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變配電所與備用電源基礎(chǔ)知識

變配電所的種類：

民用建筑中變配電所位置的選擇：

變配電所位置對變配電系統(tǒng)合理運行是非常重要，應(yīng)根據(jù)下列要求綜合考慮確定：

1)接近負(fù)荷中心。

2)進(jìn)出線方便。

3)接近電源側(cè)。

4)設(shè)備吊裝，運輸方便。

5)不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動的場所。

6)不宜設(shè)在多塵，水霧或有腐蝕性氣體場所，如無法遠(yuǎn)離時，不應(yīng)設(shè)在污源的下風(fēng)側(cè)。

7)不應(yīng)設(shè)在廁所，浴室或其它經(jīng)常積水場所的正下方或貼鄰。

8)不應(yīng)設(shè)在爆炸危險場所以內(nèi)和不宜設(shè)在有火災(zāi)危險場所的正上方和正下方。

9)變配電所為獨立建筑物時，不宜設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所。

10)高層建筑地下層變配電所的位置，宜選擇在通風(fēng)，散熱條件較好的場所。

11)變配電所位于地下室或其它地下建筑時，不宜設(shè)在最底層。當(dāng)?shù)叵聝H有一層時，應(yīng)采取適當(dāng)抬高該所地面等防水措施。

室內(nèi)變電所的組成與布置：

室內(nèi)變電所的組成：

對于干式變壓器，由于無油，無污染，無爆炸危險，因此，在變電所的布置上可以不要單獨的變壓器室，而將變壓器放在低壓配電室的一端。

1.高壓配電室

高壓配電室主要根據(jù)變壓器高壓側(cè)的配電要求，安放高壓電源進(jìn)線及各種高壓配電設(shè)備。

開關(guān)柜布置通常采用單列布置和雙列布置，每種布置有靠墻和離墻兩種排列。

對于高壓配電柜離墻排列時，柜后離墻距離應(yīng)不小于1m；柜間距離，單列排列時不小于2m，雙列排列時不小于2.5m。

2.變壓器室

變壓器室主要用來安放電力變壓器，當(dāng)然也包括高壓進(jìn)線和低壓配出線。

下圖所示為安裝油浸式變壓器變電室的一種布置方案，其高壓側(cè)采用電纜進(jìn)線，低壓側(cè)為母線配出。

當(dāng)變電所有多臺干式變壓器布置在同一個變壓器室內(nèi)時，變壓器防護外殼間的凈距不應(yīng)小于表5－2所列數(shù)值，表中的A和B如下圖所示。

注：變壓器外殼的門應(yīng)為可拆卸式。當(dāng)變壓器外殼的門為不可拆卸式時其B值應(yīng)是門扇的寬度c加變壓器寬度b之和再加0.3m。

3.低壓配電室

低壓配電室主要是根據(jù)低壓配電的要求配置各種低壓配電設(shè)備，包括低壓刀開關(guān)、低壓斷路器、低壓配電母線或由這些配電設(shè)備組成的各種低壓成套設(shè)備即低壓配電柜。

低壓配電柜為了便于維修，應(yīng)盡量離墻安裝。當(dāng)采用成排布置且長度超過6m時，柜后的通道應(yīng)有兩個通向本室或其它房間的出口，并宜布置在通道的兩邊。當(dāng)兩個出口之間的距離超過15m時，其間還應(yīng)增加出口。

4.值班室

對于有人值班的變配電所，應(yīng)設(shè)單獨的值班室（可兼做控制室）。

值班室與高壓配電室應(yīng)直通或經(jīng)過走廊相通，值班室應(yīng)有門直接通向戶外或通向走廊。

當(dāng)變配電所有低壓配電室時，值班室可以與低壓配電室合并，此時在值班人員經(jīng)常工作的一面或一端，低壓配電裝置到墻的距離應(yīng)不小于3m。

