毕业设计13.变压器台数及容量的确定

第3章 变压器台数及容量的确定

3.1变压器台数的确定

下述情况可考虑选两台或两台以上主变压器：

1.一、二级负荷数量较大，对可靠性要求较高时；

2.工厂有大型冲击负荷（如大型高压电动机，电弧炉等），为减少对其它负荷影响有必要单独设置变压器时；

3.工厂负荷极不均衡，选两台主变压器可以大量降低电能损耗，使设置两台变压器增多的设备投资，可在3～5年内由节约的电能电费中收回时；

4.原设一台主变压器的变电所，由于负荷增容但又不能更换大容量变压器时；

5.分期建设的大型企业，为节省初期投资，提高变压器运行效率，可分期投入2～3台主变压器来代替一台大型变压器。

由于总降压变电所的变压器对投资影响很大，变压器台数多，使开关电器及辅助材料消耗增多，并使接线复杂，增加运行维护工作量。因此，总降压变电所一般装设1～2台主变压器。当选用一台变压器时，其容量应较全厂总视在计算负荷留15%裕量，以提高运行效率。当装设两台主变压器时，其容量应满足一台变压器停止工作时，另一台仍能保证对一、二级负荷供电。

由于本厂二级负荷比较多，为提高供电可靠性，选择二台变压器对工厂供电。

3.2主变压器容量的确定

3.2.1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.N T S 应满足全部用电设备总计算负荷30S 的需要，即

.30N T S S ≥ (3-7)

2.装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量.N T S 应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30S 的大约60%~70%的需要，即

.30(0.6~0.7)N T S S = （3-8）

2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

.30()N T S S +≥ⅠⅡ （3-9）

3．根据本厂实际情况，选择本厂主变压器的的容量

由于本厂采用的是两台变压器供电，所以所选变压器的容量必须满足（3-8）、（3-9）两式的要求。

因为本厂没有一级负荷，所以有.30()N T S S ≥Ⅱ

已知：

3010.101220.9520.9533.8 3.0 3.0 2.25

3.520.078.7589.672.0121516.816.5

430.2

P =++++++++++++++++=（Ⅱ） 3017.4720.7636.2436.2458.47 5.19 5.19 2.80

6.0680.3391.3954 6.111.2512.616.83

460.92

Q =+++++++++++++++=（Ⅱ） 所以：

（1

）30630.49var S k ===（Ⅱ）

.30()N T S S ≥Ⅱ=630.49KV A

（2）.300.70.71071.98750.39var N T S S k ==?=

.N T S 取800KV A

根据户外变压器的实际容量（出力）：.20100

T N T S S θ-=av （1-），而户内变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出大约8℃，因此户内变压器的实际容量（出力）较之上式还要减小8%，所以有NT av T S S )1002092.0(--

=θ，θav =33.5℃，若选容量为800kV A 的变压器，则：

NT av T S S )10020

92.0(--=θ=628800)135.092.0(=?-KV A

可见显然小于750.39的要求，所以我们选择1000kV A 及其以上容量的变压器。

3.2.2对变压器容量的选取进行经济比较：

1）、对于经济比较的相关内容

工厂供电设计不仅要满足生产工艺提出的各项具体要求，保证安全可靠地提供电能，而且力求经济合理，投资少，运行费用低。这就需要对几个切实可行的

设计方案进行技术和经济的比较，选择一个技术上最佳和经济合理的方案。

技术经济比较，一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三方面。

1.技术指标的主要内容

1.供电的可靠性与运行的灵活性；

2.电能质量；

3.运行管理、维护检修条件；

4.交通运输及施工条件；

5.有无发展条件；

6.其他方面的有利及不利条件。

2.经济计算

经济计算包括基本建设投资和年运行费用两大项：

（1）基建投资Z

基建投资一般采用供配电系统中各主要设备从订货到安装完成所需的全部工程费用的综合投资指标表示。 综合投资，包括设备本体价值、辅助设备及配件、材料费、设备的实验调整费用。土建及安装费用，也包括设备的运杂费。各类设备的中华投资指标见表2-4至2-17。

b l Z Z Z =+ （3-7）

式中 b Z ——变电所综合投资，包括变压器、开关设备、配电装置等综合投资（万元）

l Z ——线路综合投资（万元）

（2）年运行费A F

年运行费是指设备投入运行后维持正常运行每年所付出的费用，一般包括以下四项：

1）设备的折旧费用Fz ，

供电系统的各种设备在运行期间将逐年陈旧、老化，因此，每一个设备过了 一定的使用年限，就需要更换性的设备，更新设备的费用，要靠工厂在原设备使用年限内逐年积累。对每一设备每年所必须提存的资金称为折旧费，折旧费一般按设备投资的一个百分点提取。这个百分比称为折旧率1C 。电力工程各类装置的折旧率见表2-18（第23页）

折旧费按下式计算：

1Z F Z C =?(万元/年) （3-8）

2）设备维护管理费Fw

为使供电系统保持良好的性能和正常运行，必须对各项设备经常进行维护检修和管理，为此需配备各种维修管理人员。设备维修管理所需的设备及交通工具等所需的费用统称为设备的维修管理费，一般也按设备投资的百分数计算，这个百分比称为维修管理费率C2。C2值维修管理费按下式计算：

