工厂供配电系统设计x1副本副本.docx

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工厂供配电系统设计x1副本副本

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工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。

工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。

其基本内容有以下几方面：

进线电压的选择,变配电所位置的电气设计,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设计等.

关键词:

电气设备电气设计变压器防雷接地

1绪论1

1.1工厂供电1

1.2工厂供电设计的一般原则2

1.3设计内容及步骤2

2工厂进线电压的选择5

2.1电压损耗条件5

2.2机械厂设计基础资料5

2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择7

2.4方案初定及经济技术指标的分析7

3总降压变电所的位置电气设计11

3.1变配电所所址选择的一般原则11

3.2结合方案要求设计位置图12

3.3主结线方案的选择13

4短路电流和功率补偿的计算及继电保护15

4.1短路电流的计算15

4.2功率补偿17

4.3继电器保护的整定18

5电气设备的选择19

7防雷27

7.1防雷设备27

7.2防雷措施27

8接地29

9电测量仪表与绝缘监视装置30

9.1电测量仪表30

9.2变配电装置中各部分仪表的配置31

9.3绝缘监视装置32

10二次回路操作电源和中央信号装置32

10.1二次回路的操作电源32

10.2中央信号装置33

总结33

致谢35

参考文献36

第一章绪论

1.1工厂供电

工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电众所周知，电

能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

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。

1.2工厂供电设计的一般原则

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设计内容及步骤

全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。

解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。

其基本内容有以下几方面。

1、负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。

考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。

列出负荷计算表、表达计算成果。

2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

3、工厂总降压变电所主结线设计

根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。

对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

4、厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。

参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。

按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。

用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

5、工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。

由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。

6、改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。

由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。

如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。

7、变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。

并根据需要进行热稳定和力稳定检验。

用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

8、继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。

并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。

35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。

9、变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。

进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。

进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

10、专题设计

11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。

2工厂进线电压的选择

2.1电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。

即设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%。

对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按工厂设计的基础资料来选择或校验。

电压损耗：

电压损耗△UAC%=P（Rol）+Q（Xol）／10UN2

式中，△UAC%——线路实际的电压损耗；

P、Q——干线上总的有功负荷和无功负荷；

l——线路的长度；

Ro、Xo——线路单位长度的电阻和电抗；

UN——线路的额定电压。

对于架空线路可取Xo=0.4Ω/km.

2.2机械厂设计基础资料

机械厂东北方向6KM处有一地区降压变电所，用一台110/35/10KV，1*25MV.A的变压器作为工厂主电源，允许用35KV或10KV的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

此处正北方向有其他工厂引入10KV电缆作为备用电源，平时不准投入，只有在该厂的主供电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000KV.A。

当以35KV供电时，cosφ=0.9;当以10KV供电时，cosφ=0.95。

配电计量点名称

设备台数n

设备容量nP

计算有功功率Pis

计算无功功率Qjs

计算视功功率Sojs

计算电流Iis

功率因数cosφ

tanφ

平均有功功率Ppj

平均无功功率Qpj

有功功率损耗△Pb

无功功率损耗△Qb

变压器容量Seb

一车间

70

1419

470

183

506

770

0.93

0.39

345

138

10

50

630

二车间

177

2223

612

416

744

1130

0.82

0.68

512

348

15

74

800

三车间

194

2511

735

487

896

1360

0.82

0.67

628

420

18

89.6

1000

锻工车间

37

1755

920

276

957

1452

0.96

0.3

632

190

19

96

1000

机修车间

81

1289

496

129

510

775

0.92

0.26

400

104

10

51

630

空压锅炉煤气

45

1266

854

168

872

1374

0.98

0.5

633

125

17

87

1000

全厂总负荷

604

10463

4087

1659

4485

6811

—

—

3159

1325

89

447.6

5000

2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择

①铝绞线（LJ）。

户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10KV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。

