電力工程—工廠供電設計

1、目錄i緒論.2電力負荷及其計算.2. i負荷分級及供電電源措施.2. l i工廠電力負荷的分級.2. l2各級負荷的供電措施.2.21廠計算負荷的確定.2.2. i負荷計算的目的和意義.負荷計算的方法.2.2.3需要系數(shù)法確定計算負荷.2.2.4二項式法確定計算負荷.2.2.9負荷計算的目的、意義及原則.2.2. h全廠負荷計算表及方法.2.7無功功率補償.2.x i無功補償?shù)闹饕饔?n九九2無功功率補償裝置.3短路電流的計算.xi計算短路電流的目的.九2短路電流的危害.九7歐姆法計算短路電流.4變電所位置和形式的選擇.4. i變電所位置選擇的一般原則.4.2變電所的類型.4.7變電所位置及

2、類型的選擇.s變電所主要變壓器的臺數(shù)與容量、類型的選擇.i工i變電所主變壓器臺數(shù)的選擇.i1.2變電所主變壓器容量的選擇.ii昆7變電所主變壓器類型的選擇.iib變電所主接線方案的選擇.ii i主變壓器接線方案的選擇.iis2主接線方案的技術經濟比較.13t變電所一次設備的選擇與校驗.t. i電氣設備選擇的一般原則. 口久2高壓側一次設備的選擇與校驗.13t.3高低壓母線的選擇.k參考文獻.n1緒論電能是現(xiàn)代工業(yè)生產的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉換 而來，又易于轉換為其他形式的能量以供應用。 電能的輸送和分配既簡單經濟, 又便于控制、 調節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產自動化。因此，屯

3、能在現(xiàn)代工業(yè)生產 及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。一般中小型工廠的電壓進線電壓為b-lil化 電能先經高壓配電所集中，在 由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所,或者高壓配電線路供給給高壓用電 設備。 車間變電所內裝設有電力變壓器，將 a 中的高壓降為一般低壓用電設 備所需的電壓（2m/3wv）,然后由低壓配電線也將電能分送給各用電設備。對于大型工廠及其某些電源進線電壓為31侍及以上的中型工廠，一般經過 兩次降壓，也就是電源進廠后，先經總降壓變所，有大容量的電力變壓器將 呻t及以上的電源電壓降為b-中的配電電壓，再通過高壓配電線路或高壓配 電k將電能送到各個車間變電所，倉后經變壓器降為一般低

4、壓用電設備所需的電 壓。有的沖進線的工廠，只經一次降壓，及呻r線路直接引入靠近負荷中心 的車間變電念，經車間變電所的配電變壓器直接詁為低壓用電設備所需電壓。這 種配電方式稱為高壓深入負荷中心的直配方式。這樣可以省去一級中間變壓，從 而簡化了供電系統(tǒng)，節(jié)約有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質量。 然而這要根據(jù)廠區(qū)環(huán)境條件是否滿足沖r架空線路深入負荷中心的“安全走廊” 要求而定，否則不宜采用，以確保供電全。對于總供電容量不超過im啊 的小型工廠，通常只設一個降壓變電所，將b-中電壓降為低壓用電設備所缶的電壓（22/3mv）。如果工廠所需容量不 大于iwp檢吋，一般采用低壓電源進線，工廠只需

5、設一個低壓配電間。本廠懾于中型工廠，采用珂令供電電源，在工廠東北歹向公里處有新建 地區(qū)降壓變電所后改為電纜線路圭本廠變電所，ix口暫變壓器 一臺作為工廠的主電源，允許用務或2電力負荷及其計算2.1負荷分級及供電電源措施2.1.1工廠電力負荷的分級工廠的電力負荷，按cs shs2wn供配電系統(tǒng)設計規(guī)范規(guī)定，根據(jù)對供電可靠性及中斷供電在政治、 經濟上造成的損失或影響的程度進行分級, 負荷可以分為一級負荷、二級負荷、三級負荷。1一級負荷 符合下列條件之一的，為一級負荷1）屮斷供電，將造成人身傷亡的負荷；2）中斷供電，將在政治、經濟上造成重大損失的負荷；滬屮以一回架空叢向工廠供電。7）中斷供電，將影響