2W F Z C =?万元/年 （3-9）

3）年电能损耗费A F

包括各变压器年电能损耗费和线路年损耗费，按下式计算：

4()10A b x F W W β-=∑?+∑?? 万元/年 （3-10）

式中 β——每度电价（元/度），按当地电业局规定定价计算

b W ∑?——全厂供电配电系统变压器全年电能损耗总和（千瓦-小时）

x W ∑?——全厂1千伏以上配电线路全年电能损耗总和（千瓦-小时）

2()js

b o d e s W P t P s τ?=?+?千瓦?小时 （3-11）

式中 o P ?——变压器空载有功损耗 千瓦

d P ?——变压器短路有功损耗 千瓦

x x W P τ?=?千瓦?小时

t ——变压器全年内投入运行小时数，可取8760小时。

js s ——变压器计算负荷 千伏安

e s ——变压器额定容量 千伏安

x P ?——三相线路中有功功率损耗 千瓦

τ——最大负荷年损耗小时数，可按工厂最大负荷利用小时数Tmax 及功率因数cos ?求得表（3-1）

4）年基本电价费J F

工厂大多数皆按大宗工业用电计算电费，为二部电价制。年基本电价费是根据与供电部门鉴定的计费办法协议收取，用下式计算：

J F =12?基本电价?总降压变电所主变压器总容量（或有电负荷 设备容量；或最大需用负荷）?410-（万元/年） （3-12） 整个供电系统的年运行费F 为

Z W A J F F F F F =+++ （3-13）

3.经济比较与方案确定

总降压变电所由于电气主结线方案不同相应的电气设备规格型号也不同，所以其基建投资和年运行费用也有差别。对于配电系统，由于总降压变电所位置不同或配电线路的路径和结构不同，可以提出很多种设计方案，对于这多种方案可以先进行简单的技术经济分析，淘汰一些明显不合理或技术经济指标不够理想的方案，选择2-3个较佳方案进行详细的技术经济比较，最后确定一个技术经济都较好的方案。

方案的经济计算相同部分有时可不计算。

在算出基建投资Z 和年运行费F 以后，如有两个方案在技术上相当，则一般应优先采用投资和年运行费均较小的方案。

若两个方案中第一方案基建投资高而年运行费低；第二方案投资低而运行费高，则需用抵偿年限T 来决定，抵偿年限表示多投资的费用需几年方能从节约的运行费中收回。

1221

Z Z T F F -=- （3-14） 式中 1Z 、2Z ——第一、二方案的基建投资

1F 、2F ——第一、二方案的年运行费

算得的抵偿年限T 与国家根据国民经济发展、资金合理运用而统一规定的标准抵偿年限B T 比较。如B T T ＞，则采用基建投资小的方法；如B T T ＜，则采用投资大而年运行费小的方案。如无法取得B T 的确切资料时，可暂按5年考虑。 如果技术上相当的方案数目超过两项时，为了便于比较，常采用计算费用最小的方法。

js B

Z F F T =+ （3-15） 式中 js F ——计算费用

将各个方案的js F 算出后，取其中js F 最小的方案即为经济想最佳的方案。

2）、对本厂实际情况的进行技术经济比较

工厂供电设计不仅要满足生产工艺提出的各项具体要求，保证安全可靠地供电，而且力求经济合理，投资少，运行费用低。这就要求对几个切实可行的方案进行经济和技术的比较。选择在技术和经济上最合理的方案。

经济技术比较，一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量，在本设计中，最终确定的是变压器容量，其他技术指标与有色金属消耗量相同，所以我们要比较的是经济计算。

在经济比较中，我们考虑的是变压器，对于两者区别如下表：

以下是两者的经济比较：

方案I ：采用11S －M 三相油浸式1000KV ·A 的变压器，单价9.41万元

方案II ：采用11S －M 三相油浸式1250KV ·A 的变压器，单价10.85万元

1. 基本投资 b l Z Z Z =+

① 线路综合投资l Z 相同，不作比较

② 设备投资b Z

方案I ：二台1000KV ·A 的变压器，2?9.41＝18.82万元

方案II ：二台1250KV ·A 的变压器，2?10.85＝21.70万元

2. 年运行费用F

（1）设备折旧费（就算变压器，其他设备相同）1Z F Z C =?(万元/年)

方案I ：18.82?0.058＝1.092万元

方案II ：21.70?0.058＝1.259万元

（2）线路折旧费相同

（3）设备维护管理费（按折旧费的100％）Fw

方案I ：1.092万元

方案II ：1.259万元

（4）年电能损耗（只算变压器的年电能损耗，配电线路不作计算）F A

变压器年电能损耗费（由Tmax ＝6000h ，查得τ＝4500h ）

方案I ：根据该变压器得技术数据，查得0 1.365P kw ?=,10.87d P kw ?=

2102kw h js b d e S W P t P S ???=?+??? ???

