车间变电所项目设计方案

1 车间变电所项目设计方案 1 引言 车间变电所是车间供配电的重要组成部分，它直接影响整个车间供电的可靠运行，是联系工厂与车间的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是车间变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是决定变电所电气部分技术经济性能的关键因素。 按照国家标准 配电系统设计规范、低压配电设计规范等，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 1、 遵守规程、先进合理 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。 工厂供电工作要能很好的为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，做到安全、可靠、优质、经济 。合理处理局部和 全局，当前和长远等关系，既要顾局部当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 因此做好工厂供电工作对于发展生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 2 1 负荷计算及变压器的选择 负荷计算的目的 工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统共给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是 保证企业安全可靠供电的重要前提。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学的依据。 负荷计算的方法及主要原始资料 一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。此设计采用的是需用系数法来对加氢裂化装置进行电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系 数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用 于某些工业。 表 备 名称 Pe(kx 白云石称量车 22 云石冲击破 90 云石传送皮带 30 云石斗提 55 云石分析机 15 云石混合机 280 云石气力输送 45 云石筛分 75 云石双辊破 30 云石压机 75 铁器 式破碎机 75 3 颚式破碎机 30 料机 11 性输入机 3 拌器 属探测器 逆皮带 砂称量车 22 砂冲击破 90 砂传送皮带 45 砂斗提 55 砂分析机 砂混合机 280 砂气力输送 45 砂筛 分 75 砂双辊破 30 砂压机 75 油循环泵 15 料机 75 蜡循环泵 15 脂循环泵 15 油循环泵 15 推泵 ：办公楼 150料储库 163蜡储罐 196压站 367 站 198防水 127P 站 24结剂储库 100烧车间 2146窑 983粉制备 329膛窑 1547房及空压站 合楼 50它设施 2004 按需要系数法确定负荷计算 A. 确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式 : a. 有功计算负荷 (30P=K ；式中， 用电设 备组或用电单位的需要系数； b. 无功计算负荷 式中， 设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值 c. 视在计算负荷 (A) 030 d. 计算电流 (A) 3式中根据原始数据及相关计算公式，最终确定负荷为： 装置名称 （ （ （ 白云石称量车 0 白云石冲击破 72 云石传送皮带 24 云石斗提 44 云石分析机 云石混合机 224 云石气力输送 36 云石筛分 60 云石双辊破 24 云石压机 60 铁器 式破碎机 60 式破碎机 24 料机 性输入机 搅拌器 金属探测器 5 可逆皮带 砂称量车 0 镁砂冲击破 72 砂传送皮带 24 砂斗提 44 砂分析机 砂混合机 224 砂气力输送 36 砂筛分 60 砂双辊破 24 砂压机 60 油循环泵 12 料机 60 蜡循环泵 12 脂循环泵 12 油循环泵 12 推泵 数： K= 044 106 400 车间变压器选择 变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。 车间变 电站变压器台数的选择原则： （ 1） 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器； （ 2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。 （ 3）当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的， 6 则亦装设两台变压器。 变压器容量的选择： （ 1） 变压器的容量 近似地认为是其额定容量 ）应满足车间内所有用电设备计算负荷 （ 2）低压为 主变压器单台容量一般不宜大于 1000（ 1692 规定）或 1250 （ 94 规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。 这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用 1000V少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；另一是限于变压器低 压侧总开关的断流容量。 