工厂供配电系统设计

1、工厂供配电系统设计河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目 工厂供配电系统设计系（分院）电气工程系学 生 姓 名 喻 文 艳学 号 11112112专 业 名 称 电 气 自 动 化指 导 教 师 尹 飞 凰2013 年 11 月 8 日工厂供配电系统设计工厂供配电系统设计摘要： 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；电能在工业生产中的重要 性，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

2、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。因此， 所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计 算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线 路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来， 为经济的发展做出最好的服务。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关键词： 配电所 电力负荷 功率补偿 短路电流工厂供配电系统设计目录1 工厂供电概述聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.1 工厂供电的意义和要求1.2 设计内容及步骤2 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的2.2 负荷计算的方法3 变配电所选型及总体布置3.1 变配电所位置的选

3、择3.2 变电所总体布置要求4 短路计算4.1 短路电流计算的目的及方法残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。4.2 短路电流计算5 主要电气设备选择125.1 电气设备选择的条件125.2 高压设备的选择要求136 电测量仪表与绝缘监视装置146.1 电测量仪表146.2 绝缘监视装置14供电系统电气原理图及说明148 结束语 179 参考文献 17工厂供配电系统设计1 工厂供电概述1.1 工厂供电的意义和要求 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； 电能的输送和分配既简单经济， 又便于 控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此

4、，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。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。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。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。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

5、作用。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。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： 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。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。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.2 设计内容及步骤 鹅娅尽

6、損鹌惨歷茏鴛賴。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，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经 济的分配电能问题，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.2.1 负荷计算 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。工厂供配电系统设计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。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1.2.2 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

7、考虑设置总降压变电所的有关因素， 接合全厂计算负荷 以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。1.2.3 工厂总降压变电所主接线设计 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，即要安全可靠又要灵活经济、安装容 易、维修方便。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.2.4 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方案， 由不同方案的可靠性、 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

8、表比值，择优 选用。按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。 用厂区高压线路平面布置图， 敷设要求和架空线路杆位。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。1.2.5 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。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。1.2.6 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。 由手册或产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

9、置。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。1.2.7 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、开关柜等设备。 買鲷鴯譖 昙膚遙闫撷凄。2 负荷计算及功率补偿工厂供配电系统设计2.1 负荷计算的内容2.1.1 计算负荷 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。 计算负荷是一个假想的持续性的负荷， 其热 效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。 在配电设计中， 通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.1.2 平均负荷 平均负荷指一段时间内

10、用电设备所消耗的电能与该段时间之比。 常选用最大负荷 班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班） 的平均负荷， 有时也计算年平 均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.2 负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、 二项式等几种。 本设计由于设备台数比较多， 而 单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。主要计算公式有：有功功率： P30 = Pe Kd无功功率 : Q30 = P30 tg 视在功率 : S30 = P30/Cos 计算电流 : I30 = S30/ 3UN 下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：工厂供配电系统

11、设计序号车间名称设备用量（KW）计算负荷变压器容量P30(KW)Q30(Kvar)S30(KV.A)1空调机房（一）246.5172.6129.4215.82厂务公用站房338.2236.8177.62961*4003TG 车间3704.62963.71837.53486.74锅炉房142.610780.2133.85水泵房320.9208.6156.5278.11*4006污水处理厂6753.647.268.77TA 车间2377.4951190.29708空压站607534.2470.1712.39空调机房（二）368257.6193.23221*40010冷冻机（ 1 ）561392.7

12、345.6523.611冷冻机（ 2，3）1122785.4691.11047.212制冷站450315236.2393.81*40013照明用电634.4507.5243.6243.62.2.1 全厂负荷计算取 Kp = 0.95; K q = 0.97 根据上表可算出： P30i = 7485.7kW; Q30i = 4798kvar则 P30 = K PP30i = 0.95 7485.7kW = 7111kWQ30 = KqQ30i = 0.97 4798.4kvar = 4654kvarS30 = p30 Q30 8499KV AI30 = S30/3UN 140 A工厂供配电系统设

13、计Cos= P30/S30 = 7111/8499 0.843 变配电所选型及总体布置3.1 变配电所位置的选择 变配电所所址选择的一般原则 :1、尽量靠近负荷中心；2、尽量靠近电源侧；3、进出线方便；4、尽量避开污染源，或者在污染源上方口；5、尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；6、设备运输方便；7、有扩建和发展的余地；8、高压配电所与邻近车间的变电所合建。3.2 变电所总体布置要求3.2.1 便于运行维护和检修 有人值班的的变配电所， 一般应设置值班室。 值班室应靠近高低压配电室， 而且 有门直通。如值班室靠近高压配电室有困难时， 则值班室可经走廊与高压配电室相通。 锹籁饗迳琐

