10KV供电系统设计.docx
《10KV供电系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10KV供电系统设计.docx（56页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
10KV供电系统设计
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！
）
摘要
本文是某中小型纺织企业供电系统的设计说明。
设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析，为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。
电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。
工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。
关键词：
工厂供电；总降压（总配）变电所；电气主接线；供电可靠性；高压配电系统；电气设备选择；继电保护
前言……………………………………………………………………………………5
1.负荷计算及功率补偿……………………………………………………………8
1.1负荷计算……………………………………………………………………8
1.2功率因数和无功补偿…………………………………………………………11
2.供电方案和厂区配电电压选择………………………………………………13
2.1对任务书的分析………………………………………………………………13
2.2供电方案论证…………………………………………………………………13
2.3供电线路………………………………………………………………………14
2.4厂区配电电压选择…………………………………………………………14
2.5工厂供电系统概况…………………………………………………………14
3总配电所电气主接线及厂区高低压配电系统设计………………………14
3.1配电所电气主接线……………………………………………………………14
3.2高压配电系统设计…………………………………………………………16
3.3低压配电系统设计…………………………………………………………19
4总配电所位置及车间变压器台数和容量选择……………………………19
4.1总配电所的位置选择………………………………………………………19
4.2车间变压器台数和容量选择………………………………………………20
5短路电流计算……………………………………………………………………22
5.1短路电流计算的目的和步骤………………………………………………22
5.2用标幺值法进行短路计算…………………………………………………23
5.3结果表达……………………………………………………………………26
6导线的选择………………………………………………………………………27
6.1选择的方法……………………………………………………………………27
6.2气候条件………………………………………………………………………27
6.3架空进线的选择……………………………………………………………27
6.4配电母线到1号车间变电所的电缆选择……………………………………28
6.5配电母线到2号车间变电所的电缆选择……………………………………29
6.6配电母线到3号车间变电所的电缆选择……………………………………29
6.7配电母线到所用变的电缆选择……………………………………………30
6.8线路上的电压和功率损失…………………………………………………30
7电气设备的选择和校验…………………………………………………………31
7.1选择与校验电器的原则………………………………………………………31
7.210KV高压电气设备的选择与校验……………………………………………31
8配电装置…………………………………………………………………………42
9二次部分的设计…………………………………………………………………43
9.1测量和监视装置……………………………………………………………43
9.2继电保护设置………………………………………………………………45
10防雷与接地………………………………………………………………………48
10.1防雷…………………………………………………………………………48
10.2接地…………………………………………………………………………50
11照明系统设计…………………………………………………………………51
11.1照明系统设计的要求………………………………………………………51
11.2总配电所照明系统设计的大致步骤………………………………………52
12二次回路图……………………………………………………………………52
13主要设备材料表………………………………………………………………52
结论……………………………………………………………………………………54
参考文献…………………………………………………………………………55
致谢……………………………………………………………………………………56
前言
本设计为电气工程及其自动化专业的毕业设计，以供电技术为主线，综合考查对本专业各科知识的掌握程度，培养对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时也检验了本专业学习三年以来的成果。
要想做好毕业设计，首先要对工厂供电有一个总体的了解，大体上有以下几个方面：
a.工厂供电的意义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配。
除某些特殊的大型工业企业带有自备发电站以外，工厂都是由电力系统的终端降压变配电所，即总降（配）变电所提供电能。