低压为 230/400V 的配电变压器联结组别的选择： （ 1） 选择 Y,结组别的几种情况： 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流 25%时； 供电系统中高次谐波干扰不严重时； 低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时； （ 2） 选择 D,结组别的几种情况： 由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流 25%时； 供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时； 需要增大单相短路电流值，以确保 低压单相接地短路保护的动作灵敏度； 基本上满足经济运行的要求。在故障的情况下 ,不用考虑变压器的过负荷能力就能担负起对全部负荷供电的任务。 综上所述 : 依据车间低压装置的计算负荷可以选定催化车间变压器为： 0 配电变压器 *3 接线 载损耗 (W)： 3730 负载损耗 (W)： 13360(75 ) 阻抗电压 (%)： 6 空载电流 (%)： 重量 ( 5260 0 配电变压器 接线 载损耗 (W)： 4500 负载损耗 (W)： 15875(75 ) 阻抗电压 (%)： 6 空载电流 (%)： 重量 ( 6410 7 2 短路电流的计算 短路的概述 “ 短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地接触。电器设备载流部分绝缘损坏是形成短路的主要原因，它带来的危害也是相当严重的。后果： （ 1）损坏电气设备：短路电路要产生很大的电动力和很高的温度，可使故障设备造成严重的损坏，并可能损坏电路其它设备。 （ 2）造成停电事故：由于电路中装设有短路保护装置，因此在电路短路时，将使得短 路电路断开，从而造成停电。短路点越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失越大。 （ 3）引起电压骤降：短路时电压要骤降，从而严重影响电气设备的运行。电压的严重下降，还可能破坏各发电厂并列运行的稳定性，使得并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列 . （ 4）造成电磁干扰：不对称短路电流产生的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生严重的干扰，影响其正常运行，甚至可能造成误动作。 路的形式 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。 三相短路，用文字符 号 (3)k 表示，如图 相短路，用 (2)k 表示，如图 相短路，用 (1)k 表示，如图 c 和 两相接地短路，是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路，如图 指两相短路后又接地的情况，如图 用 (1.1)实质上 就是两相短路，因此也可用 (2)k 表示。 图 8 电力网路中的短路电流计算 进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路故障引起的发热效应和电动理效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据。 为了校验各种 电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。 低压 侧三相短路电流计算系统图 9 表 路点 )3( （ )M( S （ d 1、 9 d 2 d 3 9.1 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 10 3 导线及其截面的选择 导线和电缆的选择 导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分 ，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及截面时，既要保证供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。 选择导线和电缆截面时，必须考虑以下几个因素，这些因素也是我们的选择原则： （ 1）发热问题 电流通过导线或电缆时将引起发热，从而使其温度升高。当通过的电流超过其允许电流时，将其绝缘线和电缆的绝缘加速老化，严重时将烧毁导线或电缆，或引起其它的事故，不能保证安全供电。另一方面为了避免浪费有色金属，应该充分利用导线和电缆的负荷能力。因此，必须按导线或电缆的允 许载流量来选择其截面。 （ 2）电压损失问题 电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于线路上有电阻和电抗，还产生电压损失。当电压损失超过一定的范围后，将使用电设备端子上的电压不足，严重影响用电设备的正常运行。 （ 3）架空线路的机械强度 架空线路经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，因此必须有足够的机械强度以保证其安全运行，其截面不得小于某一最小允许截面。 （ 4） 经济条件 导线和电缆截面的大小，直接影响网络的出投资及电能损耗的大小。截面选的小些，可节约有色金属和减少电网投资，但网络中的电能损耗增大。反之 ，网路中的电能损耗虽然减少，但有色金属耗用量和电网投资都随之增大。因此这里有一个经济运行的问题，即所谓按经济电流密度选择导线和电缆截面，此时网路中的年运行费用最小。 导线截面选择及校验的方法 常用选择导线截面的方法有：按发热条件选择；按照允许电压损失条件选择；按照机械强度条件选择；按照经济电流密度条件选择。 从原则上讲，上述四个条件都满足，以其中最大的截面作为我们应该选取的导线截面。但是，对一般工业企业 610路来说，因为电力线路不长，如按照经济电流密度来选择导线的截面，则往往偏大，所以一般 只作为参考数据。只有大型工业企业的外部电源线路，但负荷较大、线路较长时，特别是 35以上的输电线路，主要应按经济电流密度来选择导线截面。 