变配电所与备用电源基础知识

变配电所的种类：

民用建筑中变配电所位置的选择：

变配电所位置对变配电系统合理运行是非常重要，应根据下列要求综合考虑确定：

1)接近负荷中心。

2)进出线方便。

3)接近电源侧。

4)设备吊装，运输方便。

5)不应设在有剧烈振动的场所。

6)不宜设在多尘，水雾或有腐蚀性气体场所，如无法远离时，不应设在污源的下风侧。

7)不应设在厕所，浴室或其它经常积水场所的正下方或贴邻。

8)不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方和正下方。

9)变配电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。

10)高层建筑地下层变配电所的位置，宜选择在通风，散热条件较好的场所。

11)变配电所位于地下室或其它地下建筑时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。

室内变电所的组成与布置：

室内变电所的组成：

对于干式变压器，由于无油，无污染，无爆炸危险，因此，在变电所的布置上可以不要单独的变压器室，而将变压器放在低压配电室的一端。

1.高压配电室

高压配电室主要根据变压器高压侧的配电要求，安放高压电源进线及各种高压配电设备。

开关柜布置通常采用单列布置和双列布置，每种布置有靠墙和离墙两种排列。

对于高压配电柜离墙排列时，柜后离墙距离应不小于1m；柜间距离，单列排列时不小于2m，双列排列时不小于2.5m。

2.变压器室

变压器室主要用来安放电力变压器，当然也包括高压进线和低压配出线。

下图所示为安装油浸式变压器变电室的一种布置方案，其高压侧采用电缆进线，低压侧为母线配出。

当变电所有多台干式变压器布置在同一个变压器室内时，变压器防护外壳间的净距不应小于表5－2所列数值，表中的A和B如下图所示。

注：变压器外壳的门应为可拆卸式。当变压器外壳的门为不可拆卸式时其B值应是门扇的宽度c加变压器宽度b之和再加0.3m。

3.低压配电室

低压配电室主要是根据低压配电的要求配置各种低压配电设备，包括低压刀开关、低压断路器、低压配电母线或由这些配电设备组成的各种低压成套设备即低压配电柜。

低压配电柜为了便于维修，应尽量离墙安装。当采用成排布置且长度超过6m时，柜后的通道应有两个通向本室或其它房间的出口，并宜布置在通道的两边。当两个出口之间的距离超过15m时，其间还应增加出口。

4.值班室

对于有人值班的变配电所，应设单独的值班室（可兼做控制室）。

值班室与高压配电室应直通或经过走廊相通，值班室应有门直接通向户外或通向走廊。

当变配电所有低压配电室时，值班室可以与低压配电室合并，此时在值班人员经常工作的一面或一端，低压配电装置到墙的距离应不小于3m。

电力变压器：

电力变压器的容量标准及型号标注：

变压器的容量系列：我国在民用建筑中常用的R10容量系列—容量按 倍数增加。

电力变压器的型号标注包括相数、绝缘方式、导体材料、额定容量、额定电压等内容。常用的字符含义如下：

例：S9－500/10，表示：三相油浸自冷式铜线电力变压器，额定容量为500kVA，高压线圈电压为10kV，设计序号9。

SC9－1000/10，表示：三相环氧树脂浇注干式电力变压器，额定容量为1000kVA，高压线圈电压为10kV，设计序号9。

油浸式电力变压器：

三相油浸式电力变压器的结构如下图所示：

由于油浸式电力变压器内充有大量的可燃性绝缘油，会造成相应的污染，也存在着较大的火灾隐患，因此在民用建筑中应用受到了限制。

干式电力变压器：

目前我国使用的干式变压器主要是环氧树脂浇注式，占全国生产的干式变压器的95%以上。这种干式电力变压器具有绝缘强度高、抗短路强度大、防灾性能突出、环保性能优越、免维护、运行损耗低、运行效率高、噪声低、体积小、重量轻、不需单独的变压器室、安装方便、无需调试等特点，适合组成成套变电站深入负荷中心，使用于高层建筑、地铁、隧道等场所及其它防火要求较高的场合。