電力變壓器：

電力變壓器的容量標(biāo)準(zhǔn)及型號標(biāo)注：

變壓器的容量系列：我國在民用建筑中常用的R10容量系列—容量按倍數(shù)增加。

電力變壓器的型號標(biāo)注包括相數(shù)、絕緣方式、導(dǎo)體材料、額定容量、額定電壓等內(nèi)容。常用的字符含義如下：

例：S9－500/10，表示：三相油浸自冷式銅線電力變壓器，額定容量為500kVA，高壓線圈電壓為10kV，設(shè)計序號9。

SC9－1000/10，表示：三相環(huán)氧樹脂澆注干式電力變壓器，額定容量為1000kVA，高壓線圈電壓為10kV，設(shè)計序號9。

油浸式電力變壓器：

三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

由于油浸式電力變壓器內(nèi)充有大量的可燃性絕緣油，會造成相應(yīng)的污染，也存在著較大的火災(zāi)隱患，因此在民用建筑中應(yīng)用受到了限制。

干式電力變壓器：

目前我國使用的干式變壓器主要是環(huán)氧樹脂澆注式，占全國生產(chǎn)的干式變壓器的95%以上。這種干式電力變壓器具有絕緣強度高、抗短路強度大、防災(zāi)性能突出、環(huán)保性能優(yōu)越、免維護、運行損耗低、運行效率高、噪聲低、體積小、重量輕、不需單獨的變壓器室、安裝方便、無需調(diào)試等特點，適合組成成套變電站深入負(fù)荷中心，使用于高層建筑、地鐵、隧道等場所及其它防火要求較高的場合。

從結(jié)構(gòu)上講，干式變壓器很簡單，如圖所示。它由鐵芯、低壓繞組、高壓繞組、低壓端子、高壓端子、彈性墊塊、夾件和小車以及填料型樹脂絕緣等部分組成。

各類電力變壓器性能對比

電力變壓器的選擇：

1.變壓器類型的選擇：

一類高、低層主體建筑內(nèi)，嚴(yán)禁設(shè)置裝有可燃性油的電氣設(shè)備的變配電所。

二類高、低層主體建筑內(nèi)不宜設(shè)置裝有可燃性油的電氣設(shè)備的變配電所。

因此，設(shè)置在一類高、低層主體建筑中的變壓器，應(yīng)選用干式、氣體絕緣或非可燃性液體絕緣的變壓器；二類高、低層主體建筑中也宜如此。

2.變壓器聯(lián)接組別的選擇

10kV/0.40kV/0.23kV系統(tǒng)電力變壓器的聯(lián)接組別一般有Y，yn12和D，yn11兩種。具有下列情況之一者，宜選用D，yn11型變壓器：

1)三相不平衡負(fù)荷超過變壓器每相額定功率的15%以上者。

2)需要提高單相短路電流值，確保低壓單相接地保護裝置動作靈敏度者。

3)需要限制三次諧波含量者。

3.變壓器臺數(shù)的選擇

主要是根據(jù)用電負(fù)荷對供電可靠性的要求，也就是用電負(fù)荷的級別來決定。

有大量的一級負(fù)荷或者雖為二級負(fù)荷但從保安角度(如消防等)需設(shè)置時都應(yīng)選擇兩臺變壓器。

當(dāng)季節(jié)性負(fù)荷比較大時，也可以選擇兩臺變壓器。

4.變壓器容量的選擇

1)只裝有一臺變壓器的變電所

主變壓器的容量SN應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負(fù)荷SC的需要，即：SN≥SC。

2)裝有兩臺變壓器的變電所

每臺變壓器的容量SN應(yīng)該同時滿足以下兩個條件：

(1) 任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負(fù)荷70%的需要，即：SN≥0.7SC

(2) 任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級計算負(fù)荷SC(I,II)的需要，即：SN≥SC(I,II)

3)低壓為0.4kV變電所中單臺變壓器的容量不宜大于1000kVA，當(dāng)用電設(shè)備容量較大，負(fù)荷集中且運行合理時，可采用較大容量主變壓器。