对于一般的工业企业内部 610路，因线路不长，其电压损失不大，所以一般按发热条件选择，然后按其它条件进行校验。对于 380V 低压线路，虽然线路不长，但因电流较大，在按发热条件选择的同时，还应按允许电压损失的条 11 件进行校验。 按照允许电压损失条件选择条件： n1 %U 5% 进行校验，各设备导线的选择均满足此条件。 式中，0R、0 为由有功负荷及电阻引起的电压损失； n1 表 备名称 电缆型号 A） (A) 云石称量车 16 67 42 合格 白云石冲击破 120 218 167 合格 白云石传送皮带 25 87 格 白云石斗提 50 132 格 白云石分析机 6 38 格 白云石混合机 10 51 36 合格 白云石气力输送 35 108 格 白云石筛分 95 192 格 白云石双辊破 25 87 格 白云石压机 95 192 格 除铁器 4 30 格 锤式破碎机 95 192 格 颚式破碎机 25 87 格 给料机 4 30 格 惯性输入机 6 38 格 搅拌器 4 30 格 金属探测器 4 30 格 可逆皮带 4 30 格 12 镁砂称量车 16 67 42 合格 镁砂冲击破 120 218 167 合格 镁砂传送皮带 25 87 格 镁砂斗提 50 132 格 镁砂分析机 10 51 格 镁砂混合机 10 51 36 合格 镁砂气力输送 35 108 格 镁砂筛分 95 192 格 镁砂双辊破 25 87 格 镁砂压机 95 192 格 燃油循环泵 25 87 格 散料机 95 192 格 石蜡循环泵 6 38 格 树脂循环泵 25 87 格 重油循环泵 4 30 15 合格 助推泵 4 30 格 4 车间高、低压电气设备及其选择 高压电气 选择条件 1、按主要额定特性参数包括电压、电流、频率、开断电流 等选择； 2、按短路条件进行动稳定、热稳定校验； 3、按承受电压能力及绝缘水平选择； 4、按环境条件，如温度、湿度、海拔等选择； 5、按各类高压电器的不同特点进行选择。 这些条件包括使用环境及电力系统对设备的要求，也包括必须限制设备 本身对环境造成不良影响的要求。 使用环境条件它包括海拔高度、环境温度、日温 差、风速、相对湿度、日照强度、搜冰厚度、地震基本 烈度等自然环境条件 ;污秽等级、电晕及无线电干扰、 嗓声等环境保护条件 ;机械负荷条件。 高压电气选择 电器额定电压 不低于所在电路额定电压 U ；一般电器额定电流 不低于所在电路的计算电流 30I 即 30I 13 高压断路器选择真空断路器（ ） 真空断路器的开关触头在高真空的容器内闭合和断开，灭弧能力强，燃 弧时间短，属于高速断路器。真空断路器触头不受外界有害气体的侵蚀，点磨损小，寿命长；并且它的结构简单、体积小 ,且可采用积木式结构 ,系列性强，无易燃易爆危险 高压开关柜的选择选用 10 型手式交流金属封闭高压开关柜 10 型手式交流金属封闭高压开关柜主要适用于 310流 50为一般接受和分配电能的户内式配电设备 低压电气的选择 一般电器额定电压 不低于所在电路额定电压 U 一般电器额定电流 不低于所在电路的计算电流 30I 即 30I 低压熔断器宜选择限流式熔断器（ 型）。因为这类限流式熔断器的熔件一般为导热性好、热容量小的铜、银等金属材料，通常熔件上焊锡，利用其“冶金效应”来改善其保护性能；熔断管内一般充填 石英砂，以改善灭弧性能。主要用于要求快速断开短路、断流能力要求较大及同时要求保护过负荷的场所。 车间低压配电屏的选择选用 2B 型抽屉式低压配电屏。 2B 型抽屉式低压配电屏适用于发电厂、变电所等 500V 以下的交流三相三线制或三相四线制系统，作为动力及照明配电用。该配电屏配用了 列开关，按主电路方案的组合方式分为空气断路器柜、单面抽屉柜和双面抽屉柜三种类型。 5 车间变电所所址选择及总体布置 车间变电所所址选择 要求 1. 接近负荷中心 这样可以缩短低压配电线路，降低了线路的电 能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。 2. 接近电源侧。 3. 设备运输方便 应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。 4. 不应设在有剧烈振动的场所 振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安全，而且可导致开关设备和继电保护、自动装置的误动作。 5. 不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和易积水的场所。 6. 不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的正下方或正上方。 7. 不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。 14 车间变电所的总体布置及要求 便于运行维护；保证运行安全 ；便于进出线；节约土地和建筑费；留有发展余地。 车间供电系统的主结线 车间变电站的主结线由于车间的负荷性质及生产工艺要求决定。一般采用线路 母线及分段单母线三种结线方式。 （ 1）变压器组主结线多用在只对三级负荷供电且用电量较小的车间变电站。 （ 2）当 6压负荷的出线较多时，可采用单母线结线。如负荷中心有一、二级负荷，则应有与其它电源相联络的线路，作为备用电源。 （ 3）分段单母线结线方式主要用在一、二级负荷比较重，要求供电可靠性高的车间。 低压配电线路常见的结线 方式有放射式结线、树干式结线、变压器 干线结线、环形结线和柴油发电机组作备用电源的结线。 放射式结线方式的优点是配电线路互不影响，供电可靠性高；主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或需要集中联锁起动、停车的用电设备。 树干式结线方式虽配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，但是干线故障时影响范围比较大；一般用于用电设备布置较均匀、容量不大的场合。 