②钢芯铝绞线（LGJ）。

此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。

由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线部分的面积。

在机械强度要求较高的场所和35KV及以上的架空线路上多被选用。

③铜绞线（TJ）。

铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。

2.4方案初定及经济技术指标的分析

目前机械厂东北方向6KM处有一地区降压变电所，用一台110/35/10KV、1*25MV.A的变压器作为工厂主电源，允许用35KV或10KV的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

根据本厂所能取得的电源及本厂用电的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，综合上述资料进行考虑分析两方案如下：

方案一：

采用35kv电压供电的特点

1、供电电压较高，线路的功率损耗较小，年运行费用较低；

2、电压损失小，调压问题容易解决；

3、对cosφ的要求较低，可以减少高功率因数补偿设备的投资；

4、需要建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；

5、根据运行统计数据，35kv架空线路的故障率比10kv架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；

6、有利于工厂进一步扩展。

方案二：

采用10kv电压供电的特点

1、不需投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；

2、工厂内不装设主高压器，可简化接线，便于运行操作；

3、减轻维护工作量，减少管理人员；

4、供电电压较35kv低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；

5、要求的cosφ值高，要增加补偿设备的投资；

6、线路的故障率比35kv的高，即供电可靠性不如35kv.

方案一：

正常运行时以35kv单回路架空线路供电，由邻厂10kv电缆线路作为备用电源。

根据设计基础资料全厂计算负荷情况，S30=4485kv·A，且只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kv·A的变压器，型号为SJL1-5000/35型，电压为35/10kv,查产品样本，其有关技术参数为：

△P0=6.9kw,△Pk=45kw,Uk%=7,I0%=1.1。

变压器的功率损耗：

有功功率损耗△PT≈△P0+△Pk（S30/SN）2=6.9+45*（4485/5000）2=43.1kw

无功功率损耗△QT≈△Q0+△QN（S30/SN）2=SN[I0%/100+UK%/100*（S30/SN）2]

=5000*[1.1/100+7/100*（4485/5000）2]=336.6kvar

35kv线路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和.

P’30=P30+△PT=4087+43.1=4130.1kw

Q’30=Q30+△QT=1659+336.6=1995.6kvar

S’30=P’30+Q’30=4130.1+1995.6=6125.7kvar

cosφ’=P’30/Q’30=4130.1/6125.7=0.67

考虑到本厂负荷的增长是逐渐的,为了节约有色金属消耗量,按允许发热条件选择导线截面,而未采用经济电流密度选择导线截面.查有关手册或产品样本,选择钢芯铝铰线LGJ-70,其允许电流为275A>I’30=101.05A满足要求.该导线单位长度电阻R0=0.46Ω/km,单位长度电抗X0=0.365Ω/km.

35kv线路电压损失为（线路长度l=6km）:

△   U=（P30lR0+Q30LX0）/UN=（4087*6*0.46+1659*6*0.365）/35=426.1V

△   △UAC%=（P30lR0+Q30LX0）/10UN2=426.1/352=0.34%〈5%符合要求。

查相关设计手册,经过计算,35kv供电的投资费用Z1见表2,年运行费用F1见表3。

表235kv的投资费用Z1

项目

说明

单价

数量

费用/万元

线路综合投资

LGJ-70

1.73万元/km

6km

10.4

变压器综合投资

SJL-5000/35

12万元

1台

12

35kv断路器

Sw2-35/1000

3.4万元

1台

3.4

避雷器及互感器

FZ-35，JDJJ-35

1.6万元

各1台

1.6

附加投资

3I’302R0l+△PT=3*101.052*0.85*6+43.1

0.15万元/km

130.7km

19.6

合计

47.3

表335kv供电的年运行费用F1

项目

说明

费用/万元

线路折旧费

按线路投资的5%计,8.4*5%

0.42

气设备折旧费

按设备投资的8%计,（12+3.4+1.6）*8%

1.36

线路电能损耗费

△FT=3I’302R0Lτβ*10-3=3*101.052*0.85*6*2300*0.055*10-3

1.1

变压器电能损耗费

△FT=[△P0*8760+△PK（S30/SN）2τ]β=[6.9*8760+45*

（4485/5000）2*2300］*0.055

0.8

基本电价费

每年有效生产时间为10个月,5000*10*4

20

合计

24.6

方案二:

