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11.绪论1.1选题的背景及其意义本课题应用供配电设计的基本原则和方法，结合实际条件进行降压变电所的设计。通过本设计，可以较好的解决电力供应困难，大大提高供电的可靠性。1.1.1电能的特点及工厂变电所的作用电能是电做功的能力。电能有各种形式，如直流电能、交流电能、交流工频电能和高频电能等等。它可作用为动力、照明、冶炼、电镀、电热、通信等之用。其优点是便于控制、测量、变换和远距离输送，电能使用方便、清洁。电能的单位是千瓦时（俗称“度”）。电器设备与电源连接形成回路，当电流通过电气设备时、电源要输出电能，电气设备要消耗电能。发电厂是生产电能的工厂，发电厂将热能、水能等通过发电设备转换为电能。按照发电厂的动力来源，发电厂主要分为火力发电厂、水力发电厂及核能发电厂等[1]。发电机输出的交流电压不够高，要通过升压变电所升压后远距离传送电力，电压高，则电流小，线路损耗小。电力输送到用户区后，降压变电所再把电压降低，供给工厂使用。1.1.2电力系统的发展概况长期以来我国的电网设备应用未得到应有的重视，电力设备技术性能陈旧，可靠性低，直接影响了人民生活和经济建设的发展。随着新技术的发展,电网的规模越来越大，设备使用量增加，供电可靠性、自动化水平的要求也在不断提高。因此从配电网的安全运行出发，电力装备要符合现代网络的发展要求，技术上先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护政策[2]。立足于国情；保证供电可靠性为前提；优化网络接线、降低电网损耗；选择自化程度较高的自动化设备；2监控系统与设备的综合配套[3]。我国配电自动化的展望：（1）做好配电网规划和改造是实现配电自动化的前提和基础配电网规划包括电源容量及分布、主干线一次网架、配电设备等内容，只有在配电网网架合理、结构灵活、转供互带能力强，一次设备满足自动化的要求的前提下配电自动化才能顺利进行。（2）我国配电自动化采用的三种基本功能模式：就地控制的馈线自动化；集中监控模式的配电自动化；集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的模式；对于近期采用较多的后两种模式，都采用分布式总体结构，一般分为两层（主站、远方终端）或三层（主站、子站、远方终端）。主站至子站、子站至远方终端间通过网络联在一起，形成统一的配电自动化系统。32.此设计的主要任务及原始资料分析根据本厂所能取得的电源进线10千伏及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，设计降压变电所。本次设计的主要任务包括选择变电所的位置与形式及主变压器的台数、容量和类型；选择变电所的主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，完成变配电所的电气照明设计，并进行必要的短路电流计算。2.1供电协议（1）从电力系统66/10KV变电站用10kV架空线路向工厂馈电。（2）系统变电站馈电线路定时限过流保护装置的整定时间t=2s，工厂总配电所保护整定时间不得大于1.5s。（3）在工厂总配电所10kV进线侧计量。（4）工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。（5）供电系统技术数据：电业部门变电所10千伏母线，为无限大电源系统，其短路容量为200兆伏安。供电系统如图2-1所示：4图2-1供电系统图53.负荷计算的意义及相关参数的计算3.1负荷计算的意义负荷计算是设计的基础，它决定设备容量的选用，管网系统的规模以及工程总造价等，这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算，给制定方案、工程审核造成一定的困难。3.2参数的计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。工厂电力负荷的计算方法,一般常用的有:逐级法、需要系数法、二项式法以及产值、产量估算法等。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，各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计算负荷的计算，故本设计拟采用需要系数法[4]。具体计算过程：(1)有功功率计算：计算公式：jsP(kW)=eP(kW)*pK（3-1）补偿值pK∑jsP(kW)=0.9∑jsP(kW)无功功率计算：计算公式：jsQ(kvar)=tan*jsP(kW)（3-2）补偿值qK∑jsQ(kvar)=0.95∑jsQ(kvar)(3)视在功率计算：计算公式：22jsjsjsQPS（3-3）(4)低压额定电流jsI(A)计算公式63*38.0jsjsSI（3-4）74.无功补偿的计算在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)[5]。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：(1)降低发电机有功功率的输出。