工廠供電的設計

1、工廠供電的設計 06-07-19 16:30:00 作者：未知編輯：studa20一、工廠供電的意義和要求工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工

2、業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：（1） 安全 在電能的供應

3、、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（2） 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3） 優(yōu)質(zhì) 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4） 經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。 二、工廠供電設計的一般原則按照國家標準GB50052-95 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則：（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必

4、須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經(jīng)濟政策。（2） 安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。（3） 近期為主、考慮發(fā)展；應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電

5、設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。三、 設計內(nèi)容及步驟全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。1、負荷計算全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。

6、3、工廠總降壓變電所主結線設計根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。4、廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計根據(jù)廠內(nèi)負荷情況，從技術和經(jīng)濟合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計算出導線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運行費用，有色金屬消耗量等綜合技術經(jīng)濟條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結構與敷設方式設計。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設要求和架空線路桿位明細表以及工程預算書表達設計成果。5、工廠供、配電

7、系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。6、改善功率因數(shù)裝置設計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需 移相 電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。7、變電所高、低壓側(cè)設備選擇參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設備，如隔離開關、斷路

8、器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計成果。8、繼電保護及二次結線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回路的保護屏和控制屏屏面布置圖。9、

9、變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地 電阻計算。10、專題設計11、總降壓變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī)定，進行內(nèi)外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。第二章 負荷計算及功率補償一、 負荷計算的內(nèi)容和目的（1） 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，其熱效應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。在配電設

10、計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（2） 尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù)1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。（3） 平均負荷為一段時間內(nèi)用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。二、負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。本設計采用需要系數(shù)法確定。主要計算公式有： 有功功率

11、： P30 = PeKd無功功率: Q30 = P30 tg視在功率: S3O = P30/Cos計算電流: I30 = S30/3UN 三、各用電車間負荷計算結果如下表：四、全廠負荷計算取Kp = 0.92; Kq = 0.95根據(jù)上表可算出：P30i = 6520kW; Q30i = 5463kvar則 P30 = KPP30i = 0.96520kW = 5999kWQ30 = KqQ30i = 0.955463kvar = 5190kvarS30 = (P302+Q302)1/2 7932KVAI30 = S30/3UN 94.5ACOS = P30/Q30 = 5999/7932 0

12、.75五、功率補償由于本設計中上級要求COS0.9,而由上面計算可知COS=0.750.9，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89FQc = 5999（tanarc cos0.75tanarc cos0.92）Kvar=2724Kvar 取Qc=2800 Kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC = 2800/100 =28而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數(shù)，取28個 正好 無功補償后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為： S30（2）= 59992+(5463-2800) 2 1/2 =656

13、4KVA變壓器的功率損耗為：QT = 0.06 S30= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar PT = 0.015 S30 = 0.015 * 6564= 98.5 Kw變電所高壓側(cè)計算負荷為：P30= 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：cos= P30/ S30= 6098 / 6821= 0.9則工廠的功率因數(shù)為：cos= P30/S30= 0.90.9 因此，符合本設計的要求第三章 變壓器的選擇（1

14、） 主變壓器臺數(shù)的選擇由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器。（2） 變電所主變壓器容量的選擇裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量ST應同時滿足以下兩個條件： 任一臺單獨運行時，ST（0.6-0.7）S30（1） 任一臺單獨運行時，STS30（+）由于S30（1）= 7932 KVA，因為該廠都是上二級負荷所以按條件2 選變壓器。 ST（0.6-0.7）7932=（4759.25552.4）KVASTS30（+）因此選5700 KVA的變壓器二臺 第四章 主結線方案的

15、選擇一、變配電所主結線的選擇原則二、主結線方案選擇對于電源進線電壓為35KV及以上的大中型工廠，通常是先經(jīng)工廠總降壓變電所降為610KV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘Y線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設備（變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關等）及其連接線組成，通常用單線表示。主結線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經(jīng)濟性，繼電保護和控制方式都有密切關系，是供電設計中的重要環(huán)節(jié)。1、一次側(cè)采用內(nèi)橋式結線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖如下這種主結線，其一次側(cè)的QF10跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路

16、器QF11和QF12的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結線。這種主結線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），即可由WL2恢復對變壓器T1的供電，這種內(nèi)橋式結線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。2、 一次側(cè)采用外橋式結線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖(下圖)，這種主結線，其一次側(cè)的高壓斷路器QF10也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器QF11 和QF12的外側(cè)，靠近電源方向，因此稱為外橋式結線

17、。這種主結線的運行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內(nèi)橋式結線適用的場合有所不同。如果某臺變壓器例如T1停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），使兩路電源進線又恢復并列運行。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適用經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結線時，也宜于采用這種結線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進線斷路器QF11 、QF12 ，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。3、一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖（見下圖）這種主結線圖兼有上述兩種橋式結線的運行靈活性的優(yōu)

18、點，但所用高壓開關設備較多，可供一、二級負荷，適用于一、二次側(cè)進出線較多的總降壓變電所4、一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結線較之采用單母線結線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線結線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設計的電機修造廠是連續(xù)運行，負荷變動較小，電源進線較短（2.5km）,主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外再考慮到今后的長遠發(fā)展。采用一、二側(cè)單母線分段的總降壓變電所主結線（即全橋式結線）。第五章 短路計算一、短路電流計算的目的及方法短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備

19、，以及進行繼電保護裝置的整定計算。進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路

20、容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制法）。二、本設計采用標幺制法進行短路計算1. 在最小運行方式下：（1）確定基準值取 Sd = 100MVA,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MVA/(360KV) = 0.96KAId2 = Sd /3UC2 = 100MVA/(310.5KV) = 505KA （2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值1）電力系統(tǒng)（SOC = 310MVA）X1* = 100KVA/310= 0.322）架空線路（XO = 0.4/km）X2* = 0.44100/

21、 10.52= 1.523）電力變壓器（UK% = 7.5）X3* = UK%Sd/100SN = 7.5100103/(1005700) = 1.32繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。(3)求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X*(K-1)= X1*X2*= 0.32+1.52= 1.84三相短路電流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/X*(K-1)= 0.96/1.84 =0.523)其他三相短路電流I(3) = I(3) = Ik-1 (3) = 0.52KAish(3) = 2.550.52KA = 1.33KA

22、Ish(3) = 1.510.52 KA= 0.79KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/1.84=54.3(4)求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量1)總電抗標幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*/ X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.52)三相短路電流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA3)其他三相短路電流I(3) = I(3) = Ik-23) = 202KAish(3) = 1.84202KA =372KAIsh(3) =1.09202KA = 22

23、0KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/2.5 = 40MVA在最大運行方式下：（1）確定基準值取 Sd = 1000MVA,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV而 Id1 = Sd /3UC1 = 1000MVA/(360KV) =9.6Id2 = Sd /3UC2 = 1000MVA/(310.5KV) = 55KA（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值1）電力系統(tǒng)（SOC = 1338MVA）X1*= 1000/1338= 0.752）架空線路（XO = 0.4/km）X2* = 0.441000/602 =0.453）電力變壓器（UK% = 4.5）X3* = X4* = UK%Sd/