14、筆襖鸥娅薔。值班室也可以与低压配电室合并， 但在放置值班工作桌的一面或一端， 低压配电 装置到墙的距离不应小于 3m。主变压器应靠近交通运输方便的马路侧。 条件许可的， 可单设工具材料室或维修 间。昼夜值班室的变配电所应设休息室。 有人值班的独立变配电所， 宜设有厕所和给 排水设施。3.2.2 保证运行安全 值班室内不得有高压设备， 值班室的门应朝外开。 高压低压配电室的电容室的门 应朝值班室开或朝外开。变压器室的大门应朝马路开， 但应避免朝向露天仓库。 在炎热地区应避免朝西开工厂供配电系统设计变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。 高压电容器组一般应装设在单独的房间内， 但数

15、量较少时， 可装设在高压配电室 内，低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，宜装设在单独的房间内。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。所以带电部分离墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等， 均应符合有关 的规程的要求，以确保运行安全。3.2.3 便于进出线如果是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。 考虑变压器低压出线通常是采用矩形裸母线， 因此变压器的安装位置， 即为变压 器室，宜靠近低压配电室。低压配电室宜位于其低压架空出线侧。3.2.4 节约土地和建筑费用 值班室可以与低压配电室合并， 这时低压配电室面积适当增大， 以便安置值班室 的桌子或控制台，满足运行值班的要求。 輒峄陽檉簖疖網儂號泶

16、。高压开关柜不多于 6 台时，可与低压配电屏设置在同一房间内， 但高压柜与低压 屏的间距不得小于 2m。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸电力变压器，可 设置在同一房间内。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。高压电容器柜数较少时，可装设在高压配电室内。 周围环境正常的变电所，宜采用露天或半露天变电所。 高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。3.2.5 适应发展要求 变压器室应考虑到扩建时有更换大一级容量的变压器的可能。 高低压配电室内均 应留有适当数量开关柜的备用位置。 即要考虑到变电所留有扩展的余地， 又要不妨碍 工厂或车间今后的发展。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4 短路计算4.1 短路电流计算的目的

17、及方法 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备， 以及进行继电保护装置的 整定计算。工厂供配电系统设计进行短路电流计算， 首先要绘制计算电路图。 在计算电路图上， 将短路计算所考 虑的各元件的额定参数都表示出来， 并将各元件依次编号， 然后确定短路计算点。 短 路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。 凍鈹 鋨劳臘锴痫婦胫籴。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图， 并计算电路中各主要元件的阻抗。 在等效电路图上， 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来， 并标明 其序号和阻抗值， 然后将等效电路化简。 对于工厂供电系统来说， 由于将电力系统

18、当 作无限大容量电源， 而且短路电路也比较简单， 因此一般只需采用阻抗串、 并联的方 法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 恥諤銪灭萦欢煬 鞏鹜錦。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称 相对单位制法）。4.2 短路电流计算本设计采用标幺值法进行短路计算4.2.1 在最小运行方式下：绘制等效电路如图 6-1 ，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算 点。图 4-1 等效电路1、确定基准值取 Sd =100MV A,UC1=60KV,UC2=10.5KV而 Id1 = Sd / 3 U C1 =100MV A/( 3 60KV

19、) =0.96KAId2 = Sd /3 UC2 =100MV A/（ 3 10.5KV） =505KA2 、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1 ）电力系统（ SOC = 310MV A）X1* = 100KVA/310=0.32工厂供配电系统设计2) 架空线路( XO = 0.4 /km)X2* = 0.4 4100/ 10.52=1.52电力变压器( UK% = 7.5)X3* = UK%Sd/100SN = 7.5 100103/(100 5700) =1.323、求 k-1 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值X* (K-1)= X1* X2*= 0.

20、32+1.52=1.842 )三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/X* (K-1)= 0.96/1.84 =0.523 )其他三相短路电流I(3) = I (3) = Ik-1 (3) = 0.52KAish(3) = 2.55 0.52KA = 1.33KAIsh(3) = 1.51 0.52 KA= 0.79KA4 )三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X* (k-1) =100MVA/1.84=54.34、求 k-2 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值X*(K-2) = X1* X2*X3*/ X4* =0.32+1.52+1.32/2

21、=2.52)三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X* (K-2) = 505KA/2.5 = 202KA3) 其他三相短路电流I(3) = I (3) = Ik-2(3) = 202KAish(3) = 1.84 202KA =372KAIsh(3) =1.09 202KA = 220KA4) 三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X* (k-1) = 100MVA/2.5 = 40MV A4.2.2 在最大运行方式下： 绘制等效电路如图 4-2 ，图上标出短路计算点。工厂供配电系统设计图 4-2 等效电路1、确定基准值取 Sd = 1000MV A,UC1=60KV,UC2