总降（配）变电所、供电线路和用电设备构成了一个完整的工厂供电系统。
供电系统一旦确定，就决定了用户内部用电负荷的供电可靠性和供电质量。
电能易于转换，易于传输，分配简单经济，便于调节、控制和测量等特点，使得电能成为了工业生产的主要能源。
能否保证供电的可靠性和电能质量直接影响到工业生产能否正常进行，能否做到合理用电、节约用电、高质量用电成为决定工厂生产力和企业效益的重要因素。
因此，设计符合工厂具体负荷情况的供电系统是工业生产的必备条件。
做好工厂供电工作对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
工厂企业是国家电力的主要用户，完善工厂供电系统的配置对节约能源、支援国家经济建设也有很大的促进作用。
为了使工厂供电工作能够切实为工业生产服务，要求做到以下几点：
1）安全在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身事故和设备事故。
2）可靠不同级别的负荷对供电可靠性的要求不同，工厂供电系统必须满足相应负荷的要求。
3）优质供电系统提供的电能应该满足电力用户对电压、频率等电能质量的要求。
4）经济在保证供电可靠性的情况下，供电系统的投资要尽量少，运行费用要尽量低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。
b.工厂供电设计的一般原则
工厂供电设计必须以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、《低压配电设计规范》、《全国通用建筑标准设计.电气装置标准图集》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家有关规定及标准，执行国家有关方针和政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
2）安全可靠、先进合理；
应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。
3）近期为主、考虑发展
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到
远近结合，适当考虑扩建的可能性。
4）全局出发、统筹兼顾
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，综合考虑，确定合理的设计方案。
c.设计的内容及步骤
工厂供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、生产工艺对负荷的要求、各个车间的负荷数量和性质、负荷布局以及地区供电条件进行的。
要求设计成果能应用于生产实际，能够让该供电系统安全、可靠、经济的分配电能，满足工业生产的需要。
设计的具体步骤如下：
1）.按照厂区用电设备的资料和其他具体情况，求计算负荷。
2）.根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式。
3）.根据环境和计算负荷，选择变电所的位置、变压器数量和容量。
4）.为变配电所选择安全、可靠、灵活、经济的主接线，选择合理的户外高压配电方案。
5）.用标幺值法进行短路电流的计算。
6）.根据短路电流的计算结果，按照正常工作条件、短路时的工作条件、电气设备自身特点进行电气设备的选择和校验，用主接线图表达设计成果。
7）.主变压器和馈线电路保护装置的设计及整定，包括保护方式的确认、保护值的整定、保护装置的选择以及灵敏度校验。
8）.变电所的防雷和接地设计，总降的电照设计。
9）.需要核算建设所需器材与总投资。
1负荷计算及功率补偿
1.1负荷计算
1.1.1负荷计算的意义和目的
计算负荷是供电系统设计计算的基础。
工厂供电系统设计的原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量。
这些设备品种多，数量大，工作情况复杂，因此如何根据这些资料正确估计工厂所需的电力和电量非常重要。
估计的准确程度，直接影响到工程的质量。
如果估算过高，会增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量，浪费大量的人力财力；相反，如果估算过低，工厂投产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其老化绝缘速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
由此可见，进行负荷计算是供电系统设计的基础，能否准确的估算计算负荷决定了设计的系统能否安全、经济、可靠的供电。
计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷，负荷计算的目的就是求出这个假想负荷。
计算负荷是设计时作为选择工厂电力系统的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。
供电系统设计的第一步，就是通过负荷计算，将复杂、凌乱的负荷数据整理成设计所需要的资料。
1.1.2负荷计算的常用方法
负荷计算的方法有需要系数法、形状系数法、附加系数法等几种。
鉴于本厂的负荷特点以及任务书所提供的条件，本设计采用需要系数法确定计算负荷。
用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下：
1）.将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。
2）.查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。
3）.按照需要系数法对应的公式计算Pc,Qc和Sc。
