文献综述
电气工程及其自动化
冷镦车间变电所电气设计
1、前言
变电所(substation)就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。
为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。
电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。这些变电所按电压等级可分为中
压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110～220千伏）、超高压变电所（330～765千伏）和特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流
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系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 ～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。
现代工业生产中，电能以既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的
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能量以供应用；而且电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化的优势在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
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因而，工厂变电所设计的研究意义已经不仅仅只局限于有其深刻的理论意义，而且有重要的工厂实际应用。在工厂变电所理论与方法的研究和应用中，特别是在工厂实际应用中，也存在一定的可行性的试验问题。首先，必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策，做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品；再次，应根据工厂特点、规模和发展规划，正确处理近期建设生产与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性；最后，按负荷性质、用电容量、地区供电条件等，合理制定设计方案，工厂变电所设计是整个工厂设计中的重要组成部分。理论结合实际依然是不变的真理，工厂变电所设计也依然是世界工业化进程中不断更新发展的重大课题之一。
2、冷镦车间变电所设计的相关技术参数
2.1车间的负荷计算及无功补偿 2.1.1车间的负荷计算
供电系统要能安全可靠的正常运行，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。
通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择选择供电系统中各元件的负荷值，称
为计算负荷（calculated load）。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算机负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本次设计将采用需要系数法予以确定。所用公式有：
有计算负荷为 P30?Pe?Kd （2-1） 无功计算负荷为 Q30?P 30?tan? （2-2）视在计算负荷为 S30?P30/cos??（2-3） P30?Q30
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计算电流为 I30?S30/3UN （2-4） 2.1.2无功功率补偿
工厂中由于有大量的异步电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性
的电力变压器，从而使功率因数降低。提高功率因数的方法很多，可分两大类，即提高自然
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功率因数的方法和人工补偿无功功率提高功率因数的方法。
①、提高自然功率因数的方法：工矿企业中消耗的无功功率，异步电动机约占70%
，变压器约占20%，线路等占10%，所以要合理选择电动机和变压器，使电动机平均负荷为其额定功率45%以上，变压器负荷率为60%以上，如能达到75%-85%时更为合适。
②、无功功率的人工补偿装置：工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功
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率，常有3种方法：
1）、高压集中补偿 2）、低压集中补偿 3）、低压分散补偿 ③、并联电容器选择的计算 1）无功功率补偿容量计算
QC?Q30?Q'30?P30?(tan??tan?')??qC?P30 （2-5）
2）并联电容个数计算
n?QC/qC （2-6）
2.2车间变电所的所址和型式 2.2.1变电所的位置选择的一般原则
变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定：
1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。
3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。
4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。 5）不应设在有剧烈振动或者高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施。 6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污源的下风侧。 7）不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。 8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。
9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。 本车间变电所已给出，位于车间的东北角。 2.2.2车间变电所的型式
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车间变电所主要有以下两种类型的变电所： 车间附设变电所
内附式变电所要占用一定的车间面积，但其在车间内部，故对车间外观没有影响。外附式变电所在车间的外部，不占用车间面积，便于车间设备的布置，而且安全性也比内附式变电所要高一些。
车间内变电所
变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优选用屋内式。
由于屋内式优点众多，本设计可采用屋内式。 2.3车间变电所主变压器型式，容量和台数及主结线方案 2.3.1车间变电所主变压器型式
电力变压器（power transformer，文字符号为T或TM），是变电所中最关键的一次设备，
其主要功能是将电力系统的电能电压升高或者降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。
在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已
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被淘汰，不再采用。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；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、S10-M、S11、S11-M等）；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的场所，宜采用干式电力变压器（SC、SCZ、SG3、SG10、SC6等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7、SFSZ、SGZ3等）。 2.3.2车间变电所容量和台数
选择主变压器台数时应考虑下列原则：
1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变压所，应采用两
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台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
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2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用
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。但是负荷集中且容量相当大
的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
变电所主变压器容量的选择：
1、只装一台主变压器的变电所：主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即 SN.T?S30 （2-7）
2、装有两台主变压器的变电所：每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：
1）任何一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%-70T 需要，即
SN.T?(0.6~0.7)?S30 （2-8）
2）任何一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即
SN.T?S30(????) （2-9）
3、车间变电所住变压器的单台容量上限：车间变电所主要变压器的单台容量，一般不宜
大于1000kVA。
4、适当考虑负荷的发展：应适当考虑今后5-10年电力负荷的增长，留有一定的余地。
2.3.3车间变电所主结线方案
对变配电所主接线有下列要求：
1）安全 符合有关国家标准和技术规范要求，以确保人身和设备安全。 2）可靠 满足用电负荷对供电可靠性的要求。
3）灵活 适应必要的各种运行方式，且能适应负荷的发展。
4）经济 在满足上述要求的前提下，尽量减少投资，节约电能及有色金属的消耗
本车间变电所只装有一台主变压器，这种情况下，高压侧一般采用隔离开关——断路器的变电所主结线方式。这种主结线采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活、方便。而且，在发生短路时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，若短路故障消失，则能及时合闸恢复供电。
本车间的配电线路采用动照明合一的380/220V三相四线制TN-C。由于本车间用电设备较多，排列整齐，且均属于第三类负荷，故经综合考虑后采用树干式结线方式。这种结线方式具有以下优点：多数情况下，能减少线路的有色金属耗量，采用的开关数量少，投资省。
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