6、有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作的負荷。在一級負荷中，當中斷將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重 要場所不允許中斷的負荷，應視為特別重要的負荷。2二級負荷 符合下列條件z的，為二級負荷1）中斷供電，將在政治上、經濟上造成較大損失的負荷；2）中斷供電，將影響重要用電單位的正常工作的負荷。3三級負荷不屬于一、二級負荷者為三級負荷。2.1.2各級負荷的供電措施一級負荷的供電措施一級負荷應有兩個獨立電源供電，當一個電源發(fā) 生故障時，另一個電源應不至于同時受到損壞，以維持供電；而且當一個電源中 斷供電時，另一個電源應能承擔本用戶的全部一級負荷設備的供電。一級負荷用 戶的變配電室內的高低

7、壓配電系統(tǒng)，應采用單母線分段的主結線形式，分列運行 并互為備用。一級負荷設備應采用雙電源供電，并在最末一級配電盤（箱）處設 置自動切換裝置。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設 應急電源。二級負荷的供電措施二級負荷應有兩個電源供電，即應有兩回路供電。 當發(fā)生電力變壓器故障或線路常見故障時不至于中斷供電（或中斷后能立即冋 復）。三級負荷的供電措施 三級負荷對供電無特殊要求，可采用單回路市電供 電。但應使配電系統(tǒng)簡潔可靠，盡量減少配電級數(shù)，低壓配電級數(shù)一般不超過四 級，并且應在技術經濟合理的情況下，盡量減少電壓偏差和電壓波動。2. 2工廠計算負荷的確定2. 2.1負荷計算的目的和

8、意義計算負荷是一個假想的持續(xù)負荷，其熱效應與同時間內實際變動負荷所產生 的熱效應相等。在供配電系統(tǒng)中，以的最大計算負荷作為選擇電氣設備的 依據(jù)，并認為只要電氣設備能承受該負荷的長期作用，即可在正常情況下長期運 行。一般將這個最大計算負荷簡稱計算負荷負荷計算的目的是：1計算變配電所內變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的 依據(jù)。2計算流過各主要電氣設備q斷路器、隔離開關、母線、熔斷器等的負荷 電流，作為選擇這些設備的依據(jù)。3計算流過各條線路a電源進線、高低壓配電線路等的負荷電流，作為選 擇這些線路電纜或導線截面的依據(jù)。4計算尖峰負荷，用于保護電器的整定計算和校驗電動機的啟動條件。5為電

9、氣設計提供技術依據(jù)。計算負荷是工程設計中按照發(fā)熱條件選擇導 線和電氣設備的依據(jù)。計算負荷是確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設備、導線截面和儀表量 程的依據(jù)，也是整定繼電保護的重要依據(jù)。計算負荷確定的是否正確，直接影響 到電器和導線的選擇是否經濟合理。正確進行負荷計算是供電設計的前提，也是 實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經濟運行的必要手段。如果計算負荷確定的過大，將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色 金屬的浪費，而變壓器負荷率較低運行時，也將造成長期低效率運行。如果計算 負荷確定的過小，又將使電器和導線處于過負荷運行,增加電能損耗，產生過熱，導致絕緣過早老化甚至產?；馂模斐筛蟮慕洕鷵p失。因此，正

10、確確定計算負 荷具有很大的意義。2. 2. 2負荷計算的方法在已知用電設備的情況下，負荷計算有需要系數(shù)法、二項式法和利用系數(shù)法; 在未知用電設備的情況下，負荷計算有負荷密度法、單位指標法和住宅用電量指 標法。1需要系數(shù)法用設備功率乘以需要系數(shù)，直接求岀計算負荷。這種方法比較簡便，應用廣 泛，尤其適用于配變電所的負荷計算。2二項式法在設備組容量之和的基礎上，考慮若干容量最大設備的影響，采用經驗系數(shù) 進行加權求和法計算負荷。2. 2. 3需要系數(shù)法確定計算負荷基木公式需要系數(shù)法確定用電設備組的有功計算負荷的基本公式為: = kdpe無功計算負荷為：q30 = p3otan。視在計算負荷為：530