4）.求车间或全厂计算负荷时，应从负荷端逐级算向电源端，而且需要在各级配电点乘以同期系数K∑。
在逐级计算时，应记及变压器上的电能损耗，由于厂区高压配电网的距离较短，在负荷计算时可忽略配电网的电能损耗。
1.1.3车间变电所负荷计算
各车间用电负荷计算如下：
1#变电所负荷：
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
1#变电所
制条车间
350
0.78
0.78
0.80
273
218.4
纺纱车间
360
0.78
0.79
0.78
280.8
219.0
软水站
90
0.6
0.8
0.75
54
40.5
锻工车间
40
0.35
0.65
1.17
14
16.4
机修车间
300
0.35
0.55
1.52
105
159.6
幼儿园
20
0.66
0.8
0.75
13.2
9.9
仓库
40
0.3
0.8
0.75
12
9
小计
1200
676.8
605.5
908.1
1380
主要计算公式为：
P30（i）=Pe×KdQ30（i）=P30（i）×TanΦP30=∑P30（i）
Q30=∑Q30（i）。
S30=√（P2+Q2）I30=S30/（√3×Un）其中Un的值为0.38千伏。
无功、有功、视在功率的单位分别为kW，kvar,kVA,计算电流I30的单位为A。
计算如下：
制条车间：
P30=Pe×Kd=350×0.78=273Q30=P30×TanΦ=273×0.8=218.4
纺纱车间：
P30=Pe×Kd=360×0.78=280.8Q30=P30×TanΦ=280.8×0.78=219.0
软水站：
P30=Pe×Kd=90×0.6=54Q30=P30×TanΦ=54×0.75=40.5
锻工车间：
P30=Pe×Kd=40×0.35=14Q30=P30×TanΦ=14×1.17=16.4
机修车间：
P30=Pe×Kd=300×0.35=105Q30=P30×TanΦ=105×1.52=159.6
幼儿园：
P30=Pe×Kd=20×0.66=13.2Q30=P30×TanΦ=13.2×0.75=9.9
仓库：
P30=Pe×Kd=40×0.3=12Q30=P30×TanΦ=12×0.75=9
小计：
P30=∑P30（i）×K∑=（273+280.8+54+14+105+13.2+12）×0.9=676.8
Q30=∑Q30（i）×K∑=（218.4+219.0+40.5+16.4+159.6+9.9+9）×0.9=605.5
S30=√（P2+Q2）=908.1I30=S30/（√3×Un）=1380
由于无功和有功的K∑值均为0.9，故在小计时P30，Q30的值应该乘以0.9，相应的S30的值也应该乘以0.9，结果表达如上表。
2＃和3＃变电所计算方法与此相同。
2#变电所负荷：
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
2#变电所
织造车间
600
0.85
0.78
0.80
510
408
染整车间
500
0.8
0.79
0.78
400
312
综合楼
40
0.8
1
0
32
0
餐厅
30
0.75
0.8
0.75
22.5
16.9
宿舍
20
0.8
1
0
16
0
小计
1190
882.5
663.21
1103.85
1677.15
3#变电所负荷：
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
3#变电所
锅炉房
200
0.75
0.78
0.80
150
120
水泵房
120
0.75
0.8
0.75
90
67.5
化验室
50
0.8
0.85
0.62
40
24.8
卸油泵房
30
0.75
0.78
0.80
22.5
18
小计
400
272.3
207.3
342.18
519.93
1.1.4所用变负荷计算
P30=Pe×Kd=80×0.8=64Q30=P30×TanΦ=64×0.75=48
S30=√（P2+Q2）=80
1.1.5全厂负荷计算
上面三个表格表达了车间变电所低压母线上的计算负荷，其计算结果可用来选择车间变电所变压器的容量，然后选择车间变压器，查表算出变压器上的功率损耗。
为了简化计算，可以采用公式△PT≈（0.015～0.02）SN.T△QT≈（0.08～0.1）SN.T估算。
当采用低损耗变压器时，也可以用公式△PT≈0.015S30△QT≈0.06S30估算出车间变压器上的功率损耗。
1＃变电所：
△PT≈0.015S30＝0.015×908.1＝13.62
△QT≈0.06S30＝0.06×908.1=54.49
2＃变电所:
△PT≈0.015P30＝0.015×1103.85=16.56
△QT≈0.06Q30＝0.06×1103.85=66.23
3＃变电所:
△PT≈0.015P30＝0.015×342.18=5.13
△QT≈0.06Q30＝0.06×342.18=20.53
所用变压器：
△PT≈0.015P30＝0.015×80=1.2
△QT≈0.06Q30＝0.06×80=4.8
由于厂区高压配电网距离较短，故在确定计算负荷时，厂区高压输电线路上的功率损耗可以忽略不计，因此高压配电所引出线上的计算负荷可以认为是变电所低压母线上的计算负荷加上变压器的功率损耗。
高压引出线上的计算负荷分别为：
P1=P+△PT=690.42P2=P+△PT=899.06P3=P+△PT=277.43
Q1=Q+△QT=659.99Q2=Q+△QT=729.44Q3=Q+△QT=227.83
P0=P+△PT=65.2
Q0=P+△PT=52.8
根据计算负荷的等级查表可知高压配电母线的同期系数为0.9～1.0，取K∑＝0.92。
本厂没有高压用电负荷，故配电所进线上的的计算负荷为：
P=（P1﹢P2﹢P3+P0）×0.92=1777.54Q=（Q1﹢Q2﹢Q3+Q0）×0.92=1536.46