采用10KV电压供电,厂内不设总降压变电所,即不装设变压器,所以无变压器损耗问题.此时,10KV架空线路计算电流

而cosφ=P30/S30=4087/4485=0.911<0.95不符合要求.

为使两个方案比较在同一基础上进行,也按允许发热条件选择导线截面.选择LGJ-70钢芯铝绞线,其允许载流量为275A,R0=0.46Ω/km,X0=0.365Ω/km.

10kv线路电压损失为（线路长度l=6km）:

△   U=（P30lR0+Q30LX0）/UN=（4087*6*0.46+1659*6*0.365）/10=1491.3V

△UAC%=（P30lR0+Q30LX0）/10UN2=1491.3/102=14.9%>5%不符合要求。

10kv供电的投资费用Z2见表4，年运行费用F2见表5。

表410kv供电的投资费用Z2

项目

说明

单价

数量

费用/万元

线路综合投资

LGJ-70

1.73万元/km

6km

10.4

附加

3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-3

0.1万元/km

555.22km

55.52

合计

65.92

表510kv供电的年运行费用F2

项目

说明

费用/万元

线路拆旧费

以线路投资的5%计，10.4*5%

0.52

线路电能损耗费用

合计

△F1=3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-3

47.25

47.77

在上述各表中,变压器全年空载工作时间为8760h;最大负荷利用小时Tmax=4000h;最大负荷损耗小时τ可由Tmax=4500和cosφ=0.9查有关手册中τ-Tmax关系曲线，得出τ=2300h;β为电度电价[35kv时，β=0.055元/kw·h；10kv时，β=0.083元/kw·h].

由上述分析计算可知,方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少.而且方案二以10kv电压供电,电压损失达到了极为严重的程度,无法满足二级负荷长期正常运行的要求.因此,选用方案一,即采用35kv电压供电,建立厂内总降压变电所,不论从经济上还是从技术上来看,都是合理的。

3总降压变电所的位置电气设计

3.1变配电所所址选择的一般原则

变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。

①尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

②进出线方便，特别是要便于架空进出线。

③不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。

④接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

⑤设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。

⑥不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。

⑦不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。

⑧不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。

⑨不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。

当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现⑩不应设在地势低洼和可能积水的场所。

3.2结合方案要求设计位置图

根据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意图,考虑总降压变电所尽量接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利用,有利于安全等诸多因素,拟将决降压变电所设在厂区东北部根据运行而要,对总降压变电提出以下要求:

1、总降压变电所所装设一台5000kv·A、35/10kv的降压变压器，与35kv架空线路接成－线路-变压器组。

为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进一处应设置高压断路器。

2、根据规定，备用电源只有主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此备用10kv电源进线断路器在正常工作时必须断开。

3、变压器二次侧（10kv）设置少油断路器，与10kv备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（APD），当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。

4、变压器二次侧10kv母线采用单母线分段接线。

变压器二次侧10kv接在分段I上，而10kv备用电源接在分段Ⅱ上。

单分母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线分段Ⅱ上，在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。

5、本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。

当主电源停电时，操作电源不至于停电。

6、用双母线供电，当有一个根母线出故障或需要检修时，可以用另一根母线投入使用，以免影响到工厂的生产。

3.3主结线方案的选择

变配电所主结线的选择原则

1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。

3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。

4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

7.采用6～10KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。

8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。

当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

主结线方案选择

对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。

总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。

主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。

1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。

这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。

如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。

2、一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路