例：已知一民用建筑總計算負(fù)荷Sc=890kVA，其中一、二級負(fù)荷SI,II=600kVA，若在主體建筑內(nèi)設(shè)置變電所，試選擇變壓器。

解：1.變壓器臺數(shù)選擇：因有大量的一、二級計算負(fù)荷，為滿足供電可靠性要求，應(yīng)選擇兩臺變壓器。

2.變壓器容量選擇：

1)單臺變壓器的容量：

SN≥0.7×Sc=0.7×890=623(kVA)

2)單臺變壓器的容量SN≥SI,II=600(kVA)

所以可選擇單臺變壓器的容量為630kVA，滿足上述兩個條件。

3.考慮到主體建筑內(nèi)設(shè)置的變電所，應(yīng)選擇干式變壓器，查表選擇SC9-630/10/0.4變壓器兩臺。

自備應(yīng)急柴油發(fā)電機組：

屬于下列情況之一者，宜設(shè)自備應(yīng)急柴油發(fā)電機組：

1.為保證一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷用電。

2.用電負(fù)荷為一級負(fù)荷，但從市電取得第二電源有困難或技術(shù)經(jīng)濟不合理時。

柴油發(fā)電機組的組成：

基本型柴油發(fā)電機組成：

柴油發(fā)電機組分類：

柴油發(fā)電機組按功能可分為普通型、自起動型和自動化型三種：

1.普通機組需要人工操作控制啟停。

2.自起動機組能夠在市電中斷供電時單臺機組自動啟動，并在15秒內(nèi)向負(fù)荷供電。而當(dāng)市電恢復(fù)正常后自動切換至市電并自動延時停機。

3.自動化機組按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以分為1、2、3三個等級：

1) 1級具有自啟動、自投入、自保護、自動停機功能，并可無人值守連續(xù)工作4個小時；

2)2級除能達(dá)到1級的全部要求外，還應(yīng)能自動補給，實現(xiàn)無人值守240小時；

3)3級除能達(dá)到2級的全部要求外，還應(yīng)能自動轉(zhuǎn)移啟動命令，具有自動并列、自動解列功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)頻調(diào)載。

隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及柴油發(fā)電機組控制的需要，出現(xiàn)了與計算機通信，接受計算機控制的智能型機組，實現(xiàn)遙控、遙測、遙信功能。

柴油發(fā)電機組特性：

柴機發(fā)電機組應(yīng)始終處于準(zhǔn)備啟動狀態(tài)，當(dāng)市電中斷時，機組應(yīng)立即啟動，并在15秒內(nèi)投入正常帶負(fù)荷運行。機組應(yīng)與電力系統(tǒng)連鎖，不得與其并列運行。當(dāng)市電恢復(fù)時，機組應(yīng)自動退出工作并延時停機。

一般情況下柴油發(fā)電機組起動及供電特性如下圖所示。

在柴油發(fā)電機起動之后不要立即將全部負(fù)荷投入，而要根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)，分時投入。一般應(yīng)先起動大容量電動機，然后再依次起動中小容量電動機。

對于負(fù)載大且負(fù)載變化也較大的場合，采用多臺柴油發(fā)電機組的并聯(lián)運行的方式要比采用單臺大容量機組經(jīng)濟合理，可以根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)整投入運行的臺數(shù)，而且當(dāng)一臺機組檢修或發(fā)生故障時，其它機組仍可向負(fù)載供電，這樣即提高供電的可靠性，保證供電質(zhì)量，又可以提高系統(tǒng)運行的靈活性。

在機組并列運行時一般采用手動準(zhǔn)同期。若兩臺自啟動機組需并列運行時，應(yīng)采用自動同期，在機組間同期后再向負(fù)荷供電。

按《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：

柴油發(fā)電機組的容量與臺數(shù)應(yīng)根據(jù)應(yīng)急負(fù)荷大小和投入順序以及單臺電動機最大起動容量等因素綜合考慮確定。當(dāng)應(yīng)急負(fù)荷較大時，可采用多機并列運行，機組臺數(shù)宜為2~4臺。