22、= 0.5KV而 Id1 = Sd /3 UC1=1000MVA/( 3 60KV) =9.6Id2 = Sd /3 UC2 =1000MV A/( 3 10.5KV)=55KA2 、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1 )电力系统( SOC = 1338MV A)X1*=1000/1338=0.752 )架空线路( XO = 0.4 /km)X2* = 0.4 41000/602 =0.453 )电力变压器( UK% = 4.5 )X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 4.5 1000103/(100 5700) = 13.2 鯊腎鑰诎褳 鉀沩懼統庫。3 、求 k-1 点的短

23、路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1 )总电抗标幺值X* (K-1) = X1* X2* = 0.75+0.45=1.22 )三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)= 9.6KA/1.2 =8KA3 )其它三相短路电流I(3) =I (3)=Ik-1(3)=8KAish(3) =2.55 8KA=20.4KAIsh(3) =1.51 X*(K-1)8KA =12.1KA4 )三相短路容量Sk-1(3) =Sd/X* (k-1)=1000/1.2=833MVA4 、求 k-2 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。10工厂

24、供配电系统设计1) 总电抗标幺值X*(K-2)=X1* X2*X3*X4* = 0.75 0.45 13.2/2=7.8 2)三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) =Id2/X* (K-2) =55KA/7.8=7.05KA 其他三相短路电流I(3) = I (3) = Ik-2(3) =7.05KAish(3)=2.55 7.05KA=17.98KAIsh(3)=1.51 7.05KA= 10.65KA4)三相短路容量Sk-2(3)=Sd/X* (k-2)=1000/7.05=141.8MV A4.2.3 短路电流计算结果：1、最大运行方式三相短路电流 /KA三相短路容量 /MVAIK(

25、3)I(3)I(3)ish (3)Ish (3)SK(3)K-1 点88820.412.1833K-2 点7.057.057.0517.9810.65141.82、最小运行方式三相短路电流 /KA三相短路容量 /MVAIK(3 )I(3)I(3)ish (3)Ish (3)SK(3)K-1 点0.520.520.521.330.7954.3K-2 点202202202372220405 主要电气设备选择5.1 电气设备选择的条件11工厂供配电系统设计为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时 必须满足下列条件。5.1.1 发热条件导线和电缆 （包括母线 ）在通过正常

26、最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热 温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。5.1.2 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。 对于工厂内较短的高压线路， 可不进行电压损耗校 验。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。5.1.3 经济电流密度 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。35KV及以上的高压线路及电压在 35KV以下但距离长电流大的线路， 其导线和电 缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济 截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的 10KV及以下线路，

27、通常不按此原则选择。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。5.1.4 机械强度导线截面不应小于其最小允许截面。 对于电缆， 不必校验其机械强度， 但需校验 其短路热稳定度。 母线也应校验短路时的稳定度。 对于绝缘导线和电缆， 还应满足工 作电压的要求。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。一般 10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再 校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及 35KV以上的高压线路，则可先按经济 电流密度确定经济截面，再校验其它条件。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。补偿功率因素后的线路计算电流。5.2 高压设备的选择要求 高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的

28、工作要 求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求， 并各方案经比较优选出开 关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。 鶼渍螻偉阅劍鲰 腎邏蘞。5.3 配电所高压开关柜的选择12工厂供配电系统设计高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、 二次设备组装而成的一种高压成套配 电装置， 在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、 变压器和高压线路之用， 也 可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。由于本设计是10KV电源

29、进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择 KYN-12型。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。6 电测量仪表与绝缘监视装置6.1 电测量仪表这里的“电测量仪表” 是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、 选择测量、 记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。” 濫驂膽閉驟羥闈 詔寢賻。为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能， 保证供电系 统安全、 可靠、优质和经济地运行， 工厂供电系统的装置必须装设一定数量的电测量 仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类， 前者是对一次电 路的电力运行参数作经常测量、 选择测量和记录用的仪表， 后者是

30、对一次电路进行供 用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、 计量的仪表，即各种电度表。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。6.2 绝缘监视装置绝缘监视装置用于小电流接地的系统中， 以便及时发现单相接地故障， 设法处理， 以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。635KV 系统的绝缘监视装置，可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也 可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成 Y0 的二次绕组， 其中三只电压表均接各相的相电压。 当一次电路其中一相发生接地故障 时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零， 其它两相的电压表读数则升高到线电 压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障， 但不能判明是哪一条 线路发生了故障， 因此这种绝缘监视装置是无选择性的， 只适于出线不多的系统