11、= 0/cosk- 需要系數(shù)有功計算負荷，單位為離無功計算負荷,單位為-視在計算負荷，單位為怦cos用電設備組的平均功率因數(shù)tan用電設備組平均功率因數(shù)的正切值多組用電設備計算負荷的確定在確定擁有多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考 慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設備的計算 負荷時，應結合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)kp和對車間干線，取atv =0.85-0.95k、“=0.90 0.97對低壓母線，分兩種情況：由用電設備組計算負荷直接相加來計算時，取g = 0.80 - 0.90 k% = 0.85一0.95由車間干

12、線計算負荷直接相加來計算吋，取心卩=0.90 0.95 k匸產0.93 0.97總的有功計算負荷為：呂0=心正卩30式(2.4)總的無功計算負荷為：q30 = kq工030)式(2. )以上兩式屮的y戶珈和工2。分別為各組設備的有功和無功計算負荷之式（2. i）式（2）式（7）和。總的視在計算負荷為：s30 =（礦 +03（/式（九.）由于各組設備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一 般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算。2. 2. 4二項式法確定計算負荷二項式法的基木公式是人0 =bp + cpx式中，表示用電設備組的平均功率，其中是用電設備組的總容量，其 計算方

13、法如前需要系數(shù)法所述；匕表示用電設備組中臺容量最大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中匕是 7 臺最大容量的設備總容量，0、為二項式 系數(shù)。由于二項式法不僅考慮了用電設備組最大負荷時的平均負荷，而且考慮了少 數(shù)容量最大設備投入運行時對總計算負荷的額外影響，所以二項式法比較適合確 定設備臺數(shù)較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的計算負荷。2.5負荷計算的目的、意義及原則1、 供電系統(tǒng)要能安全可靠地正常運行，其中各個元件（包括電力變壓器、開關設備及導線、電纜等）都必須選擇得當，除了滿足工作電壓和頻率的要求外， 最垂要的就是要滿足負荷電流的要求。因此有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力 負荷進行統(tǒng)計計算

14、。2、 計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)。 計算負荷確定的是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經濟合理。如果計算負荷確定的過大，將 使電器和導線電纜選的過大，造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定的 過小，又將使電器和導線電纜處于過負荷下運行，增加電能損耗，產生過熱，導 致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災，同樣會造成損失。由此可見，正確確定計算 負荷意義重大。在工廠里，除了廣泛應用的三相設備外，還應用電焊機、電爐、電燈等 各種單向設備。單向設備接在三相設備中，應盡可能均衡分配，使三相負荷盡可 能均衡。如果三相線路中單向設備的總容量不超過三相設備總容量的m則不 論單相設備如何分配，單

15、相設備可與三相設備綜合按三相負荷平衡計算。如果單 相設備容量不超過三相設備容量的則應將單相設備容量換算為等效三相 設備容量，再與三相設備容量相加。4、計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負 荷，其熱效應與同一吋間內實際變動負荷所產生的最犬熱效應相等。在配電設計 屮，通常采用3分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據(jù)。2. 2. 6全廠負荷計算表及方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、二項式等幾種。 心=pekd主要計算公式有：有功功率:無功功率：fto = tan(p視在功率8*30 =鬥0 “os(p機械廠負荷計算表序號建筑物名 稱設備容量(w計算負荷功率因數(shù)(

16、s0)有功損耗無功損耗px(恨x中1三車間mb 2u643. fl0.89f2四車間干 線1ns1%kb2w.se. f3四車間干 線24731422h.2細4第一變電 所2sii4nulbe. s39鍛工m73bb二車間2223bu41b如 s3一-車間|s42d4us.s祈s一車間214 n4%mml. 3 r用工具機修m4%embi2.s9.v19.v1m空壓站i2umlimvw.3 wii高壓泵房iinw4%m.3g口給水泵房bwm44社2.m0洪水泵房、照明等3m3422x42 1s314全廠總計(jwvm)im*r 恥3smr. 32計入同時系數(shù)y弓bm.432m.sr2 fb2.