1.2功率因数和无功补偿
S=√（P2+Q2）=2349.54功率因数为CosΦ=1777.54/2349.54=0.7565
设计要求达到的功率因数为0.9以上，显然不符合要求，需要进行无功补偿。
工厂企业广泛采用的补偿装置是静电电容器，其补偿方式有个别补偿、分组补偿和集中补偿。
由于集中补偿具有电容器利用率高，易于管理的特点，故采用集中补偿方式。
高压补偿的电容器比较便宜，电容器利用率高，但是投切电容器的开关设备及保护装置价格都比较高；低压补偿的补偿效果好，开关及保护设备价格低且易于实现自动投切，但是电容器利用不充分。
考虑到低压静电电容器与高压静电电容器价格差别不大，而高压断路器等开关设备价格高昂、维护费用高，从节约建设和运行成本的角度考虑，在设计中采用低压补偿的方式。
为了提高车间变电所变压器的负荷能力，在车间变电所的低压侧进行集中补偿。
补偿容量计算：
1＃变电所：
变电所低压侧视在计算负荷：
S30=908.1
低压侧功率因数：
CosΦ=676.8/908.1=0.745
在低压侧装设补偿电容器，考虑到变压器的无功损耗，低压侧补偿后的功率因数应稍高于0.9，不妨取0.92。
低压侧无功补偿容量：
Qc=676.8×（tancos-10.745-tancos-10.92）=317.49
选择低压单相并联电容器BZMJ0.4-14-1，单个容量为14kvar,共选24个，由于所选电容器是单相的，所以个数应为3的倍数，符合条件。
则补偿容量整合为24×14=336
补偿后的数据：
变电所低压侧视在计算负荷：
S30=√676.8*676.8+（605.5-336）*（605.5-336）=728.48
变压器的功率损耗：
△PT≈0.015S30＝0.015×728.48＝10.93
△QT≈0.06S30＝0.06×728.48=43.71
变电所高压侧的计算负荷：
P=676.8+10.93=687.73
Q=（605.5-336）+43.71=313.21
S=√（P2+Q2）=755.69
变电所高压侧的功率因数：
CosΦ=687.73/755.69=0.91
同理，2＃变电所选择21个BZMJ0.4-14-1电容器，则：
变电所低压侧计算负荷及功率因数：
P=882.5Q=369.21S=√（P2+Q2）=956.62CosΦ=0.923
变电所高压侧计算负荷及功率因数：
P=896.85Q=426.61S=√（P2+Q2）=993.14CosΦ=0.903
3＃变电所选择6个BZMJ0.4-16-1电容器，则：
变电所低压侧计算负荷及功率因数：
P=272.3Q=111.3S=√（P2+Q2）=294.17CosΦ=0.926
变电所高压侧计算负荷及功率因数：
P=276.7Q=128.95S=√（P2+Q2）=305.27CosΦ=0.906
所用变压器选择3个BZMJ0.4-8-1电容器，则：
变压器低压侧计算负荷及功率因数：
P=64Q=24S=√（P2+Q2）=68.352CosΦ=0.936
变压器高压侧计算负荷及功率因数：
P=65.025Q=28.101S=√（P2+Q2）=70.84CosΦ=0.918
全厂的功率因数计算：
∑P=1926.305∑Q=896.871
∑S=2124.86
P=K∑*∑P=0.92*1926.305=1772.2Q=K∑*∑Q=0.92*896.871=825.12
S=√（P2+Q2）=1954.87CosΦ=P/S=0.907
经过无功补偿以后，全厂功率因数为0.907﹥0.9，满足设计要求。
在装设无功补偿装置以后，减少了无功损耗，因此总的视在计算负荷也随之减小，有可能使进线选用更细的导线，车间变压器容量可能选小1级，节约了有色金属和变电投资。
这不仅可以降低初投资，而且可以减少企业的电费支出，对提高电能质量和系统调压能力也有好处。
计算负荷以补偿后的为准。
2供电方案和厂区配电电压选择
2.1对任务书的分析
本工厂供电系统的电源是从电业部门某35/10kv变电所用10kv双回架空线引入厂变的，架空线的长度为0.5km。
进线电压等级为10kv，属于一般车间变压器的进线电压等级。
具体的供电电压选择要看负荷情况而定。
一般工厂供电系统有两种供电方案，即一次降压供电和二次降压供电。
2.2供电方案论证
电源使用方案：
从可靠性上来看，如果电源的投切速度够快的话，双回线路同时工作和一回工作一回备用的方式的可靠性都比较高，两者区别不大；从经济性上来看，双回线路供电时系统能耗较少，因此本设计中的两路架空线都当作工作电源。
系统供配电方案：
由于电源进线为10kv,如果采用二次降压供电的话，应该将电压降至6kv或者3kv,然后再降至0.4kv进行供电。
由于本工厂没有高压电动机等高压用电负荷（没有6（3）kv的用电设备），二次降压没有实际性的作用，相反还增加了变电设备的投资，加大了维护的工作量和难度，增加了电能损耗和有色金属消耗，从技术性和经济性的角度都不应该采用二次降压供电。
一次降压供电又有两种可能：
一是不设置总降压变电所而仅设一个总配电所，以10kv电压输送电能到车间，在经车间变压器将电压降至0.4kv对低压负荷供电；二是将整个工厂变电所当成一个车间变电所，在工厂变电所装设10/0.4kv变压器，通过低压配电系统将电能分配到各个车间，再通过车间低压配电母线送往各用电设备。
从技术性角度来看，如果先降压再配电的话，由于全厂计算负荷S=1954.87，假设工厂变电所采用2台主变（变电所一般只有1～2台变压器），2台主变按照暗备用方式运行（可减小单台变压器的容量），每台主变的容量为1954.87×70%=1368.4kVA，而按照相关规定，由于低压开关的断流能力有限，车间变电所单台变压器的容量不宜大于1250kVA，所以选择先降压再配电的方式会造成一些安全隐患。
如果采取先配电再降压的方式，由于负荷被分到了3个车间中，单台变压器承受的负荷减小，便不存在这个问题；从经济性来考虑，先配电再降压的
升级会员 