單臺發(fā)電機容量的選擇：

初步設(shè)計階段可按供電變壓器容量的10%～20%來估算柴油發(fā)電機組的容量；

施工圖階段可根據(jù)一級負(fù)荷、消防負(fù)荷以及某些重要的二級負(fù)荷容量，按下列方法計算的最大容量確定：

1)按穩(wěn)定負(fù)荷計算發(fā)電機容量；

2)按最大的單臺電動機或成組電動機的需要計算發(fā)電機的容量；

3)按啟動電動機時，發(fā)電機母線允許電壓降計算發(fā)電機容量。

當(dāng)有電梯負(fù)荷時，在全壓起動最大容量籠型電動機情況下，發(fā)電機母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的80%；

當(dāng)無電梯負(fù)荷時，其母線電壓不應(yīng)低于額定電壓的75%。

不間斷電源系統(tǒng)：

不間斷電源由整流器、逆變器、交流靜態(tài)開關(guān)和蓄電池組等部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。

符合下列情況之一時，應(yīng)設(shè)置不間斷電源裝置：

1.當(dāng)用電負(fù)荷不允許中斷供電時；

2.允許中斷時間為毫秒級的重要場所的應(yīng)急備用電源。

不間斷電源的分類：

不間斷電源按容量的大小可分為：

1.小型不間斷電源，其容量在1000VA及以下。

其輸入電壓為交流220V，可做為微型計算機（一般單機功耗為200～300W）和精密電子儀器配套使用的備用電源。

2.中型不間斷電源，其容量在2～15kVA。

其輸入電壓亦為交流220V，廣泛應(yīng)用于計算機系統(tǒng)、航空管理系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、精密含儀器、科研、醫(yī)院、銀行等系統(tǒng)中，做為不間斷電源。

3.大型不間斷電源，其容量在20kVA及以上。

其輸入電壓為交流380V，主要為計算機系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、精密儀器儀表、高靈敏度用電設(shè)備提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠干凈的交流電源。

不間斷電源按其工作方式可以分為后備式和在線式。

后備式不間斷電源的優(yōu)點是電網(wǎng)正常情況下逆變器不工作，所以損耗較低，但由于電網(wǎng)與逆變器之間供電的轉(zhuǎn)換需要一定的時間，一般為幾十毫秒，因此對于供電可靠性要求嚴(yán)格的負(fù)載，這種不間斷電源不能滿足要求。

在線式不間斷電源：

平時是由電網(wǎng)通過不間斷電源的整流電路向逆變電路提供直流電源，并由逆變電路向負(fù)載提供交流電源，電能的傳輸如上圖(a)中虛線所示；當(dāng)電網(wǎng)供電中斷時，改由蓄電池經(jīng)逆變電路向負(fù)載提供交流電源，電能的傳輸如(b)圖中虛線所示。

由于在線式不間斷電源在電網(wǎng)供電與逆變器供電之間不需要轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，所以沒有停電間隔，這是在線式不間斷電源的最大優(yōu)點，但由于電網(wǎng)正常時也需經(jīng)逆變器向負(fù)載供電，因此損耗較大。在上圖中的交流旁路的作用是在電池電壓降低或不間斷電源故障退出運行的情況下，將負(fù)載直接接入電網(wǎng)。

不間斷電源系統(tǒng)：

根據(jù)用電可靠性、連續(xù)性、穩(wěn)定性和電源諸參數(shù)質(zhì)量的要求，不間斷電源系統(tǒng)可以分為單一式、并聯(lián)式和冗余式三種。

單一式不間斷電源系統(tǒng)是指只有一個不間斷電源裝置的不間斷電源系統(tǒng)；