的建筑物內(nèi)時，建筑物應(yīng)采取局部防火措施。（3）多層建筑中，裝有可燃性油的電氣設(shè)備的配電所、變電所應(yīng)設(shè)置在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集場所的正上方、正下方、貼鄰和疏散出口的兩旁。（4）高層主體建筑內(nèi)不宜設(shè)置裝有可燃性油的電氣設(shè)備的配電所和變電所，當(dāng)受條件限制必須設(shè)置時，應(yīng)設(shè)在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集場所的正上方、正下方、貼鄰和疏散出口的兩旁，并應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，采取相應(yīng)的防火措施。（5）露天或半露天的變電所，不應(yīng)設(shè)置在下列場所：? 有腐蝕性氣體的場所；? 挑檐為燃燒體或難燃體和耐火等級為四級的建筑物旁；? 附近有棉、糧及其他易燃、易爆物品集中的露天堆場；14? 容易沉積可燃粉塵、可燃纖維、灰塵或?qū)щ妷m埃且嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場所。3.2 型式與布置變電所的型式應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的狀況和周圍環(huán)境情況確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)負(fù)荷較大的車間和站房，宜設(shè)附設(shè)變電所或半露天變電所；(2)負(fù)荷較大的多跨廠房，負(fù)荷中心在廠房的中部且環(huán)境許可時，宜設(shè)車間內(nèi)變電所或組臺式成套變電站；(3)高層或大型民用建筑內(nèi)，宜設(shè)室內(nèi)變電所或組合式成套變電站；(4）負(fù)荷小而分散的工業(yè)企業(yè)和大中城市的居民區(qū)，宜設(shè)獨(dú)立變電所，有條件時也可設(shè)附設(shè)變電所或戶外箱式變電站；(5)環(huán)境允許的中小城鎮(zhèn)居民區(qū)和工廠的生活區(qū)，當(dāng)變壓器容量在 315kVA 及以下時，宜設(shè)桿上式或高臺式變電所。3.3 負(fù)荷中心的確定方法3.2.1 負(fù)