从结构上讲，干式变压器很简单，如图所示。它由铁芯、低压绕组、高压绕组、低压端子、高压端子、弹性垫块、夹件和小车以及填料型树脂绝缘等部分组成。

各类电力变压器性能对比

电力变压器的选择：

1.变压器类型的选择：

一类高、低层主体建筑内，严禁设置装有可燃性油的电气设备的变配电所。

二类高、低层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变配电所。

因此，设置在一类高、低层主体建筑中的变压器，应选用干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低层主体建筑中也宜如此。

2.变压器联接组别的选择

10kV/0.40kV/0.23kV系统电力变压器的联接组别一般有Y，yn12和D，yn11两种。具有下列情况之一者，宜选用D，yn11型变压器：

1)三相不平衡负荷超过变压器每相额定功率的15%以上者。

2)需要提高单相短路电流值，确保低压单相接地保护装置动作灵敏度者。

3)需要限制三次谐波含量者。

3.变压器台数的选择

主要是根据用电负荷对供电可靠性的要求，也就是用电负荷的级别来决定。

有大量的一级负荷或者虽为二级负荷但从保安角度(如消防等)需设置时都应选择两台变压器。

当季节性负荷比较大时，也可以选择两台变压器。

4.变压器容量的选择

1)只装有一台变压器的变电所

主变压器的容量SN应满足全部用电设备总计算负荷SC的需要，即：SN≥SC。

2)装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量SN应该同时满足以下两个条件：

(1) 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷70%的需要，即：SN≥0.7SC

(2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级计算负荷SC(I,II)的需要，即：SN≥SC(I,II)

3)低压为0.4kV变电所中单台变压器的容量不宜大于1000kVA，当用电设备容量较大，负荷集中且运行合理时，可采用较大容量主变压器。

例：已知一民用建筑总计算负荷Sc=890kVA，其中一、二级负荷SI,II=600kVA，若在主体建筑内设置变电所，试选择变压器。

解：1.变压器台数选择：因有大量的一、二级计算负荷，为满足供电可靠性要求，应选择两台变压器。

2.变压器容量选择：

1)单台变压器的容量：

SN≥0.7×Sc=0.7×890=623(kVA)

2)单台变压器的容量SN≥SI,II=600(kVA)

所以可选择单台变压器的容量为630kVA，满足上述两个条件。

3.考虑到主体建筑内设置的变电所，应选择干式变压器，查表选择SC9-630/10/0.4变压器两台。

自备应急柴油发电机组：

属于下列情况之一者，宜设自备应急柴油发电机组：

1.为保证一级负荷中特别重要负荷用电。

2.用电负荷为一级负荷，但从市电取得第二电源有困难或技术经济不合理时。

柴油发电机组的组成：

基本型柴油发电机组成：

柴油发电机组分类：

柴油发电机组按功能可分为普通型、自起动型和自动化型三种：

1.普通机组需要人工操作控制启停。

2.自起动机组能够在市电中断供电时单台机组自动启动，并在15秒内向负荷供电。而当市电恢复正常后自动切换至市电并自动延时停机。

3.自动化机组按国家标准规定可以分为1、2、3三个等级：

1) 1级具有自启动、自投入、自保护、自动停机功能，并可无人值守连续工作4个小时；

2)2级除能达到1级的全部要求外，还应能自动补给，实现无人值守240小时；

3)3级除能达到2级的全部要求外，还应能自动转移启动命令，具有自动并列、自动解列功能，能够实现自动调频调载。

随着计算机及网络技术的发展以及柴油发电机组控制的需要，出现了与计算机通信，接受计算机控制的智能型机组，实现遥控、遥测、遥信功能。

柴油发电机组特性：

柴机发电机组应始终处于准备启动状态，当市电中断时，机组应立即启动，并在15秒内投入正常带负荷运行。机组应与电力系统连锁，不得与其并列运行。当市电恢复时，机组应自动退出工作并延时停机。

一般情况下柴油发电机组起动及供电特性如下图所示。

在柴油发电机起动之后不要立即将全部负荷投入，而要根据负荷的性质，分时投入。一般应先起动大容量电动机，然后再依次起动中小容量电动机。

对于负载大且负载变化也较大的场合，采用多台柴油发电机组的并联运行的方式要比采用单台大容量机组经济合理，可以根据负载的大小调整投入运行的台数，而且当一台机组检修或发生故障时，其它机组仍可向负载供电，这样即提高供电的可靠性，保证供电质量，又可以提高系统运行的灵活性。