τ ＝106871.7

年电能损耗费：44110106871.70.4910 5.237b W β--?=??=∑万元/年

方案II ：0 1.645P kw ?=，12.37d P kw ?=

2

202kw h js b d e S W P t P S ???=?+??? ???τ ＝86440.3

年电能损耗费：4421086440.30.4910 4.236b W β--?=??=∑万元/年

（5）年基本电费F J

F J ＝12*基本电价*总降压变电所主变压器总容量*10-4（万元/年）

方案I ：12?18?1000?10-4?2＝43.2万元/年

方案II ：12?18?1250?10-4?2＝54万元/年

两种方案设备准备费（基本电价形成之电费）相同。很明显看出方案Ⅰ的有色金属消耗量大于方案Ⅱ数量。故不作详细计算，其它数据列表比较如下：

的变压器投资少。另外1000KV A 的容量相比于全厂总负荷1750.39KV A 留有一定的余量，工厂在近期内不会大规模的扩建，因此本厂选用的变压器容量为1000KV A

3.3电力变压器的选择

3.3.1电力变压器的分类

电力变压器按变压功能分，有升压变压器和降压变压器。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。

电力变压器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。所谓R8容量

系列，是指容量等级是按8 1.33

R=≈倍数的。我国老的变压器容量等级采用R8系列，容量等级如100、135、180、240、320、420、560、750、1000kV.A等。

所谓R10容量系列，是指容量等级是按10 1.26

R=≈倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，是IEC推荐的，我国新的变压器容量等级采用这种R10系列，容量等级如100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kV.A等。

电力变压器按相数分，有单相两大类。工厂变电所通常采用三相电力变压器。

电力变压器呆板调压方式分，有无载调压（又称无激励调压）和有载调压两大类。工厂变电所大多采用无载调压变压器。但在用电负荷对电压水平要求较高的场合亦有采用有载调压变压器的。

电力变压器按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。工厂变电所过去大多采用铝绕组变压器，但低损耗的铜绕组变压器现在得到了越来越广泛的应用。

电力变压器按绕组型式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。工厂变电所一般采用双绕组变压器。

电力变压器按绕组绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（

SF）等

6

变压器。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式等。工厂变电所大多采用油极自冷式变压器。

电力变压器呆板用途分，有普通电力变压器、全封闭变压器和防雷变压器等。工厂变电所大多采用普通电力变压器。

3.3.2电力变压器的结构和型号

1）、电力变压器的结构和型号的简单介绍

电力变压器的基本结构，包括铁心和绕组两大部分。绕组又分高压和低压或一次和二次绕组等。

电力变压器全型号的表示含义如下：

2）、变压器型号的选择

在一般正常的环境下，变压器型号选择为7SL 、7S 、9S 、11S 等系列低损

耗配电变压器（油浸式）

当前常用的配电变压器是9S 和11S 两个系列的产品，S9系列的变压器是在低

损耗配电变压器7S 的基础上研制成功的，目前均大力推广“赶超国际先进水平”

的低损耗铜绕组的9S 系列的变压器。近几年全世界缺电严重，为了节约电能，

又研制出了新的低损耗变压器11S ，它的损耗比9S 的更低，但由于价格稍贵，目前企业用的不是很多。

本变电所选用两台11S －M －1000/10变压器，其联结组别为Dyn11。2000年10月对11S －M －1000/10三相油浸式电力变压器进行效小批试生产，经用户使用反映良好，产品通过国家变压器质量监督检验中心对11S －M －1000/10检测，产品性能达到JB/T3837-92中11型的标准，达到高效率低消耗目标，产品技术性能达到了国内同类产品先进水平。

3.3.3电力变压器的联结组别及其选择

1 ）、电力变压器联结组别的概念

电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次（或一、二、三次）绕组因采用不同的联结方式而形成变压器一、二次（一、二、三次）侧对应的线电压之间不同相位关系。

2 ）、配电变压器的联结组别类型及比较

1.联结组别的类型

6~10kV 配电变压器（二次侧电压为220/380V ）有Yyn0（即0/12Y Y -）和Dyn11（即0/11Y ?-）两种常见的联结组。

变压器Yyn0联结组的接线和示意图如图6-1所示。

变压器Dyn11联结组的接线和示意图如图6-2所示。

2.联结组别的比较

我国过去的配电变压器差不多全采用Yyn0联结，近十年来Dyn11联结的配电变压器开始得到推广应用。配电变压器采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有下列优点：

（1）对Dyn11联结变压器来说，其3n 次（n 为正整数）谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这较之一次饶组接成星形接线的Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波电流。

（2）Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。

（3）当接用单相不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，因而严重限制了接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分发挥。为此，GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定，低压为TN 及TT 系统时，伊于选用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的中性线短六允许倒到相电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。这在现代化供配电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广应用Dyn11联结变压器就显得更有必要。

但是，由于Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘强度要求比Dyn11联结变压器稍低，从而制造成本稍低于Dyn11联结变压器，且目前生产Dyn11联结变压器的厂家相对较少，因此在TN 和TT 系统中由单相不平衡负荷引起的中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，且其一相的电流在满载不致超过额定值时，可选用Yyn0联结变压器。

本次设计采用Dyn11联结型变压器。