(2)降低输、变电设备的供电能力。(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。8从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：（4-1）式中cosφ——功率因数；P——有功功率，kW；Q——无功功率,kVar；S——视在功率,kV。A；U——用电设备的额定电压,V；I——用电设备的运行电流,A。功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化[5]。(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：（4-2）9提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。105.变压器的台数、容量和类型的选择5.1变压器的介绍变压器的最基本型式，包括两组绕有导线的线圈，并且彼此以电感方式耦合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率的交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链的程度。一般指连接交流电源的线圈称之为“一次线圈”(PrimamaryCoil)；而跨于此线圈的电压称之为“一次电压”。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的“匝数比”所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。大部份的变压器均有固定的铁心，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁芯材料的高导磁性，大部份磁通量局限在铁心里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度的磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁心二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者的线圈匝数比相同。因此，变压器的匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统中的一种重要设备，升压变压器可以提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，我们可以这幺说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。5.2厂用变压器厂用变压器大多数采用双绕组无励磁调压辐向分裂方式。因运行环境条件要求，变压器须有较强的抗短路能力。产品设计上采取铁芯级间加装圆木撑条，绕组增加辅助撑条以及内衬硬纸筒保证其刚度。工艺上采取保证高、低压绕组同一高度，轴向可靠压紧，引线出头牢固夹持，垫块密化处理等措施，使其安全可靠。5.3变压器的保护变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时，由于电流、电压、油温等随之发生变化，通过这些突然变化来发现、判断变压器故障性质和范围，继而作出相应的反应和处理。11动作后的检查与处理继电保护动作后，如确认是速断保护动作，可暂时解除信号音响。如有瓦斯保护，先检查瓦斯保护是否动作，如未动作，说明故障点在变压器外部，重点检查变压器及高压断路器向变压器供电的线路，看电缆、母线是否有相间短路故障。此外，还应重点检查变压器高压引线有无明显故障点和其他明显异常现象，如变压器喷油、起火、温升过高等。如果发现是瓦斯动作，可基本判断故障在变压器内部。一是，当变压器绕组匝间与层间局部短路、铁芯绝缘不良，以及变压器严重漏油，油面下降，轻瓦斯均会动作；当变压器内部发生严重故障，如一次绕组故障造成相间短路，故障电流使变压器产生强烈气流和油流，冲击重瓦斯挡板，使重瓦斯动作，断路器掉闸并发出信号。二是，如当时变压器无明显异常，可收集变压器瓦斯气体，进一步分析、确定故障性质。收集到的气体若无色、无味，且不可燃，说明瓦斯继电器动作的原因是油内排出的空气引起；如果收集到的气体是黄色的，不易燃烧，说明是变压器木质部分故障；如气体是淡黄色带有强烈臭味并可燃的，则为绝缘纸或纸板故障；当气体为灰色或黑色易燃，则为绝缘油故障。对于室外变压器，可以打开瓦斯继电器的气阀，点燃从放气阀排出的气体，如果气体可燃，则将燃烧并发出明亮的火焰。需要注意的是当油开始从放气阀外溢出时，应迅速将放气阀关闭；对于室内变压器，应禁止在室内进行点燃试验；判断气体颜色要迅速，否则气体颜色会很快消失；取变压器瓦斯气体时应停电后进行。三是，如瓦斯保护动作仍未查明原因，为了进一步证实变压器是否为良好状态，可取出变压器油样作简化试验，看有无耐压降低和油闪点下降的现象。如仍然没有问题，应进一步检查瓦斯保护二次回路，看是否因瓦斯保护误动作，以证实继电保护的可靠性。变压器重瓦斯动作时，断路器掉闸，如未进行故障处理并未确实证明变压器无故障时，不可重新合闸送电。若发现是差动保护动