10KV机械厂工厂供电系统设计Word文档下载推荐.docx
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因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全：
在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠：
应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质：
应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济：
供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
本次设计是10KV机械厂工厂供配电系统设计。
机械厂规模的不断扩大，工业生产耗电功率越来越高，保障合理配置电力系统再变配电所的有效利用。
为了能更好的为工业服务，提高电能利用率，提高工厂功率因数，保证生产和生活需要，并做好节能和环保，根据机械厂供电计划，确保供电在工厂中正常运行。
配电装置应满足：
保证运行可靠按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距，以保证系统正常运行，便于操作、巡视和检修配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修，还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉合隔离开关、带接地线合闸和误拉合断路器等情况的出现。
1.2供电设计一般原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》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。
（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等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3机械厂负荷性质
按GB50052-5《供配电系统设计规范》规定，根据电力系统对供电可靠性的要求及中断供电在政治经济上所造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三级：
一级负荷中断供电将造成人身伤亡；
中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如：
重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等；
中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
二级负荷较重要的电力负荷对该类负荷供电的中断，将造成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。
一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。
三级负荷不属于上述一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。
1.4本设计的要求
本题目是一个实际工程设计项目，要求根据负荷分布及负荷量进行供电系统设计。
该厂有2路专用10kV电源来自城市电网，10kV/0.4kV变电站供电。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380V。
照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。
工厂最大负荷时的高压侧功率因数不低于0.9。
本厂的负荷统计资料如下表所示。
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量/kw
设备数
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
804
5
0.3~0.4
0.65~0.70
照明
12
0.7~0.9
1.0
2
锻压车间
6
0.2~0.3
0.60~0.65
3
金工车间
4
工具车间
402
电镀车间
302
0.4~0.6
0.70~0.80
热处理车间
202
7
装配车间
0.65~0.75
8
机修车间
0.60~0.70
9
锅炉房
10
仓库
102
11
宿舍区
0.6~0.8
第二章负荷计算与无功补偿
2.1负荷计算的意义
电力负荷又称负荷，有两种含义：
一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷等。
另一种是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。
电力负荷的具体含义视具体情况而定。
要进行工程的供电设计，必须首先将这些原始资料变成电力设计所需要的假想负荷——即计算负荷，然后根据计算负荷按允许发热条件来确定发电机组和变压器的容量，选择供电系统的导线截面，确定提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等等。
所以，电力负荷的计算是整个工程供电设计的依据。
如负荷计算过低可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏，增大电能损耗，影响供电系统的正常工作，甚至影响工程的战时指挥、通信联络等战时作用的发挥。
反之，如果负荷计算过大，将使发电机组和变乐器的容量过大，会使工程的一次性投资增加，过大的设备在长期负荷率严重不足的情况下运行也不经济。
因此，负荷计算的正确与否，将直接关系到工程的供电质量和经济指标，必须认真对待。
2.2负荷计算的方法
目前，负荷计算的方法主要有：
需用系数法、二项式法等、利用系数法、ABC法。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
无功功率：
视在功率：
计算电流：
变压器功率损耗:
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。
做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。
并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。
2.3计算过程
工厂常用的用电设备种类繁多，根据其用途和特点，大致可分为三类：
生产加工机械的拖动设备，照明设备，加热设备。
生产加工机械的拖动设备是机械加工类工厂的主要用电设备，是工厂电力负荷的主要组成部分，设计任务书中已经给出了设备的容量和需要系数。
按照需要系数法最终计算得各车间主要负荷计算负荷和机械厂总负荷。
铸造车间：
有功计算负荷=804×
5×
0.4=1608（kw）
无功计算负荷=1608×
1.02=1640（Kvar）
视在计算负荷=2297（KV·
A）
计算电流=2297（A）
锻压车间：
0.3=1447.2（kw）
无功计算负荷=1447.2×
1.17=1692（Kvar）
视在计算负荷=2226（KV·
计算电流=3382.8（A）
金工车间：
工具车间：
有功计算负荷=402×
0.3=603（kw）
无功计算负荷=603×
1.17=705（kvar）
视在计算负荷=927.5（KV·
计算电流=1409.2（A）
电镀车间：
有功计算负荷=302×
3×
0.6=543.6（kw）
无功计算负荷=543.6×
0.75=406.5（kvar）
视在计算负荷=679.5（KV·
计算电流=1032.4（A）
热处理车间：
有功计算负荷=202×
4×
0.6=484.8（kw）
无功计算负荷=484.8×
0.75=363.6（kvar）
视在计算负荷=606（KV·
计算电流=920.7（A）
装配车间：
0.4=404（kw）
无功计算负荷=404×
0.88=356.5（kvar）
视在计算负荷=538.5（KV·
计算电流=818.2（A）
机修车间：
0.3=181.8（kw）
无功计算负荷=181.8×
1.02=185.4（kvar）
视在计算负荷=260.1（KV·
计算电流=395.2（A）
锅炉车间：
6×
0.6=727.7（kw）
无功计算负荷=727.7×
1.02=741.6（kvar）
视在计算负荷=1038.6（KV·
计算电流=1578（A）
仓库：
有功计算负荷=102×
0.3=122.4（kw）
无功计算负荷=122.4×
1.02=124.8（kvar）
视在计算负荷=174.8（KV·
计算电流=265.6（A）
宿舍区：
有功计算负荷=404×
0.7=1125.6（kw）
无功计算负荷=0（kvar）
视在计算负荷=1225.6（KV·
计算电流=1710（A）
总负荷计算（查阅相关资料可以得到有功功率同时系数为0.95，无功功率同时系数为0.97）
0.95×
（1618.8+1458+1458+635.4+565.2+517.2+447.2+203.4+748.8+126+1125.6）=8458.42（kW）
=0.97×
（1640+1692+1692+705+406.5+363.6+356.5+185.4+741.6+124.8+0）=7670.2（kvar）
=11418.3（KV·
2.4无功补偿的原理
电网输出的功率包括两部分;
一是有功功率;
二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;
不消耗电能;
只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90度，而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90度在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180度如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.