变压器 大量减低压配电设备，但是供电可靠性不高，并且不适用于频繁起动，容量较大的冲击负荷及对电压质量要求严格的用电设备。 环形结线方式供电可靠性高，但是保护装置及其整定配合较复杂。 综上所述，车间供配电系统的结线方式选择为 分段单母线 接线 方式。 15 6 供电系统的继电保护 继电保护概述 由于电气设备的绝缘老化、损坏、雷击、鸟害、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见的而且也是最危险的故障是各种类型的短路，最常见的不正常运行状态是过负荷，最常见的短路故障是单相接地。这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行，这就需要继电保护装置来反应设备的这些不正常运行状态。 所谓继电保护装 置，就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是： 当电气设备发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从系统中切除，以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏。 当系统发生不正常状态时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。 为完成继电保护任务须满足以下四项基本要求： 选择性 选择性是指系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其 他无故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。继电保护装置的选择性，是依靠采用合适类型的继电保护装置和正确选择其整定值，使各级保护相互配合而实现的。 快速性 为了保证 系统运行的稳定性和对用户可靠供电，以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。但 16 是，并不是对所有的故障情况，都要求快速切除故障。因为提高快速性会使继电保护装置较复杂，增加投资，有时也可能影响选择性。 灵敏性 灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力，一般以灵敏系数 K 表示。灵敏系数 K 越大，说明保护的灵敏度越高。 可靠性 可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作，而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时，保护装置不发生误动。 以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的，有时是相互矛盾的。例如，为了满足选择性，有时就要求保护动作必须具有一定的延时，为了保证灵敏度，有时就允许保护装置无选择地动作，再采用自动重合闸装置进行纠正，为了保证快速性和灵敏性，有时就采用比较复杂和可靠性稍差的保护。总之，要根据具体情况，分 清主要矛盾和次要矛盾，统筹兼顾，力求相对最优。 继电保护 方法 （ 1） 定时限过电流保护。当被保护元件中的电流超过预定整定的某一数值时，就使 用断路器跳闸保护。按照过电流保护装置动作的时限特性，分定时限过电流保护和反时限过电流保护。前者的动作时限是固定的，与电流大小无关；后者则根据电流大小而改变其动作时间。定时限过电流保护装置是按照时间阶梯的原则来选择的，也就是从电网的最末端的过电流保护装置数起，向电源方向沿短路电流流经的路径，逐级增加一个时间阶段 t ，形成有 一个阶梯的时限特性。这样按不同时限动作才能保证保护装置动作的选择性。一般来说，某一过电流保护装置的时限应该选择得比它下一级所有过流保护装置中最大的一个时限大一个时间阶段 t 。对于电磁式电流继电器，时限阶段 t 一般定为 0.5 s。对于定时限过电流保护装置来说，越靠近电源端，故障的切除时间越长，这对切除靠近电源端的 严重故障是很不利的，这就需要另一种保护方法与之相配合保护。 （ 2）电流速断保护。过电流保护的动作时限大于 .7 设置电流速断保护，以保证靠近电源处发生的短路故障能迅速被切除。而电流速断保护是一种瞬间动作（不带人为延时）的过过电流保护装置，它是按照预定选定短路计算点的短路电流来整定动作电流，从而获得动作的选择性。因此，它具有一定的、较小的保护范围，但动作不需要延时。 车间变压器 继电保护 （ 1）电流速断保护（主保护） 17 1 保护整定的计算公式： )3( m a 中： 可靠系数： 继电器取 继电器取 接线系数：接于相电流时取 于相电流差时取 3 ； 电流互感器变流比； )3( 变压器二次侧三相次暂态短路穿越电流。其整定原则是，躲过变压器低压侧母线短路时流过保护装置的最大短路电流。 2 灵敏度校验公式：3( m ( m ( 式中： 为相对灵敏系数，本设计取 保护装置一次动作电流； )3( 整定原则是，按系统最小运行方式时保护装置安装处的二相次暂态短路电流校验。 （ 2）带时限电流保护 1 保护装置动作电流的计算公式： 式中： 可靠系数： 继电器取 继电器取 继电器返回系数，取 接线系数；接于相电流时取 于相电流差时取 3 ；电流互感器变流比； 过负荷系数：近似值为 3； 变压器额定一次电流。 其整定原则是，应避开可能出现的最大过负荷电流。 2 保护装置灵敏度计算公式：3( m ( m ( 式中： 为相对灵敏系数； 保护装置一次动作电流； )3( 系统最小运行方式时二次侧三相次暂态短路电流，一般取稳态值。保护原则：按系统最小运行方式时二次侧二相短路穿越电流校验。保护装置动作时限应与下一级保护或出线自动开关的动作时限相配合。对于本设计配电变压器，采用的 t 取 0.5 s。 公司 保护配置 微机保护、 3 组合式过压保护等 7 防雷保护 雷击是电力系统中的主要灾害之一 ,它能够造成电气设备损