在机组并列运行时一般采用手动准同期。若两台自启动机组需并列运行时，应采用自动同期，在机组间同期后再向负荷供电。

按《民用建筑电气设计规范》规定：

柴油发电机组的容量与台数应根据应急负荷大小和投入顺序以及单台电动机最大起动容量等因素综合考虑确定。当应急负荷较大时，可采用多机并列运行，机组台数宜为2~4台。

单台发电机容量的选择：

初步设计阶段可按供电变压器容量的10%～20%来估算柴油发电机组的容量；

施工图阶段可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量，按下列方法计算的最大容量确定：

1)按稳定负荷计算发电机容量；

2)按最大的单台电动机或成组电动机的需要计算发电机的容量；

3)按启动电动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。

当有电梯负荷时，在全压起动最大容量笼型电动机情况下，发电机母线电压不应低于额定电压的80%；

当无电梯负荷时，其母线电压不应低于额定电压的75%。

不间断电源系统：

不间断电源由整流器、逆变器、交流静态开关和蓄电池组等部分组成。其结构框图如下图所示。

符合下列情况之一时，应设置不间断电源装置：

1.当用电负荷不允许中断供电时；

2.允许中断时间为毫秒级的重要场所的应急备用电源。

不间断电源的分类：

不间断电源按容量的大小可分为：

1.小型不间断电源，其容量在1000VA及以下。

其输入电压为交流220V，可做为微型计算机（一般单机功耗为200～300W）和精密电子仪器配套使用的备用电源。

2.中型不间断电源，其容量在2～15kVA。

其输入电压亦为交流220V，广泛应用于计算机系统、航空管理系统、卫星系统、精密含仪器、科研、医院、银行等系统中，做为不间断电源。

3.大型不间断电源，其容量在20kVA及以上。

其输入电压为交流380V，主要为计算机系统、卫星通讯系统、精密仪器仪表、高灵敏度用电设备提供连续、稳定、可靠干净的交流电源。

不间断电源按其工作方式可以分为后备式和在线式。

后备式不间断电源的优点是电网正常情况下逆变器不工作，所以损耗较低，但由于电网与逆变器之间供电的转换需要一定的时间，一般为几十毫秒，因此对于供电可靠性要求严格的负载，这种不间断电源不能满足要求。

在线式不间断电源：

平时是由电网通过不间断电源的整流电路向逆变电路提供直流电源，并由逆变电路向负载提供交流电源，电能的传输如上图(a)中虚线所示；当电网供电中断时，改由蓄电池经逆变电路向负载提供交流电源，电能的传输如(b)图中虚线所示。

由于在线式不间断电源在电网供电与逆变器供电之间不需要转换开关切换，所以没有停电间隔，这是在线式不间断电源的最大优点，但由于电网正常时也需经逆变器向负载供电，因此损耗较大。在上图中的交流旁路的作用是在电池电压降低或不间断电源故障退出运行的情况下，将负载直接接入电网。

不间断电源系统：

根据用电可靠性、连续性、稳定性和电源诸参数质量的要求，不间断电源系统可以分为单一式、并联式和冗余式三种。

单一式不间断电源系统是指只有一个不间断电源装置的不间断电源系统；

并联式不间断电源系统是指两个及以上不间断电源装置并联运行构成的不间断电源系统，如上图。

冗余式不间断电源系统是指有冗余不间断电源装置的不间断电源系统。

不间断电源的选择：

1.不间断电源的输出功率应按下列条件选择：

1)不间断电源设备对电子计算机供电时，其输出功率应大于电子计算机各设备额定功率总和的1.2倍；对于其它用电设备供电时，为最大计算负荷的1.3倍。

2)负荷的最大冲击电流不应大于不间断电源设备的额定电流的150%。

不间断电源使用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性，一般要求蓄电池供电时间在10分钟左右。

2.蓄电池的选择：

蓄电池组容量的选择应根据电网停电后不间断电源维持时间的长短要求选择，其放电时间的选择条件为：

1)为保证用电设备在交流输入发生故障后按照操作顺序进行停机时，额定放电时间可按停机所需最长时间来确定，一般可取8min~15min。

2)有备用电源时，为保证电网停电后用电设备的连续性并等待备用电源投入，额定放电时间一般可取10min~30min。

3)如有特殊要求，放电时间可根据负荷性质决定。