2.5无功补偿的意义
（1）补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数
（2）减少发、供电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因数cosφ=0.8增加到cosφ=0.95时,装1kVar电容器可节省设备容量0.52kW;
反之,增加0.52kW.对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量。
因此,对新建，改建工程。
应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量，从而减少投资.
（3）降低线损，由公式△P%=（1-cosφ‘/cosφ）*100%得出其中cosφ’为补偿后的功率因数,cosφ为补偿前的功率因数则
cosφ‘>
cosφ,所以提高功率因数后,线损率也下降了。
减少设计容量，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。
所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。
2.6无功补偿计算
为了使该厂的（变电所的高压侧）的功率因数不低于0.9，由于宿舍区用电的功率因数大于0.9，所以不需要补偿，可忽略。
初步设计在变压器低压侧装设并联电容器进行补偿。
由前面算出该变电所低压侧总的有功计算负荷，无功计算负荷。
按着视在功率平均分进行补偿，则可将铸造车间、电镀车间和锅炉房分为一组进行补偿；
金工车间、工具车间和仓库进行补偿；
锻压车间、热处理车间、装配车间和机修车间分为一组进行补偿。
生活宿舍区无需补偿。
其总的负荷分别为4069.1KV·
A、3738.6KV·
A和3371.5KV·
A。
下面分别进行无功补偿计算可设为侧、侧和侧
S1侧：
①补偿前容量和功率因数：
经计算变压器低压侧的视在计算负荷为4069.1KV·
A，侧的功率因数是
（1618.8+565.2+748.8）=2786.16（KW）
（1640+406.5+741.6）=2704.46（Kvar）
=4069.1（KV·
=0.72
②无功补偿容量按设计的要求，变电所高压侧的，考虑到变压器本身的无功功率损耗△Qt远大于其有功功率损耗△Pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取。
要使低压侧功率因数由0.66提高到0.92，低压侧需安装的并联电容器容量为：
取
补偿后3062.15KV·
A
’=×
100%=0.97>
0.92
BWF
额定电压（KA）
额定容量（Kvar）
总电容量（uf）
额定电流（A）
10.5-100-1
100
597
43.3
查设计手册表可选用BWF10.5-100-1型电容器，BWF10.5-100-1型电容型补偿器技术参数如下表所示
其个数为：
，选20个。
S2侧：
经计算变压器低压侧的视在计算负荷为3738.6KV·
A，低压侧的功率因数是
（1458+517.2+447.2+203.4）=2494.51（KW）
（1692+363.6+356.5+185.4）=2467.63（Kvar）
3738.6（KV·
=0.67
②无功补偿容量按设计的要求，变电所高压侧的，考虑到变压器本身的无功功率损耗△Qt远大于其有功功率损耗△Pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取。
要使低压侧功率因数由0.69提高到0.92，低压侧需安装的并联电容器容量为：
补偿后2866.5KV·
100%=0.93>
查设计手册表可选用BWF10.5-100-1型电容器，BWF10.5-100-1型电容型补偿器技术参数如下:
0.4
2.89
，选15个。
S3侧：
经计算变压器低压侧的视在计算负荷为3371.5KV·
（1458+635.4+126）=2108.43（KW）
（1692+705+124.8）=2446.146（Kvar）
3371.5（KV·
=0.63
100%=0.92
第三章电气主接线设计
3.1电气主接线的概述
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。
它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。
一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。
在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。
对一个工厂而言，电气主接线在工厂设计时就根据机组容量、工厂规模及工厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。
它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。
电气主接线又称电气一次接线图。
3.2电气主接线的设计原则
（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用
变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
（2）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级用电负荷不间断供电；
对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电。
（3）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；
当线路故障时是否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。
3.3电气主接线设计的基本要求
（1）安全性
①在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。
②在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。
③在装设高压熔断器的-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。
（2）可靠性
①变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。
对一级负荷，应由两个电源供电。
对二级负荷，应由两回路或一回6KV以上专用架空线或电缆线供电；
其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。
②变配电所的非专用电源进线侧，应装设带保护短路的断路器或负荷开关-熔断器。
③对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变电所采用放射式的高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。
（3）灵活性
①变配电所的高低压母线，一般采用单母线或单母线分段接线方式。
②35KV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥式接线和线路-变压器。
③变配电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应。
（4）经济性
①变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单。
②中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器。
③工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表用。
3.4电气主接线方案
单母线分段接线
单母线分段接线方式就是双电源分别进线在1-2段上，通过母线开关联络。
每一回路连到一段母线上，并把引出线均分到每段母线上。
两段母线用隔离开关、断路器等开关电器连接形成单母线分段接线。
单母线分段便于分段检修母线，减小母线故障影响范围，提高了供电可靠性和灵活性。
这种接线形式适用于双电源进线的比较重要的负荷。
第四章变压器的选择
4.1变压器台数的确定原则
原则上应满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便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，但是现实工厂中并不是这样的，当一台发生故障时整个工厂甚至都要停产,采用两回10KV电缆组成的线路供电。
但是实际情况是，采用两个10KV线路，
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