17、 3無功功率補償該廠5wv側最大負荷時的功率因數(shù)是f,而供電部門要求功率因數(shù)為考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此3wv側最大負荷時因數(shù)應稍大于 ，暫取相來計算3wv側所需無功功率補償容量：q(= p3q(tan 9- tan(p) = 6593.4x(tan arccos0.78- tan arccos0.92)z: var = 2482k var選并聯(lián)屯容器為bvm.s-im-1型，共翻個，總共容量100zrvarx25 = 2500/: var )因此無功補償后工廠3wv側和務側側的負荷計算如下表所示:電力負荷計算表2. 3.1無功補償?shù)闹饕饔脽o功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)

18、以減少設備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質量，在長距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三項目cos0p沖。30牛鼻s3。jtev側補償前負荷側無功補償容量2sm3wv側補償后負荷祝.主變壓器功率損耗/ is s3()3231加側負荷飾mm.its. 1wz. 1相粗載率。安裝并聯(lián)電容器進行無功補償，可限制無功補償在電網中傳輸，相應減小了 線路的電壓損耗，提高了配電網的電壓質量。無功補償應根據(jù)分級就地和便于調 整電壓的原則進行配置。集中補償與分散補償相結合， 以分散補償為主； 高壓補償與低壓補償相結合, 以低壓補償為主；調壓與降壓相結合；并且與配電網建設改造工程同步規(guī)劃、設 計、施

19、工、同步投運。無功補償?shù)闹饕饔镁唧w體現(xiàn)在：提高電壓質量； 降 低電能損耗；提高發(fā)供電設備運行效率；減少用戶電費支出。2. 3. 2無功功率補償裝置一般用并聯(lián)電容器的方法來進行功率補償3短路電流的計算3.1計算短路電流的目的計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，避免在短路電流的作 用下?lián)p壞電氣設備，如果短路電流，必須采用限流措施，以及進行繼電保護裝置 的整定計算。為了達到目的，需要算岀下列各短路參數(shù)：廠一一次暫態(tài)短路電流，用來作為繼電保護的整定計算和校驗斷路器的額 定斷流容量。用采用繼電保護安裝處發(fā)生短路時的次暫態(tài)短路電流來計算保護裝 置的整定值。b三相短路沖擊電流，用來校驗電器和母

20、線的動穩(wěn)定。i三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值，用來校驗電器和載流導體的熱穩(wěn)定。s”一一次暫態(tài)三相短路容量，用來校驗斷路器的遮斷容量和判斷母線短路 容量是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據(jù)。3. 2短路電流的危害在煤礦供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障吋，在短路冋路中短路電流要比額定電流人 幾倍至幾十倍，通常可達數(shù)千安，短路電流通過電氣設備和導線必然要產生很大 的電動力，并且使設備溫度急劇上升有可能損壞設備和電纜；在短路點附近電壓 顯著下降，造成這些地方供電中斷或影響電動機止常工作；發(fā)生接地短路時所出 現(xiàn)的不對稱短路電流，將對通信線路產生干擾；當短路點離發(fā)電廠很近時，將造 成發(fā)電機失去同步，而使整個電力系統(tǒng)的運

21、行解列。3歐姆法計算短路電流（i）1求屮i容量（s計占短路電路中各元件的電抗及總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：x嚴如=（35h/）-=o.22qs .500mv a任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷的大約60%70%的需 要，即sn t=（0.6 o.7）s3oi）任一臺變壓器單獨運行時應滿足全部一、二級負荷的需要，即sn t二s%+）根據(jù)工廠的負荷和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選 擇的方案：（d裝設一臺變壓器，型號為浙型，而容量根據(jù)式sn.tsqsg為主變 壓器容量，s?。為總的計算負荷。sn.ts3）=6275.8kv-a,即選一臺dhwh/38型低損耗配電變壓器。至于

22、工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián) 的高壓聯(lián)絡線來承擔。（2裝設兩臺變壓器，型號為型，而每臺變壓器容量應滿足s“=（0.6o.7）s3o=（o.60.7） x6275.8kv - a =otw.tb）kv asn.ts30（/）= （2511+6oo）jiv a = 311 a因此選兩臺型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結組均為ii o5. 3變電所主變壓器類型的選擇我們這里選xw/或wh/，主變壓器的聯(lián)結組為wil6變電所主接線方案的選擇6. 1主變壓器接線方案的選擇根據(jù)上面考慮的兩種主變壓器方案可設計岀下列兩種主接

23、線方案：i裝設一臺主變壓器的主接線方案，如下圖所示:2、裝設兩臺主變壓器的主接線方案，如下圖所示ft.cc v dcis & &am”1111案方的變主臺一設裝案方的變主臺兩設裝技術指標求要足滿求要足滿由小些一差稍些一好更經濟指標isis豁因元?-萬3m3m劉2 2flbflb竄1 1得元單為查萬其約3s3s蚯元元/3/3我萬萬mmmm硏2b2b口f此拓資得，為多查元約案爲f f其t t r r投代孤多臺案&為方用約變采資主案投臺方合一本綜比壓詡費變開行力壓運電高年柜應栄萬的元關h h一auau -nj-nj z(xz(x一匸一汀z(z(zfeizfei需価高的谿豊甘；

24、貳占戶嗆刁4z4z廠變元元修開l l一主萬萬維曲壓比元從上表可以看岀，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設一臺 主變的主接線方案，但按經濟指標，則裝設一臺主變的主接線方案遠優(yōu)于裝設兩 臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設一臺主變的主接線方案。7變電所一次設備的選擇與校驗7. 1電氣設備選擇的一般原則1、 應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展;2、應按當?shù)厥褂铆h(huán)境條件校驗；7、應力求技術先進和經濟合理；4、與整個工程的建設標準應協(xié)調一致；隊 同類設備應盡量減少品種；、選擇的新產品均應具有可靠的實驗數(shù)據(jù)，并經正式鑒定合格。7. 2高壓側一次設備的選擇與校驗i、按

25、工作電壓選擇所選電氣設備的額定電壓u趾和額定電流/趾不低于設備所在的網絡的最 大電壓（4.噸和最大工作電流/vv.nlax,即久淪4噸=（11i5）uq?ne - av-max =105厶j2、熱穩(wěn)定校驗條件短路電流通過電氣設備所所產牛的熱效應不應超過電氣設備技術參數(shù)中所規(guī)定 的允許熱效應，則短路熱穩(wěn)定性校驗條件為if2必na式中 厶i制造廠給出的嶗秒的熱穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定時間；l，tlma短路電流穩(wěn)定值及等值時間；7、動穩(wěn)定度校驗短路電流通過電氣設備時所產生的電動力fmax不應超過設備銘牌上給出的 允許電動力，則動穩(wěn)定校驗條件為式中 厶i一一設備銘牌給岀的極限通過電流峰值和有效值，豐。4、斷流

26、能力選擇短路電流通過開關電器時，要求開關電器的額定開端電流人或額定斷流容 量sg不應小于設備分段瞬間的短路電流有效值人或短路容量sk，即對于上面的分析，如下表所示，由它可知所選一次設備均滿足要求。度定穩(wěn)熱裝置地點條件數(shù)參axaxm mu u/n nn n / /3 3 ( ( / /3 3 c c (s(s 1 1a a / 2 2(38(38/ /bbi一次設備型號規(guī)數(shù)參定額0 0/4z z2 2 r r/ /高v viu s器斷事熔b b高olol4 4. .3s/3s/致謝此次課程設計要感謝老師的安排，讓我們在學習課本知識的同時，能夠有機 會實踐鍛煉，更要感謝指導老師的細心指導，沒有您的

27、指導靠自己不可能那么順 利完成。對待這次課程設計我也是非常認真，積極努力與老師同學進行商討，并 不斷從中找到自己的不足，努力發(fā)現(xiàn)問題并及吋解決問題。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題- 鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié).是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。通過 這次畢業(yè)設計，我深深懂得了要不斷把所學知識學以致用，還需通過自身不斷努 力，不斷提高自己的分析問題、解決問題的能力，同時也提高了我的專業(yè)技能, 拓展了我的專業(yè)知識面，使我更加體會到要想完成一件事必須認真、踏實、勤于 思考、和謹慎穩(wěn)重。溫故而知新。課程設計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習 不夠扎實的我深感“書到用吋方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便 重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再 向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌 握的較難知